垂直取向型液晶显示元件的制作方法

专利名称：垂直取向型液晶显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶分子大致垂直于基板面而初始取向的垂直取向型液晶显示元件。
背景技术：
作为液晶显示元件，广泛利用由以下部分构成的TN(twisted nematic)型液晶显示元件电极，所述电极分别设置在相互对置的一对基板的对向内面上且由相互对向的区域形成多个像素；液晶层，所述液晶层设置在上述一对基板之间、由以相对于上述基板面实质上水平取向的均相取向(homogeneous alignment)状态使液晶分子扭曲取向的、介电各向异性为正的液晶材料所构成；分别设置在上述一对基板外面的一对偏振片(参照特开平11-007048号公报)。
该TN型液晶显示元件是通过液晶层的双折射作用来控制入射光的偏光状态而显示的元件，在常白模式的液晶显示元件上，当对上述像素的电极之间外加使液晶分子以初始扭曲取向状态取向的OFF电压时，入射光通过液晶层发生旋光而透过观察侧偏振片，该像素显示成为明显示，当对上述像素的电极之间外加使液晶分子的取向实际上垂直于基板面而竖立的ON电压时，透过液晶层的光被上述观察侧偏振片吸收，像素的显示成为暗显示。
但是，因为液晶分子在相对于基板面实际上水平倒伏的状态下而扭曲取向，所以TN型液晶显示元件的显示视角较窄。
另外，关于上述TN型液晶显示元件，基板近旁的液晶分子受到水平取向膜引起的取向限制力的强烈作用，即使外加ON电压也几乎不能从其初始的水平取向状态立起来，所以即使当外加ON电压时，液晶层也具有残留延迟，为此，常白模式的TN型液晶显示元件的暗显示的暗度不够充分，显示的对比度较低。

发明内容
本发明的目的是提供一种能获得宽视角、高对比度显示的液晶显示元件。
另外，本发明的另一目的是提供一种液晶显示元件，不仅能宽视角、高对比度地显示图像，还能进行基于反射显示的彩色图像显示，和基于透射显示的彩色图像显示这两种显示，并且，显示的这两种彩色图像均足够明亮且显示质量几乎无差异，其中反射显示利用外部环境的光、即外界光进行，透射显示利用来自配置在观察侧对侧的光源的照明光进行。
为了达到上述目的，基于本发明的第1观点的液晶显示元件，其特征在于，具备垂直取向型液晶元件， 夹隔上述垂直取向型液晶元件而配置在其两侧的一对偏振片，和分别配置在上述垂直取向型液晶元件和上述一对偏振片之间的2片λ/4板；其中上述垂直取向型液晶元件具备相互对向配置的一对基板，分别设置在上述一对基板的相互对向的内面上、并由相互对向的区域形成多个像素的多个电极，和配置在上述一对基板之间、由液晶分子实际垂直于上述基板面而取向的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。
这种基于第1观点的液晶显示元件是通过垂直取向型液晶元件的液晶层的双折射作用和分别配置在上述垂直取向型液晶元件两侧和上述一对偏振片之间的λ/4板的相位差来控制入射光的偏振光状态而显示的元件，上述液晶层的液晶分子相对于基板面的取向实际上是垂直的，所以该液晶显示元件的视角较宽。
而且，该液晶显示元件，上述液晶元件的液晶层由使液晶分子的取向实际上垂直于基板面的、介电各向异性为负的液晶材料构成，所以当在上述像素的电极之间外加OFF电压时，液晶分子以初始的垂直取向状态取向，当外加ON电压时，实际上一对基板之间的所有液晶分子都变成相对于基板面在倒伏方向上取向的状态。
为此，通过该液晶显示元件，当在上述像素的电极间外加能使液晶分子以初始的垂直取向状态取向的OFF电压时，被观察侧对侧的λ/4板(λ/4retadation plate)变成圆偏振光(circular polarized light)的入射光可以几乎不受上述液晶层的双折射作用的影响而透过上述液晶层，偏振光状态通过上述λ/4板的相位差而变成实际上与观察侧的偏振片的吸收轴一致的直线偏振光，并入射到上述观察侧的偏振片上，所以液晶显示元件的透射率极低。另外，当在上述像素的电极之间外加使液晶分子相对于基板面倒伏取向的ON电压时，圆偏振光状态的入射光可以通过上述液晶层的双折射作用和上述λ/4板的相位差来控制偏振光状态，变成实际上与上述观察侧偏振片的透射轴一致的直线偏振光，并入射到上述观察侧的偏振片上，所以使液晶显示元件的透射率升高。因此，能得到高对比度的显示。
在该液晶显示元件中，优选在上述垂直取向型液晶显示元件的一对基板的形成有多个电极的内面上，形成垂直取向膜，且在事先规定的方向上对上述一对基板的至少一个基板的内面进行摩擦处理，由此，可规定外加ON电压时的液晶分子的倒伏方向，得到更高的对比度。
更优选分别形成在上述垂直取向型液晶元件的上述一对基板的内面上的垂直取向膜，分别以相互平行的方向而被摩擦处理，由此，通过使外加ON电压时的液晶分子倒伏的方向在前后的基板之间保持一致，能提高液晶分子的排列程度，从而得到更高的对比度。
在该液晶显示元件中，优选在使上述2片λ/4板的滞相轴相互垂直的情况下配置上述2片λ/4板，而且，所配置的上述2片λ/4板的任何一片的滞相轴相对于上述一对偏振片中的任何一片的光学轴来说，实际上交叉所成的角度为45°，而且，所配置的上述2片λ/4板的任何一片的滞相轴相对于上述垂直取向膜的摩擦方向来说是垂直的。
在上述液晶显示元件中，优选进而具备反射机构，该反射机构配置在上述垂直取向型液晶元件的上述一对基板当中的与观察侧基板对向的对侧基板的内面，把多个像素的每个像素分别区分成把从所述观察侧入射的光向所述观察侧反射的反射显示部、和把从所述对侧基板入射的光向所述观察侧透射的透射显示部。由此，能够进行利用外部环境的光即外界光的反射显示和利用来自配置于观察侧对侧的光源的透射显示两种显示。
而且，优选上述垂直取向型液晶显示元件具备用于调整上述液晶层厚度的间隙调整膜。
由本发明的第2观点形成的液晶显示元件，其特征在于，具备垂直取向型液晶元件，夹隔上述垂直取向型液晶元件而配置在其两侧的一对偏振片，和配置在上述一对基板和上述一对偏振片之间当中的、至少观察侧基板和偏振片之间的1片λ/4板；其中上述垂直取向型液晶元件具备相互对向配置的一对基板，分别设置在上述一对基板的相互对向的内面上、并由相互对向的区域形成多个像素的电极，设置在上述一对基板中的一片基板的内面上并分别对应于上述多个像素的红、绿、蓝3色滤色器，设置在与上述一对基板的观察侧基板对向的对侧基板上、并把上述多个像素的每个像素分别区分成把从上述观察侧入射的光向上述观察侧反射的反射显示部、和把从上述对侧基板入射的光向上述观察侧透射的透射显示部的反射机构，和封入上述一对基板之间且由液晶分子的取向实际上垂直于上述基板面的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。
通过这种由第2观点形成的液晶显示元件，因为具备红、绿、蓝3色滤色器、把上述多个像素的每个像素区分成把从上述观察侧入射的光向上述观察侧反射的反射显示部和把从上述对侧基板入射的光向上述观察侧透射的透射显示部的反射机构，所以能够进行利用外部环境的光即外界光进行反射显示的彩色图像显示和利用来自配置在观察侧对侧的照明光进行透射显示的彩色图像显示两种显示。
在该液晶显示元件中，优选上述反射机构由对应于上述多个像素的每个像素上的上述反射显示部而设置的多个反射膜构成，而且，这些反射膜的反射面形成凹凸形状。
另外，在该液晶显示元件中，优选在3色滤色器各自的每个上述反射显示部形成透明的开口部，而且优选在该开口部形成透明部件，该透明部件形成覆盖上述彩色滤色器并用于调整液晶层的层厚的间隙调整膜。
由本发明的第3观点形成的液晶显示元件，其特征在于，具备垂直取向型液晶元件，夹隔上述垂直取向型液晶元件而配置在其两侧的一对偏振片，和配置在上述一对基板和上述一对偏振片之间当中的、至少观察侧基板和偏振片之间的1片λ/4板；其中上述垂直取向型液晶元件具备相互对向配置的一对基板，分别设置在上述一对基板的相互对向的内面上、并由相互对向的区域形成多个像素的电极，设置在上述一对基板中的一片基板的内面上并分别对应于上述多个像素的红、绿、蓝3色滤色器，设置在与上述一对基板的观察侧基板对向的对侧基板上、并把上述多个像素的每个像素分别区分成把从上述观察侧入射的光向上述观察侧反射的反射显示部、和把从上述对侧基板入射的光向上述观察侧透射的透射显示部的反射机构，和封入上述一对基板之间且由液晶分子的取向实际上垂直于上述基板面的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。
这种由第3观点形成的液晶显示元件，设置有使上述多个像素的上述反射显示部的液晶层厚小于上述透射显示部的液晶层厚的透明部件，所以能够减小上述液晶层对往复透过上述反射显示部的液晶层的光的双折射作用和上述液晶层对只一次透过上述透射显示部的液晶层的光的双折射作用之间的差异，几乎没有质量差异地显示上述反射显示的彩色图像和上述透射显示的彩色图像。
而且，在上述液晶显示元件中，优选上述垂直取向型液晶元件的上述滤色器在对应于上述反射显示部的位置形成用于对入射到上述反射显示部的光的一部分不经着色而进行反射的开口部。而且，优选上述透明部件由填埋上述滤色器的开口部且在对应于上述反射显示部的区域内设置的用于使该反射显示部的液晶层厚变薄的透明材料构成。
另外，在该液晶显示元件中，优选上述垂直取向型液晶元件的上述多个电极分别由透明电极构成，上述反射机构比上述对侧基板的上述透明电极更靠基板侧，其中透明电极由透明导电部件形成。
而且，优选上述液晶显示元件，在使上述2片λ/4板的滞相轴相互垂直的情况下配置上述2片λ/4板，而且，所配置的上述2片λ/4板的任何一片的滞相轴相对于上述一对偏振片中的任何一片的光学轴来说，实际上交叉所成的角度为45°。


图1是表示本发明的第1实施例的液晶显示元件的一部分的截面图。
图2是表示上述液晶显示元件的一对基板的摩擦方向、观察侧和其对侧的偏振片的透射轴的方向、以及观察侧和其对侧的λ/4板的滞相轴的方向的图。
图3A、图3B分别是表示第1实施例中外加OFF电压时和外加ON电压时液晶分子的取向状态的示意图。
图4A、图4B分别是表示通过上述液晶显示元件进行透射显示时透射光的偏转状态变化的示意图，图4A是表示外加OFF电压时的图，图4B是表示外加ON电压时的图。
图5是表示本发明的第2实施例的液晶显示元件的一部分的截面图。
图6是表示本发明的第3实施例的液晶显示元件的一部分的截面图。
图7A、图7B分别是表示有关用于本发明的液晶元件的液晶层的、可应用的液晶分子的取向状态的示意图，图7A是表示外加OFF电压时的取向状态的示意图，图7B是表示外加ON电压时的取向状态的示意图。
图8A、图8B分别是表示有关用于本发明的液晶元件的液晶层的、可应用的液晶分子的其他取向状态的示意图，图8A是表示外加OFF电压时的取向状态的示意图，图8B是表示外加ON电压时的取向状态的示意图。
图9A、图9B分别是表示有关用于本发明的液晶元件的液晶层的、可应用的液晶分子的其他取向状态的示意图，图9A是表示外加OFF电压时的取向状态的示意图，图9B是表示外加ON电压时的取向状态的示意图。
图10是表示本发明的第4实施例的液晶显示元件的一部分的截面图。
图11是表示本实施例中液晶显示元件的一对基板的摩擦方向、观察侧和其对侧的偏振片的透射轴的方向、以及观察侧和其对侧的λ/4板的滞相轴的方向的图。
图12A、图12B分别是表示第4实施例中外加OFF电压时和外加ON电压时液晶分子的取向状态的示意图。
图13A、图13B分别是表示在第4实施例中通过上述液晶显示元件进行反射显示时反射光的偏转状态变化的示意图，13A是表示外加OFF电压时的图，图13B是表示外加ON电压时的图。
图14A、图14B分别是表示在第4实施例中通过上述液晶显示元件进行透射显示时透射光的偏转状态变化的示意图，图14A是表示外加OFF电压时的图，图14B是表示外加ON电压时的图。
图15A、图15B分别是表示有关用于本发明的液晶元件的液晶层的、可应用的液晶分子的其他取向状态的示意图，图15A是表示外加OFF电压时的取向状态的示意图，图15B是表示外加ON电压时的取向状态的示意图。
图16A、图16B分别是表示有关用于本发明的液晶元件的液晶层的、可应用的液晶分子的其他取向状态的示意图，图16A是表示外加OFF电压时的取向状态的示意图，图16B是表示外加ON电压时的取向状态的示意图。
图17是表示本发明的第5实施例的液晶显示元件的一部分的截面图。
具体实施例方式
图1～图4表示本发明的第1实施例，图1是液晶显示元件的一部分的截面图。
如图1所示，本实施例的液晶显示元件具备垂直取向型液晶元件100，夹隔上述液晶显示元件100而设置的观察侧和其对侧的一对偏振片101、102，在上述液晶元件100和上述一对偏振片101、102之间分别配置的2片λ/4板103、104。
上述垂直取向型液晶显示元件100是由下述部分构成，即相互对置的观察侧(在图1的上侧)和其对侧(在图1的下侧)的一对透明基板20、30，分别设置在上述一对基板的对向内面上、且由相互对向的区域形成多个像素1的透明电极21、31，在上述一对基板20、30中的一方、例如观察侧基板20的内面上分别对应于上述多个像素1而设置的红、绿、蓝3种颜色的滤色器22R、22G、22B，由在上述一对基板20、30之间使液晶分子10a与上述基板20、30的面实际呈垂直取向并密封的、介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层10。
该液晶元件100是在观察侧基板20的内面设置一片膜状对向电极21、且在对侧基板30的内面、在行方向和列方向上呈矩阵状排列设置有多个像素电极31的有源矩阵液晶元件，上述多个像素电极31分别连接在设置于上述对侧基板30内面的多个TFT 32上。
并且，图1中简化地表示了上述TFT 32，该TFT 32由如下部分构成在对侧基板30的基板面上形成的栅极、覆盖该栅极且在上述基板30的大致整个面上形成的透明栅极绝缘膜、在上述栅极绝缘膜上与上述栅极对向形成的I型半导体膜、介由n型半导体膜而在上述I型半导体膜的两侧部之上形成的源极和漏极。
另外，虽然在图1中予以省略，但在上述对侧基板30的内面上设置有给各行TFT 32提供门信号的多个门配线、和给各列TFT 32提供数据信号的多个数据配线，通过在对侧基板30的基板面上和上述TFT 32的栅极形成一体的上述栅极绝缘膜覆盖上述门配线，上述数据配线形成在上述栅极绝缘膜上并连接在上述TFT 32的漏极上。
另外，上述多个像素电极31形成在上述栅极绝缘膜之上，且与上述TFT 32的源极连接在一起。
另一方面，在上述观察侧基板22的基板面上，形成设置于观察侧基板2内面的红、绿、蓝的三种颜色的滤色器22R、22G、22B；在上述滤色器22R、22G、22B上形成上述对向电极21。
而且，在上述观察侧基板20和对侧基板30的内面分别覆盖上述电极21、31而形成垂直取向膜23、33，在相互平行的方向上对这些基板20、30的内面，即上述垂直取向膜23、33的膜面进行摩擦处理。
介由围绕上述多个像素1呈矩阵状排列的显示区域的框形密封材料(未图示)而连接上述观察侧基板20和对侧基板30，在这些基板20、30之间的由上述密封材料所围绕的区域，填充介电各向异性为负的液晶材料，如介电各向异性为负的向列液晶而形成液晶层10。
该液晶层10的液晶分子10a相对于一对基板20、30的取向实际上是垂直的，当在上述多个像素1的电极21、31之间外加ON电压时，相对于上述基板20、30的面，使分子长轴和沿着上述摩擦方向的方向一致而进行倒伏取向。
在本实施例中，通过选择上述一对基板20、30的间隙(垂直取向膜23、33之间的间隙)和上述液晶材料，将外加ON电压时，即液晶分子10a的分子长轴和上述摩擦(rubbing)方向一致并倒伏取向时的液晶层10的液晶折射率各向异性Δn和液晶层厚度d的积Δnd值，设定为Δnd＝270±40nm。
另外，上述观察侧和其对侧的一对偏振片101、102分别是具有相互垂直的透射轴和吸收轴的吸收偏振片，观察侧偏振片101对向配置在上述液晶元件100的观察侧基板20的外面，对侧偏振片102对向设置在上述液晶元件100的对侧基板30的外面。
另外，上述的2片λ/4板103、104分别是给予透射光1/4波长(140±40nm)的相位差(retadation)的相位差板(retadation plate)，其中一片λ/4板(下面，称为观察侧λ/4板)103配置在上述液晶元件100的观察侧基板20和上述观察侧偏振片101之间，另一片λ/4板(下面，称为对侧λ/4板)104配置在上述液晶元件100的对侧基板30和上述对侧偏振片102之间。
图2表示上述液晶显示元件100的一对基板20、30内面(垂直取向膜(hemotropic alignment film)23、33的膜面)的摩擦方向23a、33a，观察侧和其对侧的偏振片101、102的透射轴101a、102a的方向，以及观察侧和其对侧的λ/4板103、104的滞相轴103a、104a的方向。
如图2所示，在相互平行且相同的方向上对上述液晶元件100的一对基板20、30的内面进行摩擦处理，使观察侧偏振片101的透射轴101a与上述一对基板20、30内面的摩擦方向23a、33a实际成45°角斜向交叉而配置观察侧偏振片101，使对侧偏振片102的透射轴102a实际垂直于上述观察侧偏振片101的透射轴101a而配置对侧偏振片102。
另外，使观察侧λ/4板103的滞相轴103a实际平行或实际垂直于上述一对基板20、30内面的摩擦方向23a、33a，且相对于上述观察侧偏振片101的透射轴101a实际成45°角斜向交叉而配置观察侧λ/4板103；使对侧λ/4板104的滞相轴104a实际垂直于上述观察侧λ/4板103的滞相轴103a(实际垂直或实际平行于一对基板20、30的内面的摩擦方向23a、33a)，且相对于上述对侧偏振片102的透射轴102a实际成45°角斜向交叉而配置对侧λ/4板104。
该液晶显示元件是通过设置在上述液晶元件100的观察侧和其对侧的一对基板20、30之间的液晶层10的双折射作用，和在上述一对基板20、30和观察侧及其对侧的偏振片101、102之间分别设置的2片上述观察侧偏振片101的透射轴101a实际成45°角斜向交叉而配置观察侧λ/4板103、104的相位差来控制入射光的偏光状态并显示的元件，因上述液晶层10的液晶分子10a相对于基板20、30面的取向实际上是垂直的，所以该液晶显示元件的视角较宽。
该液晶显示元件，其上述液晶层10由将液晶分子10a相对于基板20、30的面实际上垂直取向的、介电各向异性为负的液晶材料构成，和水平取向膜相比，形成于该上述基板20、30内面的垂直取向膜23、33的取向限制力较小。为此，当在上述像素1的电极21、31之间外加OFF电压时，液晶分子10a实际以垂直取向状态而取向，当外加ON电压时，实际上一对基板20、30之间的所有液晶分子10a变成在相对于基板面倒伏的方向上取向的状态。
图3是表示上述液晶分子10a在外加OFF电压时和外加ON电压时的取向状态的示意图，在本实施例中，以相互平行且相同的方向对上述液晶元件100的一对基板20、30的内面进行摩擦处理，所以如图3B所示，通过外加ON电压，上述液晶分子10a从图3A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态，变成相对于上述基板20、30的面使分子长轴与沿着上述摩擦方向23a、33a的方向一致而倒伏的外张(splay)取向状态。
为此，根据该液晶显示元件，当在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a以初始垂直取向状态取向的OFF电压时，被观察侧对侧的λ/4板104转变成圆偏振光的入射光可以几乎不受上述液晶层10的双折射作用的影响而透过上述液晶层10，通过观察侧λ/4板103的相位差而使偏振光状态变成与观察侧的偏振片101的吸收轴101a实际上一致的直线偏振光(linearly polarized light)，并入射到上述观察侧的偏振片101上，使液晶显示元件的透射率降到极低。另外，当在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a相对于基板20、30的面倒伏取向的ON电压时，圆偏振光状态的入射光可以通过上述液晶层10的双折射作用和上述λ/4板103的相位差控制偏振光状态，变成实际上与上述观察侧的偏振片101的透射轴101a一致的直线偏振光，并入射到上述观察侧的偏振片101上，使液晶显示元件的透射率升高。因此，能得到高对比度的显示。
图4是表示通过上述液晶显示元件进行透射显示时透射光的偏转状态的变化的示意图，表示上述液晶元件100的一个像素1的显示。
该液晶显示元件是利用来自配置于该观察侧的对侧的面光源105的照明光而进行透射显示的元件，图4A表示在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a以初始垂直取向状态取向的OFF电压时的显示，图4B表示在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a倒伏取向的ON电压时的显示。
下面说明该液晶显示元件的显示动作，如图4A、4B中的箭头线所示，来自上述面光源105的照明光a0由对侧偏振片102变成与其透射轴102a平行的直线偏振光a1，接着由对侧λ/4板104转变偏振光状态而成为从该光的前进方向来看左旋或右旋的圆偏振光a2，然后入射到上述液晶元件100的液晶层10中。
然后，当外加OFF电压时，因上述液晶层10的液晶分子10a实际上成垂直取向，所以由上述对侧λ/4板104而成为圆偏振光a2并入射到上述液晶元件100的光，几乎不受上述液晶层10的双折射作用的影响，直接以上述圆偏振光a2透过上述液晶层10，如图4A所示从上述液晶元件100的观察侧射出。
从上述液晶元件100的观察侧射出的上述圆偏振光a2，通过上述λ/4板103的相位差将偏振光状态改变成与实际垂直于观察侧偏振片101的透射轴101a的吸收轴相一致的直线偏振光，即、将偏振光状态变成实际上和透过上述对侧偏振片102而入射的上述直线偏振光a1相同的直线偏振光a3，并入射到观察侧偏振片101，被该观察侧偏振片101吸收，上述外加OFF电压的像素1的显示变成黑色的暗显示。
当外加ON电压时，因上述液晶层10的液晶分子10a如同上述地在其分子长轴与沿着基板20、30的面的摩擦方向23a、33a的方向一致的情况下而倒伏取向，所以由上述对侧λ/4板104而成为圆偏振光a2并入射到上述液晶元件100的光，在上述液晶层10的双折射作用下改变偏振光状态，从上述液晶元件100的观察侧射出。
在外加该ON电压时的上述液晶层10的双折射作用，使液晶分子10a倒伏取向时的Δnd的值如同上述为270±40nm，所以实际上和/2板相同，因此，由上述对侧λ/4板104而成为圆偏振光a2并入射到液晶元件100的光，由上述液晶层10成为旋转方向与原来相反的圆偏振光a4，如图4B所示从上述液晶元件100的观察侧射出。
从上述液晶元件100的观察侧射出的上述圆偏振光a4，由观察侧λ/4板103，利用上述液晶层10的双折射作用和上述λ/4板103的相位差改变偏振光状态，而变成实际上与上述观察侧偏振片101透射轴101a相一致的直线偏振光，即变成实际上垂直于透过上述对侧偏振片102并入射的上述直线偏振光a1的直线偏振光a5，并入射到观察侧偏振片101，透过该观察侧偏振片101并从观察侧射出，外加上述OFF电压的像素1的显示变成由上述滤色器22R、22G、22B着色的红、绿、蓝中任意一种颜色的明显示。
即，该液晶显示元件是进行常黑模式显示的元件，当通过外加OFF电压而使液晶分子10a成为初始垂直取向状态时，其显示成为最暗的黑色的暗显示，当通过外加ON电压而使上述液晶分子10a倒伏取向时，其显示成为最明亮的明显示(着色的红、绿、蓝的显示)。
因此，根据该液晶显示元件，能得到宽视角、高对比度的显示。
另外，该液晶显示元件，在上述液晶元件100的一对基板20、30的内面分别形成垂直取向膜23、33，且在相互平行的方向上对各自的内面(垂直取向膜23、33的膜面)进行摩擦处理，所以能使外加上述ON电压时的液晶分子10a的倒伏方向与沿着上述摩擦方向23a、33a的方向一致，从而获得更高对比度。
(第2实施例)图5是表示本发明的第2实施例的液晶显示元件的一部分的截面图，该液晶显示元件是具备在观察侧对侧的基板30的内面上设置有反射机构34的垂直取向型液晶元件100a的元件，其中反射机构34把多个像素1分别区分成使从上述观察侧入射的光向上述观察侧反射的反射显示部1a，和使从上述对侧入射的光向上述观察侧透射的透射显示部1b。
上述反射机构34a由多个镜面反射膜34a构成，所述镜面反射膜34a在上述未图示的栅极绝缘膜上对应于多个像素1的每个像素的上述反射显示部1a而设置，多个像素电极31将其一部分在上述反射膜34a上重叠而形成于上述栅极绝缘膜上。
并且，在本实施例中，与上述像素1的大致一半的区域对应设置上述反射膜34a，把上述多个像素1的大致一半区域作为反射显示部1a，其他大致一半区域作为透射显示部1b。
而且，在上述液晶元件100a的观察侧基板20的内面上分别对应于上述多个像素A而设置的红、绿、蓝3色滤色器22R、22G、22B上，分别在对应于上述像素1的反射显示部1a部分的一部分上设置有开口22Ra、22Ga、22Ba。
而且，在上述滤色器22R、22G、22B上，向上述开口22Ra、22Ga、22Ba内填充而形成由透明绝缘膜构成的平面化膜24，在该平面化膜24上形成有对向电极21。
另外，在上述液晶元件100a的一对基板20、30的内面分别形成垂直取向膜23、33，并以相互平行且相同方向对这些基板20、30的内面(垂直取向膜23、33的膜面)进行摩擦处理。
而且，在上述一对基板20、30之间设置液晶层10，所述液晶层10由使液晶分子10a相对于上述基板20、30的面实际上垂直取向且介电各向异性为负的液晶材料构成，该液晶层10在外加ON电压时，即液晶分子10a的分子长轴和上述摩擦方向一致且倒伏取向时的液晶层10的Δnd的值被设定为Δnd＝195±40nm。
另外，本实施例的液晶显示元件，在上述液晶元件100a和观察侧λ/4板103之间设置有扩散层106。该扩散层106是使从一方的面入射的光扩散并从另一方射出的前方扩散层，由混入有光扩散微粒的粘合剂或树脂薄膜构成。
本实施例的液晶显示元件与上述第1实施例的液晶元件100相比，尽管在上述液晶元件100a和观察侧λ/4板103之间具备扩散层106这一点上两者有所不同，但是偏振片101、102和λ/4板103、104的配置状态和第1实施例相同，所以对同样的部件附加相同的符号，并省略重复的说明。
该液晶显示元件在上述液晶元件100a的观察侧对侧的基板30的内面上设置有反射机构34，该反射机构34分别把上述多个像素1区分成使从上述观察侧入射的光向上述观察侧反射的反射显示部1a，和使从上述对侧入射的光向上述观察侧透射的透射显示部1b，所以能够进行基于反射显示的彩色图像显示、以及基于透射显示的彩色图像显示这两种显示。其中反射显示利用外部环境的光即外界光进行，透射显示利用来自配置在观察侧对侧的面光源105的照明光进行。
即，该液晶显示元件可进行反射显示和透射显示，所述的反射显示是指在从观察侧入射、透过观察侧偏振片101和观察侧λ/4板103并向液晶元件100a入射的光当中，入射到上述液晶元件100a的多个像素1的反射显示部1a并透过液晶层10的光由上述反射机构34的反射膜34a反射，并再次使该反射光透过上述液晶元件100a的液晶层10、观察侧λ/4板103和观察侧偏振片101，从上述观察侧射出；所述的透射显示是指在从观察侧对侧入射、透过对侧偏振片102和对侧λ/4板104并向液晶元件100a入射的光当中，使入射到上述液晶元件100a的多个像素1的透射显示部1b的光透过上述液晶层10、观察侧λ/4板103和观察侧偏振片101，从上述观察侧射出。
该液晶显示元件，其上述液晶元件100a的液晶层10的液晶分子10a相对于基板20、30的面的取向实际上是垂直的，所以上述反射显示时和透射显示时都能得到宽视角。
而且，在上述的反射显示时，该液晶显示元件通过上述液晶元件100a的液晶层10的双折射作用和观察侧λ/4板103的相位差控制入射光的偏振光状态而显示。另外，在上述的透射显示时，和上述第1实施例一样，该液晶显示元件通过对侧λ/4板104的相位差、上述液晶元件100a的液晶层10的双折射作用和观察侧λ/4板103的相位差控制入射光的偏振光状态而显示。因此，能够得到高对比度的显示。
而且，该液晶显示元件，如上所述，把在上述液晶元件100a的液晶分子10a的分子长轴和上述摩擦方向一致而倒伏取向时的液晶层10的Δnd的值设置为195±40nm，所以能够进行常黑模式的显示，即无论是上述的反射显示时还是透射显示时，当通过外加OFF电压而使液晶分子10a成为初始垂直取向状态时，成为最黑暗的暗显示，当外加ON电压而使上述液晶分子10a成为倒伏取向时，成为最明亮的明显示(由滤色器22R、22G、22B着色的红、绿、蓝的显示)。
另外，该液晶显示元件在上述液晶元件100a的观察侧对侧的基板30的内面上设置有分别把多个像素1区分成反射显示部1a，和透射显示部1b的反射机构34，所以当利用上述外界光进行反射显示时，只是由观察侧的偏振片101吸收，因此，可使上述反射显示的彩色图像也足够明亮。
而且，在该液晶显示元件中，在上述滤色器22R、22G、22B上分别设置有部分对应于上述像素1的反射显示部1a的开口22Ra、22Ga、22Ba，所以在上述的反射显示时，从多个像素1的反射显示部1a分别射出由上述滤色器22R、22G、22B着色的红、绿、蓝中任何一种颜色的着色光、和透过上述滤色器22R、22G、22B的开口22Ra、22Ga、22Ba内的非着色光，而观察到这些光混合的光。因此，能够显示明亮的反射显示的彩色图像。
如此，通过这种液晶显示元件能够得到宽视角、高对比度的显示，而且能够进行利用外界光进行反射显示的彩色图像显示和利用来自配置在观察侧对侧的面光源105的照明光进行透射显示的彩色图像显示这两种显示，并且能使该两种彩色图像足够明亮。
并且，当利用外界光进行反射显示时，能把上述面光源105作为辅助光源使用，此时，上述反射显示和透射显示两者都是常黑模式，所以能得到高对比度的显示。
而且，由于该液晶显示元件在上述液晶元件100a和观察侧λ/4板103之间设置有扩散层106，所以当进行上述的反射显示时，由反射膜34a反射的光通过上述扩散层106扩散并出射，反射显示进一步变亮，同时能够进一步增大反射显示和透射显示两者的视角。
另外，在上述实施例的液晶显示元件中，也可以在液晶元件100a和一对偏振片101、102之间的任何一方只设置一片λ/4板103、104。
(第3实施例)在上述第2实施例的液晶显示元件中，也可以在形成上述反射机构34的反射膜的反射面上形成凹凸形状，并省略上述扩散层106。
图6是表示本发明的第3实施例的液晶显示元件的一部分的截面图，该液晶显示元件具备通过在反射面上形成有凹凸形状的反射膜35a形成反射机构35的垂直取向型液晶元件100b。
在本实施例中，上述液晶元件100b是在观察侧基板20的内面上设置有多个像素电极31、TFT32以及未图示的门配线和数据配线，并在对侧基板30的内面上设置有上述反射机构35、红、绿、蓝3色滤色器22R、22G、22B、平面化膜24、对向电极21的有源矩阵液晶元件，形成上述反射机构35的反射膜35a被覆在设置于对侧基板20基板面上的、整个表面形成为凹凸面的透明凹凸面膜36上。
并且，本实施例的液晶显示元件的液晶元件100b的结构与上述第2实施例的液晶元件100a不同，另外，省略了第2实施例的液晶显示元件中的扩散层106，但上述液晶元件100b的液晶层10和多个像素1的反射显示部1a的Δnd1和透射显示部1b的Δnd2的值和上述第2实施例相同，另外，偏振片101、102和λ/4板103、104的配置状态也和第2实施例相同，所以省略重复部分的说明。
该液晶显示元件通过对应于上述液晶元件100b的多个像素的每个像素的上述反射显示部1a而设置、且反射面形成为凹凸形状的多个反射膜35a，形成把上述多个像素1分别区分成反射显示部1a和透射显示部1b的反射机构35，所以能够使利用外界光进行的反射显示进一步变亮，并进一步扩大其视角。
另外，在本实施例中，在上述液晶元件100b的对侧基板30的基板面上设置将整个表面形成为凹凸形状的凹凸面膜36，并在其上面形成上述反射膜35a，所以当利用来自面光源105的照明光进行透射显示时，也能射出通过上述凹凸面膜36扩散的光，扩大视角。
并且，在本实施例中，通过在上述凹凸面膜36上被覆反射膜35a而使上述反射膜35a的反射面形成凹凸形状，但也可通过其他方法在上述反射膜35a的反射面上形成凹凸结构，另外，当进行上述透射显示时，也可射出非扩散光。
另外，在上述各实施例中，以相互平行且相同的方向对上述液晶元件100、100a、100b的一对基板20、30的内面(垂直取向膜23、33的膜面)进行摩擦处理，但也可在其他方向上对上述一对基板20、30的内面进行摩擦处理，另外，也可只对上述一对基板20、30的任何一片的内面进行上述的摩擦处理。
即，如用示意图表示液晶分子10a在外加OFF电压时和外加ON电压时的取向状态的图7A和图7B所示，也可在相互平行且相反的方向上对液晶元件的一对基板20、30的内面进行摩擦处理。此时，通过外加ON电压，液晶分子10a会从图7A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态转变成如图7B所示的、其分子长轴与沿着一对基板20、30的摩擦方向23a、33a的方向相一致而倒伏的、非扭曲的均相取向状态取向的状态，所以可以把外加ON电压时的液晶分子10a的倒伏方向规定为沿着上述摩擦方向的方向，得到高对比度。
另外，如图8所示，仅对液晶元件的一对基板20、30中的任何一片，如对侧基板30的内面进行了摩擦处理。
此时，通过外加ON电压，液晶分子10a会从图8A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态转变成如图8B所示的、其分子长轴与沿着作为上述一方的基板30的摩擦方向33a的方向相一致而大致水平倒伏的取向状态，所以能得到高对比度，并且还能进一步扩大显示的视角。
而且，如图9所示，在斜向交叉的方向上对液晶元件的一对基板20、30的内面进行了摩擦处理。
此时，通过外加ON电压，液晶分子10a会从图9A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态转变成如图9B所示的、以和一对基板20、30的摩擦方向23a、33a的交角相对应的扭转角扭曲而倒伏取向的状态，所以能得到高对比度。
如此，在通过外加ON电压而使液晶分子10a以扭曲取向状态倒伏取向的情况下，优选当外加ON电压时，以液晶分子10a按65°±10°的扭转角扭曲并倒伏取向的方式设定一对基板20、30的摩擦方向23a、33a，使一对偏振片101、102的透射轴101a和102a实际上成垂直状态且任一偏振片的透射轴都实际垂直或平行于该偏振片的配置侧的基板的摩擦方向，使一对λ/4板103、104的滞相轴103a和104a实际上成垂直状态且实际上任一λ/4板的滞相轴都和该λ/4板的配置侧的基板的摩擦方向交叉成45°角，由此，能得到高对比度。
(第4实施例)图10～图14A、14B表示本发明的第4实施例。
如图10所示，本实施例的液晶显示元件具备液晶元件100c，夹隔上述液晶元件100c而配置的观察侧和其对侧的一对偏振片101、102，分别配置在上述液晶元件100c的一对基板20、30和上述一对偏振片101、102之间的2片λ/4板103、104，设置在上述液晶元件100c的观察侧基板20和观察侧λ/4板103之间的扩散层106，这些液晶显示元件的构造因是和图5所示的实施例相同的构造，所以对同一部件附加相同的符号，并省略详细的说明。另外，关于构成上述液晶元件100c的对侧基板30的构造、观察侧基板20的滤色器22R、22G、22B、对向电极21、垂直取向膜23，因是和图5所示的实施例相同的结构，所以对同一部件附加相同的符号，并省略详细的说明。
本实施例的液晶显示元件在红、绿、蓝3色滤色器22R、22G、22B上分别对应于上述多个像素1的反射显示部1a而设置着基板间隙调整用透明膜26，其中，所述的红、绿、蓝3色滤色器22R、22G、22B设置在液晶元件100c的观察侧基板20的内面上，所述的基板间隙调整用透明膜26使上述反射部1a的基板间隙小于上述像素1的透射显示部1b的基板间隙。
另外，在上述滤色器22R、22G、22B上，分别在对应于上述像素1的反射显示部1a的区域的一部分上设置开口22Ra、22Ga、22Ba，把上述基板间隙调整用透明膜26填充到上述滤色器22R、22G、22B的开口22Ra、22Ga、22Ba中。
在该液晶元件的液晶层10的液晶分子10a，其取向实际上垂直于一对基板20、30，当在上述多个像素1的电极21、31之间外加ON电压时，相对于上述基板20、30面，液晶分子10a在其分子长轴和沿着上述摩擦方向的方向一致的情况下而倒伏取向。
而且，在本实施例中，通过形成上述基板间隙调整用透明膜26，使上述反射显示部1a的基板间隙厚度大致是透射显示部1b的基板间隙的1/2，从而使上述反射显示部1a的液晶层厚d1大致是上述透射显示部1b的液晶层厚d2的1/2，同时，通过适当选择这些液晶层厚d1、d2的值和液晶材料的折射率各向异性Δn，当外加ON电压时，即液晶分子10a在分子长轴与上述摩擦方向一致的情况下倒伏取向时上述反射显示部1a的Δnd1和上述透射显示部1b的Δnd2被分别设为Δnd1＝140±40nm，Δnd2＝270±40nm。
图11是表示形成于本实施例中液晶显示元件100c的一对基板20、30内面的垂直取向膜23、33的膜面摩擦方向23a、33a，观察侧和其对侧的偏振片101、102的透射轴101a、102a的方向、以及观察侧和其对侧的λ/4板103、104的滞相轴103a、104a的方向。
如该图11所示，在相互平行且相反方向上对上述液晶元件100c的一对基板20、30的内面进行摩擦处理，使观察侧偏振片101的透射轴101a与上述一对基板20、30内面的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a实际上以45°角斜向交叉而配置观察侧偏振片101，使对侧偏振片102的透射轴102a实际垂直于上述观察侧偏振片101的透射轴101a而配置对侧偏振片102。
另外，使观察侧λ/4板103的滞相轴103a实际平行或实际垂直于上述一对基板20、30内面的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a，且相对于上述观察侧偏振片101的透射轴101a实际成45°角斜向交叉而配置观察侧λ/4板103；使对侧λ/4板104的滞相轴104a实际垂直于上述观察侧λ/4板103的滞相轴103a(实际垂直或实际平行于一对基板的20、30内面垂直取向膜的摩擦方向23a、33a)，且相对于上述对侧偏振片102的透射轴102a实际成45°角斜向交叉而配置对侧λ/4板104。
图12A、图12B中示意表示了本实施例的液晶分子10a在外加OFF电压时和外加ON电压时的取向状态。在该实施例中，因在相互平行且相反的方向上对上述液晶元件100的一对基板20、30的内面进行摩擦处理，所以通过外加ON电压，则上述液晶分子10a如图12B所示，从图12A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态，转变成相对于上述基板20、30的面、其分子长轴与沿着上述摩擦方向23a、33a的方向相一致而倒伏的、非扭曲的均相取向状态。
这种液晶显示元件和图5所示的实施例相同，通过设置在上述液晶元件100c的观察侧和其对侧的一对基板20、30之间的液晶层10的双折射作用，以及分别设置在上述一对基板20、30和观察侧及其对侧偏振片101、102之间的2片λ/4板103、104的相位差控制入射光的偏振光状态而显示，该液晶元件的上述液晶层10的液晶分子10a的取向实际上垂直于基板20、30的面，所以视角较宽。
另外，关于该液晶显示元件，当在上述像素1的电极21、31之间外加OFF电压时，液晶分子10a以初始垂直取向状态取向，当外加ON电压时，实际上一对基板之间的所有液晶分子10a都相对于基板面变成在倒伏方向上取向的状态，所以对比度增高。
对上述液晶显示元件的利用外界光进行的反射显示进行说明。图13A、图13B是表示上述液晶显示元件的反射显示的示意图，表示上述液晶元件100c的1个像素1的反射显示部1a的显示。
图13A是表示在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a以初始垂直取向状态取向的OFF电压时的显示，图13B是表示在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a倒伏取向的ON电压时的显示。
当利用外界光进行反射显示时，该液晶显示元件是使配置于上述液晶元件100c的观察侧的观察侧偏振片101兼做偏振镜和检振镜的1片偏振片型的显示的元件，在该反射显示时，如图13A、13B的箭头线所示，从观察侧入射的外界光a0通过观察侧偏振片101而变成与其透射轴101a平行的直线偏振光a1，接着由观察侧λ/4板103转变成为从该光的前进方向来看左旋或右旋的圆偏振光a2，并入射到液晶元件100c的液晶层10中。
然后，当外加OFF电压时，因上述液晶层10的液晶分子10a实际上成垂直取向，所以由上述观察侧λ/4板103而成为圆偏振光a2并入射到上述液晶层10的光，几乎不受上述液晶层10的双折射作用的影响，直接以上述圆偏振光a2透过上述液晶层10，其中，通过反射膜34a对入射到多个像素1的反射显示部1a并透过上述液晶层10的光进行反射，并以上述圆偏振光a2的状态直接透过上述液晶层10，且如图13A所示从上述液晶元件100c的观察侧射出。
从上述液晶元件100c的观察侧射出的上述圆偏振光a2，由上述λ/4板103转变成实际和从观察侧透过观察侧偏振片101而入射的上述直线偏振光a1垂直的直线偏振光a3，入射到上述观察侧偏振片101上，被该观察侧偏振片101吸收，上述外加OFF电压的像素1的显示变成黑色的暗显示。
另外，当外加ON电压时，因上述液晶层10的液晶分子10a如同上述地在其分子长轴与沿着基板20、30的面的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a的方向一致的情况下而倒伏取向，所以由上述观察侧λ/4板103而成为圆偏振光a2并入射到液晶层10的光，在上述液晶层10的双折射作用下改变偏振光状态，其中，入射到上述多个像素1的反射显示部1a并透过上述液晶层10的光由反射膜34a反射，并再次改变偏振光状态而透过上述液晶层10，然后从上述液晶元件100c的观察侧射出。
在外加该ON电压时的上述反射显示部1a的液晶层10的双折射作用，使液晶分子10a倒伏取向时的上述反射显示部1a的Δnd1如同上述为140±40nm，所以实际上和λ/4板相同，因此，由上述观察侧λ/4板103而成为圆偏振光a2并入射到上述反射显示部1a的液晶层10的光，由上述液晶层10而成为实际上和从观察侧透过观察侧偏振片101并入射的上述直线偏振光a1相同的直线偏振光(未图示)，然后由反射膜34a反射，接着由上述液晶层10而成为旋转方向和透过上述观察侧λ/4板103并入射到液晶层10的圆偏振光a2相反的圆偏振光a4，如图13B所示从上述液晶元件100c的观察侧射出。
从上述液晶元件100c的观察侧射出的上述圆偏振光a4，由上述观察侧λ/4板103而成为实际上和从观察侧透过观察侧偏振片101而入射的上述直线偏振光a1相同的直线偏振光a5，并入射到上述观察侧偏振片101，透过该观察侧偏振片101而从观察侧射出，外加上述OFF电压的像素1的显示变成由上述滤色器22R、22G、22B所着色的红、绿、蓝中任意一种颜色的明显示。
并且，在该反射显示时，在从观察侧入射的光当中，入射到上述多个像素1的透射显示部1b并透过上述液晶层10的光从上述液晶元件100c的对侧射出。
即，该液晶显示元件是外加OFF电压时的显示为暗显示的进行常黑模式的反射显示的元件，当通过外加OFF电压而使液晶分子10a以初始垂直取向状态取向时，该显示成为最暗的黑色的暗显示，当通过外加ON电压使上述液晶分子10a为倒伏取向时，该显示成为最明亮的明显示(由滤色器22R、22G、22B着色的红、绿、蓝的显示)。
另外，因该液晶显示元件在上述液晶元件100c的观察侧对侧的基板30上设置有分别把上述多个像素1区分成反射显示部1a和透射显示部1b的反射机构34，所以能使上述反射显示的彩色图像足够明亮。
而且，该液晶显示元件，在上述滤色器22R、22G、22B上，在对应于上述像素1的反射显示部1a的区域的一部分上分别设置开口22Ra、22Ga、22Ba，所以在上述的反射显示时，可观察到混合了从多个像素1的反射显示部1a分别由上述滤色器22R、22G、22B着色的红、绿、蓝中任何一种颜色的着色光和透过上述开口22Ra、22Ga、22Ba内的非着色光的光，所以能够显示明亮的彩色图像。
接着，对利用来自上述面光源105的照明光进行的透射显示进行说明。图14A、图14B是表示上述液晶显示元件的透射显示的示意图，表示上述液晶元件100c的1个像素1的透射显示部1b的显示。
图14A是表示在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a以初始垂直取向状态取向的OFF电压时的显示，图14B是表示在上述像素1的电极21、31之间外加使液晶分子10a倒伏取向的ON电压时的显示。
在利用来自上述面光源105的照明光进行透射显示时，该液晶显示元件把配置在液晶元件100c对侧的对侧偏振片102作为偏振镜、把配置在液晶元件100c的观察侧的观察侧偏振片101上作为检振镜而显示，在该透射显示时，如图14A、14B的箭头线所示，从观察侧对侧入射的照明光b0由对侧偏振片102而变成与其透射轴102a平行的直线偏振光b1，接着由对侧λ/4板104而转变为从该光的前进方向来看左旋或右旋的圆偏振光b2，入射到像素1的透射显示部1b的光，入射到液晶元件100c的液晶层10中。
然后，当外加OFF电压时，因上述液晶层10的液晶分子10a实际上成垂直取向，所以由上述对侧λ/4板104而成为圆偏振光b2并入射到上述像素1的透射显示部1b的光，几乎不受上述液晶层10的双折射作用的影响，直接以上述圆偏振光b2透过上述液晶层10，且如图14A所示从上述液晶元件100c的观察侧射出。
从上述液晶元件100c的观察侧射出的上述圆偏振光b2，由观察侧λ/4板103转变成具有实际上和观察侧偏振片101的吸收轴一致的振动面的直线偏振光，即转变成实际上和透过上述对侧偏振片102并入射的上述直线偏振光b1相同的直线偏振光b3，入射到观察侧偏振片101上，被该观察侧偏振片101吸收，上述外加OFF电压的像素1的显示变成黑暗的暗显示。
另外，当外加ON电压时，因上述液晶层10的液晶分子10a如同上述地在其分子长轴与沿着基板20、30面所形成的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a的方向一致的情况下而倒伏取向，所以由上述对侧λ/4板104而成为圆偏振光b2并入射到上述像素1的透射显示部1b的光，在上述液晶层10的双折射作用下改变偏振光状态，从上述液晶元件100c的观察侧射出。
在外加该ON电压时的上述反射显示部1a的液晶层10的双折射作用，使液晶分子10a倒伏取向时的上述透射显示部1b的Δnd2如同上述为270±40nm，所以实际上和λ/2板相同，因此，由上述对侧λ/4板104而成为圆偏振光b2并入射到上述透射显示部1b的液晶层10的光，由上述液晶层10而成为实际上旋转方向相反的圆偏振光b4，如图14B所示从上述液晶元件100c的观察侧射出。
从上述液晶元件100c的观察侧射出的上述圆偏振光b4，由上述观察侧λ/4板103而成为具有实际上和观察侧偏振片101的透射轴101a一致的振动面的直线偏振光，即实际上垂直于透过上述对侧偏振片102并入射的上述直线偏振光b1的直线偏振光b5，并入射到上述观察侧偏振片101，透过该观察侧偏振片101而从观察侧射出，成为由上述滤色器22R、22G、22B所着色的红、绿、蓝中任意一种颜色的明显示。
即，该液晶显示元件在利用来自上述面光源105的照明光进行透射显示时也进行常黑模式的显示，当通过外加OFF电压使液晶分子10a以初始垂直取向状态取向时，该显示成为最暗的黑色的暗显示，当通过外加ON电压使上述液晶分子10a为倒伏取向时，该显示成为最明亮的明显示(着色的红、绿、蓝的显示)。
因此，通过该液晶显示元件，能得到宽视角、高对比度的显示，而且，能进行利用外界光反射显示的彩色图像显示和利用来自配置在观察侧对侧的面光源105的照明光透射显示的彩色图像显示这两种显示，并且能使这两种彩色图像足够明亮。
并且，也能把上述面光源105作为利用外界光进行反射显示时的辅助光源，此时，因上述的反射显示和透射显示都是常黑模式，所以能得到高对比度的显示。
另外，该液晶显示元件，使上述多个像素1的反射显示部1a的液晶层厚d1小于透射显示部1b的液晶层厚d2，所以可减小上述液晶层10对往复透过上述反射显示部1a的液晶层10的光的双折射作用和上述液晶层10对只一次透过上述透射显示部1b的液晶层10的光的双折射作用之间的差异，能够几乎没有质量差异地显示上述反射显示的彩色图像和上述透射显示的彩色图像。
在本实施例中，使上述反射显示部1a的液晶层厚d1大致是上述透射显示部1b的液晶层厚d2的1/2，当外加ON电压时(液晶分子10a在其分子长轴与上述摩擦方向一致的情况下倒伏取向时)的上述反射显示部1a的Δnd1和上述透射显示部1b的Δnd2被分别设为Δnd1＝140±40nm，Δnd2＝270±40nm，所以如上所述，无论是上述反射显示时还是上升透射显示时，都能通过外加OFF电压得到最暗的黑色的暗显示，通过外加ON电压得到最明亮的明显示。
而且，在本实施例中，在上述液晶元件100c的一对基板20、30中的一方、例如观察侧基板20的内面上，对应于多个像素1的反射显示部1a，设置有用于使上述反射显示部1a的基板间隙厚度小于上述像素1的透射显示部1b的基板间隙的透明膜26，所以能够以简单的构造使上述多个像素1的反射显示部1a的液晶层厚d1小于透射显示部1b的液晶层厚d2。
并且，在上述实施例中，对上述液晶元件100c的一对基板20、30的内面(垂直取向膜23、33的膜面)所进行的摩擦处理，可以在相互平行且相同的方向上进行，此时也和上述实施例相同，规定外加ON电压时的液晶分子10a的倒伏方向为沿着上述摩擦方向的方向，从而能得到更高的对比度。
另外，上述摩擦处理可以仅对上述一对基板20、30中的任意一片的内面实施，或者对上述一对基板20、30均不实施。
图15A、15B中用示意图表示仅对上述一对基板的20、30中的任意一片，如对侧基板30的内面进行摩擦处理时的液晶分子10a在外加OFF电压时和外加ON电压时的取向状态。如此，只在对侧基板30的内面进行摩擦处理时，通过外加ON电压，液晶分子10a会从图15A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态，如图15B所示，其分子长轴与沿着上述对侧基板30的垂直取向膜的摩擦方向33a的方向相一致而大致水平倒伏。此时，因存在相对于未进行摩擦处理的观察侧基板20的内面倾斜方向相反的取向状态，所以能进一步扩大显示的视角。
另外，图16A、16B中用示意图表示对上述一对基板的20、30都未进行摩擦处理时的液晶分子10a在外加OFF电压时和外加ON电压时的取向状态。如此，当对一对基板20、30都不进行摩擦处理时，通过外加ON电压，液晶分子10a会从图16A所示的外加OFF电压时的垂直取向状态，转变成如图16B所示的、存在相对于一对基板20、30的内面的倾斜方向相反的2种取向状态，所以能进一步扩大显示的视角。
(第5实施例)另外，在上述实施例中，也可以在把液晶元件100c的多个像素1分别区分成反射显示部1a和透射显示部1b的反射机构34的反射面34a上形成凹凸形状，并省略上述扩散层106。
图17是表示本发明的第5实施例的液晶显示元件的一部分的截面图。该液晶显示元件是具备通过在反射面上形成凹凸形状的反射膜35a形成反射机构35的液晶元件100d的元件。
在本实施例中，上述液晶元件100d是在观察侧基板20的内面上设置有多个像素电极31、TFT32以及未图示的门配线和数据配线，在对侧基板30内面上设置有上述反射机构35、红、绿、蓝3色滤色器22R、22G、22B、基板间隙调整用透明膜36、对向电极21的有源矩阵液晶元件，形成上述反射机构35的反射膜35a被覆在设置于对侧基板30的基板面上的、整个表面形成为凹凸面的透明凹凸面膜36上。
并且，本实施例的液晶显示元件，上述液晶元件100d的液晶层10及多个像素1的反射显示部1a的Δnd1和透射显示部1b的Δnd2的值和上述第4实施例相同，另外，偏振片101、102和λ/4板103、104的配置状态也和第4实施例相同，所以省略重复部分的说明。
本实施例的液晶显示元件通过对应于上述液晶元件100d的多个像素1的每个像素的上述反射显示部1a而设置、且反射面形成为凹凸形状的多个反射膜35a，形成把上述液晶元件100d的多个像素1分别区分成反射显示部1a和透射显示部1b的反射机构35，所以能够使利用外界光的反射显示进一步变亮，并进一步扩大视角。
另外，在本实施例中，在上述液晶元件100d的对侧基板30的基板面上设置整个表面形成凹凸形状的凹凸面膜36，并在其上面形成上述反射膜35a，所以在利用来自面光源105的照明光进行透射显示时，能射出由上述凹凸面膜36扩散的光，并扩大视角。
并且，也可通过其他方法在上述反射膜35a的反射面形成凹凸结构，另外，在上述透射显示时，也可射出非扩散光。
权利要求
1.一种液晶显示元件，其特征在于，具备垂直取向型液晶元件，夹隔所述垂直取向型液晶元件而配置在其两侧的一对偏振片，和分别配置在所述垂直取向型液晶元件和所述一对偏振片之间的2片λ/4板；其中所述垂直取向型液晶元件具备相互对向配置的一对基板，分别设置在所述一对基板的相互对向的内面上、并由相互对向的区域形成多个像素的多个电极，和配置在所述一对基板之间、由液晶分子实际垂直于所述基板面而取向的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。
2.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，在一对基板的形成有多个电极的内面上分别形成垂直取向膜，且在预先规定的方向上对所述一对基板当中的至少一片基板的内面进行摩擦处理。
3.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，对分别形成在一对基板的内面上的垂直取向膜，在各自相互平行的方向上进行摩擦处理。
4.如权利要求1所述的液晶元件，其特征在于，所述2片λ/4板，以使其各自的滞相轴相互垂直的方式配置。
5.如权利要求4所述的液晶显示元件，其特征在于，所述2片λ/4板当中的任意一片，以使其滞相轴相对于所述一对偏振片当中的任意一片的光学轴的交角实际成45°角的方式配置。
6.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述2片λ/4板当中任意一片，以使其滞相轴垂直于所述垂直取向膜的摩擦方向的方式配置。
7.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，进而具备反射机构，该反射机构配置在所述一对基板当中的与观察侧基板对向的对侧基板的内面，把多个像素的每个像素分别区分成把从所述观察侧入射的光向所述观察侧反射的反射显示部、和把从所述对侧基板入射的光向所述观察侧透射的透射显示部。
8.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，所述垂直取向型液晶元件进而具备用于调整所述液晶层厚度的间隙调整膜。
9.一种液晶显示元件，其特征在于，具备垂直取向型液晶元件，夹隔所述垂直取向型液晶元件而配置在其两侧的一对偏振片，和配置在所述一对基板和所述一对偏振片之间当中的、至少观察侧基板和偏振片之间的1片λ/4板；其中所述垂直取向型液晶元件具备相互对向配置的一对基板，分别设置在所述一对基板的相互对向的内面上、并由相互对向的区域形成多个像素的电极，设置在所述一对基板中的一片基板的内面上并分别对应于所述多个像素的红、绿、蓝3色滤色器，设置在与所述一对基板的观察侧基板对向的对侧基板上、并把所述多个像素的每个像素分别区分成把从所述观察侧入射的光向所述观察侧反射的反射显示部、和把从所述对侧基板入射的光向所述观察侧透射的透射显示部的反射机构，和封入所述一对基板之间且由液晶分子的取向实际上垂直于所述基板面的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。
10.如权利要求9所述的液晶显示元件，其特征在于，把多个像素分别区分成反射显示部和透射显示部的反射机构，由对应于上述多个像素的每个像素的所述反射显示部而设置的多个反射膜构成。
11.如权利要求10所述的液晶显示元件，其特征在于，所述反射膜的反射面上形成凹凸形状。
12.如权利要求9所述的液晶显示元件，其特征在于，在分别对应于所述多个像素而设置的3色滤色器各自的每个所述反射显示部上形成透明的开口部。
13.如权利要求11所述的液晶显示元件，其特征在于，在所述滤色器各自的每个所述反射显示部上形成的透明开口部形成有透明部件。
14.如权利要求12所述的液晶显示元件，其特征在于，所述透明部件由覆盖所述滤色器并用于调整液晶层的层厚的间隙调整膜构成。
15.一种液晶显示元件，其特征在于，具备垂直取向型液晶元件，夹隔所述垂直取向型液晶元件而配置在其两侧的一对偏振片，和分别配置在所述垂直取向型液晶元件和所述一对偏振片之间的2片λ/4板；其中所述垂直取向型液晶元件具备相互对向配置的一对基板，分别设置在所述一对基板的相互对向的内面上、并由相互对向的区域形成多个像素的电极，设置在所述一对基板中的一片基板的内面上并分别对应于所述多个像素的红、绿、蓝3色滤色器，设置在与所述一对基板的观察侧基板对向的对侧基板上、并把所述多个像素的每个像素分别区分成把从所述观察侧入射的光向所述观察侧反射的反射显示部、和把从所述对侧基板入射的光向所述观察侧透射的透射显示部的反射机构，在所述滤色器的各像素上对应于所述反射显示部而设置、用于调整液晶层的层厚的透明部件，和封入所述一对基板之间且由液晶分子的取向实际上垂直于所述基板面、且上述多个像素的上述反射显示部的层厚小于上述透射显示部的层厚地形成的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。
16.如权利要求15所述的液晶显示元件，其特征在于，所述滤色器在对应于所述反射显示部的位置上，形成用于使入射到所述反射显示部的光的一部分不经着色而反射的开口部。
17.如权利要求15所述的液晶显示元件，其特征在于，所述透明部件由填埋所述滤色器开口部且在对应于所述反射显示部的区域内所设置的用于使该反射显示部的液晶层厚变薄的透明材料构成。
18.如权利要求15所述的液晶显示元件，其特征在于，所述多个电极分别由透明电极构成，所述反射机构比所述对侧基板的所述透明电极更靠基板侧，其中透明电极由透明导电部件形成。
19.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，在各自相互平行的方向上对分别形成在所述一对基板内面上的垂直取向膜进行摩擦处理。
20.如权利要求4所述的液晶显示元件，其特征在于，所述2片λ/4板，使其各自的滞相轴相互垂直的方式配置；并且，所述2片λ/4板当中的任意一片，以使其滞相轴相对于所述一对偏振片当中的任意一片的光学轴的交角实际成45°角的方式配置。
全文摘要
本发明提供一种液晶显示元件。由以下部分构成垂直取向型液晶元件一对基板、分别设置在所述一对基板的对向的内面上并用于形成多个像素的相互对向的多个电极、封入所述一对基板之间并由用于使液晶分子实际上垂直取向的介电各向异性为负的液晶材料构成的液晶层。夹隔该垂直取向型液晶元件而配置一对偏振片，并在所述垂直取向型液晶元件和夹隔该元件而配置的一对偏振片之间分别配置λ/4板。在所述垂直取向型液晶元件的相对向的一对基板之间，形成用于在透射显示区域和反射显示区域之间调整液晶层厚的液晶层厚调整膜。
文档编号G02F1/137GK1603899SQ200410085729
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者小林君平, 荒井则博, 西野利晴 申请人:卡西欧计算机株式会社