专利名称：反射型液晶显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及反射型液晶显示元件。
液晶显示元件由于薄、而且轻，所以以便携式信息终端的显示器为主，被广泛地应用。液晶显示元件是一种自己不发光、而是改变光的透射强度进行显示的受光型元件，由于用数伏有效电压就能驱动，所以如果在液晶显示元件的下侧备有反射板，利用外部光线的反射光观看显示，作为这样的反射型使用的话，就会成为消耗电力极低的显示元件。现有的反射型彩色液晶显示元件基本上由备有滤色片的液晶单元和夹着该液晶单元配置的一对偏振膜构成。滤色片被设在上述液晶单元的一个基板上，在基板上还在滤色片上形成透明电极。通过将电压加在该液晶单元上，改变液晶分子的取向状态，从而改变各个滤色片的光透射率，进行彩色显示。
一个偏振片的透射率最多不过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为0％，垂直偏振光的透射率大致为90％。因此在使用两个偏振片的反射型液晶显示元件中，光4次通过滤光膜后射出，所以在不考虑滤色片的吸收时，反射率为(0.9)4×50％=32.8％即使是黑白面板，也顶多约为33％。
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、用一个偏振膜和反射板夹着液晶单元的结构(例如特开平7-146469号公报、特开平7-84252号公报)。这时，由于光只通过偏振膜两次，所以在不考虑滤色片的吸收时，反射率为(0.9)2×50％=40.5％相对于使用两片偏振膜的结构，最大能期望反射率提高约23.5％。
另外，还提出了不用滤色片，而是利用液晶单元的扭转取向的向列液晶层的双折射和偏振膜进行着色显示的反射型液晶显示装置(特开平6-308481号公报)、以及利用液晶层和相位差膜的双折射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)。
可是，使用两片偏振膜的反射型液晶显示元件在将滤色片用于该元件进行彩色显示的情况下，存在不能确保获得足够的亮度的反射率的课题。
另外，使用一片偏振膜的反射型液晶显示元件是一种将滤色片用于该元件进行彩色显示、提高反射率、确保亮度的结构，在现有的结构中，黑白的无彩色显示困难，特别是存在反射率低、无彩色的黑显示困难的课题。
另外，不使用滤色片，而是利用液晶单元的扭转取向的向列液晶层的双折射和偏振膜进行着色显示的反射型液晶显示元件，或利用液晶层和相位差膜的双折射的彩色液晶显示元件由于没有滤色片，所以即使使用两片偏振膜，也能确保只能获得实用的亮度的反射率，由于是利用双折射的着色的彩色显示，所以在原理上难以实现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·色再现范围窄的课题。
另外，黑白显示方式的反射型液晶显示元件在使用两片偏振膜的结构中，也存在不能取得较高的白色反射率的课题。
鉴于这种情况，本发明的目的在于提供一种能取得白色显示亮、反差大的可进行无彩色的黑白显示的反射型液晶显示元件。
为了达到上述目的，本发明的反射型液晶显示元件的特征在于它包括将向列液晶封入一对基板之间的液晶单元、配置在该液晶单元的一侧基板侧的偏振膜、配置在该偏振膜和液晶单元之间的高分子模、以及配置在另一侧基板侧的光反射构件，使上述一对基板之间的向列液晶的扭转角度为0°～90°，使该向列液晶的双折射率△nLC和液晶层厚度dLC的积△nLC·dLC为0.35μm～0.50μm，使由该积△nLC·dLC和上述高分子模的延迟RFilm定义RFilm-△nLC·dLC的双折射差△R为-0.20μm～0.00μm，从上述的一侧基板侧看时，将上述向列液晶从上述的一侧基板侧到上述的另一侧基板侧的扭转方向作为正方向，当在基板面内方向规定的基准线和最接近上述的一侧基板的液晶分子的长轴方向构成的角度为φLC、上述基准线和高分子膜的滞相轴的方向构成的角度为φF、上述基准线和上述偏振膜的吸收轴的方向构成的角度为φP时，使φF-φLC在70°～110°的范围内，使φP-φF在-90°～-60°的范围内。通过这样构成，就能制成明亮且可进行无彩色的黑白变化的常白型的反射型液晶显示元件。
另外，本发明的另一结构的特征在于它包括将向列液晶封入一对基板之间的液晶单元、配置在该液晶单元的一侧基板侧的偏振膜、配置在该偏振膜和液晶单元之间的高分子模、以及配置在另一侧基板侧的光反射构件，使上述一对基板之间的向列液晶的扭转角度为0°～90°，使该向列液晶的双折射率△nLC和液晶层厚度dLC的积△nLC·dLC为0.35μm～0.50μm，使由该积△nLC·dLC和上述高分子模的延迟RFilm定义RFilm-△nLC·dLC的双折射差△R为-0.20μm～0.00μm，从上述的一侧基板侧看时，将上述向列液晶从上述的一侧基板侧到上述的另一侧基板侧的扭转方向作为正方向，当在基板面内方向规定的基准线和最接近上述的一侧基板的液晶分子的长轴方向构成的角度为φLC、上述基准线和高分子膜的滞相轴的方向构成的角度为φF、上述基准线和上述偏振膜的吸收轴的方向构成的角度为φP时，使φF-φLC在70°～110°的范围内，使φP-φF在-55°～-25°的范围内。通过这样构成，就能制成明亮且可进行无彩色的黑白变化的常黑型的反射型液晶显示元件。
这里，当高分子膜面内的异常折射率为nx、正常折射率为ny、膜厚为dFilm时，高分子膜的延迟RFilm能表示为RFilm=(nx-ny)·dFilm。
在本发明的反射型液晶显示元件中，最好使向列液晶的扭转角度为30°～60°、使△nLC·dLC为0.35μm～0.45μm。如果采用该优选例，则能获得更好的特性。
另外，在常白型的反射型液晶显示元件中，最好使RFilm在0.25μm～0.45μm(0.35μm±0.10μm的范围内)，如果采用该优选例，则能进一步降低加电压时黑色的反射率。另一方面，在常黑型的反射型液晶显示元件中，最好使RFilm在0.20μm～0.40μm(0.30μm±0.10μm的范围内)，如果采用该优选例，则能进一步降低不加电压时黑色的反射率。
另外，在上述反射型液晶显示元件中，高分子膜最好是由从聚碳酸酯、多芳类及聚砜类中选择的至少一种构成。如果采用该优选例，则能获得反射率足够低的无彩色的黑色显示及反射率高的无彩色的白色显示，能制成反差大的反射型液晶显示元件。
另外，在上述反射型液晶显示元件中，高分子膜的Z系数QZ最好为0.0-1.0。这里，QZ是利用将膜面的法线方向作为z轴规定的空间坐标系(x,y,z)中的各轴向的折射率nx、ny及nz，由Qz=(nx-nz)/(nx-ny)表示的系数(nx是滞相轴方向的折射率(异常光折射率)，ny是进相轴方向的折射率(正常光折射率)。)。如果采用该优选例，则能获得反射率对视角的依赖性小的反射型液晶显示元件。根据同样的观点，QZ最好为0.2～0.6。
另外，在上述反射型液晶显示元件中，最好在上述一侧基板侧配置散射膜，该散射膜最好是前方散射膜。作为前方散射膜最好是几乎看不出后方散射特性、而前方散射特性很强的膜。用起雾率((散射光透射率)/(全光线透射率)×100[％])表示时，前方散射特性最好在60％以上。
上述前方散射膜不特别限定，但最好使用在散射特性中有指向性、只散射从特定的方向入射的光的类型的膜。该膜例如有由入射到包含膜法线的规定的平面上的入射光投影分量与膜法线构成的角度θ(-90°≤θ≤90°)规定的散射范围是适宜的，另外，该散射范围相对于膜法线最好是非对称的。如果散射范围相对于膜法线方向是非对称的，则能有效地使外部光线聚光，而且正面的反射率特性和反差特性好。
另外，散射膜最好配置在液晶单元和高分子膜之间、高分子膜和液晶单元之间、偏振膜的外侧等任意一处。
另外，散射膜既可以使用一片，也可以将多片重叠起来使用，在使用多片的情况下，最好使光的散射方向不同地进行重叠。具体地说，即，用上述角度θ表示散射范围，最好将在0°≤θ≤90°的范围内的两片以上的前方散射膜重叠起来，以便由投影到将上述散射范围二等分的方向的膜面上的投影分量确定的方向(以下有时称“散射方位”)不同。如果采用该优选例，就能获得自然的视觉特性。特别是最好将2片～4片前方散射膜重叠起来，以便使散射方位互相垂直或方向相反。如果采用该优选例，就能在更多的视觉方向上获得自然的视觉特性。
另外，在上述反射型液晶显示元件中，上述光反射构件作为构成要素最好含有从铝及银选择的至少一种金属，另外，上述光反射构件最好是兼作上述另一侧基板侧的电极的金属电极。
特别是在备有上述的散射膜的液晶显示元件的情况下，上述金属电极最好有镜面状的表面。如果采用该优选例，则液晶很少乱取向，能获得自然的目视性。另一方面，特别是在不使用散射膜的液晶显示元件的情况下，最好将散射膜配置在金属电极上，或者使金属电极本身具有漫反射性。作为具有漫反射性的金属电极最好在表面上带有平均倾角为3°～12°左右的凹凸。如果采用这些优选例，则能获得具有自然视觉特性的反射型液晶显示元件。
另外，也可以构成具有如下结构的反射型液晶显示元件，即用透明基板作为上述另一侧基板，并将漫反射板等光反射构件配置在该透明基板的外侧。这种情况下对另一侧的基板侧的电极变成使用透明电极了。在采用这种结构的情况下，最好在透明基板和漫反射板之间夹有空气层。如果采用该优选例，则能使漫射效果更大。
另外，在上述反射型液晶显示元件中，也可以配置滤色片制成反射型彩色液晶显示元件，也可以不配置滤色片而制成黑白方式的液晶显示元件。在后一种情况下，由于白色显示的反射率特别高，所以能获得明亮的反射型液晶显示元件。在前一种情况下，利用从白或黑进行无彩色变化的特性，能进行例如64层次的全色显示。
另外，在上述反射型液晶显示元件中，通过将非线性元件配置在上述另一侧的基板侧，能制成由呈矩阵状配置的TFT等的非线性元件驱动的有源矩阵型的反射型液晶显示元件。在此情况下，特别是最好在上述非线性元件上形成绝缘性的平坦膜，通过在该平坦膜上形成的接触孔，使上述非线性元件和上述另一侧的基板侧的电极导通。如果采用该优选例，则具有高数值孔径的有源驱动将成为可能，能获得高品质的反射型液晶显示元件。
图1是本发明的反射型液晶显示元件之一例的剖面图。
图2是本发明的反射型液晶显示元件之一例的光学结构图。
图3是表示本发明的反射型液晶显示元件的反射率和施加电压的关系之一例的特性曲线图。
图4是本发明的反射型液晶显示元件的另一例的剖面图。
图5是表示本发明的反射型液晶显示元件的反射率和施加电压的关系的另一例的特性曲线图。
图6是说明散射范围用的前方散射膜的示意剖面图。
图7是说明散射范围及散射方向用的前方散射膜的示意斜视图。
图8是说明散射范围的规定方法用的前方散射膜的示意斜视图。
图9是表示前方散射膜的使用方法(重叠方法)用的示意平面图。
图10是表示与右方向(a)或上方向(b)的视角变化对应的加电压时的黑色反射率变化的特性曲线图。
图11是本发明的反射型液晶显示元件的另一例的剖面图。
图12是本发明的反射型液晶显示元件的另一例(有源矩阵型)的剖面图。
以下，参照
本发明的实施例。
(第一实施例)图1是第一实施例的反射型液晶显示元件的剖面图。10表示偏振膜，11表示高分子膜，12表示散射膜层，13表示上侧透明基板，14表示滤色层，15a、15b表示取向层，16表示透明电极，17表示液晶层(厚度为dLC),18表示金属反射电极，19表示下侧基板。
图2是从图1上方看第一实施例的反射型液晶显示元件时的光学结构图。20表示基准线，21表示最接近下侧基板的液晶分子的排列方向，22表示最接近上侧透明基板的液晶分子的排列方向，23表示高分子膜的滞相轴方向，24表示上侧偏振膜的吸收轴方向。另外，φLCO表示最接近下侧基板19的液晶分子的排列方向21与基准线20之间的夹角，φLC表示最接近上侧透明基板13的液晶分子的排列方向22与基准线20之间的夹角，φF表示高分子膜11的滞相轴方向23与基准线20之间的夹角，φP表示偏振膜10的吸收轴24与基准线20之间的夹角。另外，角度的正负规定用ΩLC表示的液晶的扭转方向(液晶分子从上侧透明基板向下侧基板扭转的方向)为正。
采用无碱玻璃基板(例如1737:コ-ニンゲ公司制)作为上侧透明基板13和下侧基板19，在上侧透明基板13上用光刻法形成颜料分散型的红、绿、蓝条纹排列作为滤色层14，在它上面用铟·锡·氧化物(ITO)形成了象素电极作为透明电极16。另外，在下侧基板19上蒸镀300nm的钛，再蒸镀200nm的铝形成了镜面反射型的金属反射电极18。
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200℃下固化后，为了实现规定的扭转角，利用使用人造丝织物的旋转摩擦法进行取向处理，形成了取向层15a、15b。
将混入了1.0重量％的规定直径的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(例如ストラクトボンド三井东压化学公司制)印刷在上侧透明基板13上的周边部分，在下侧基板19上按100～200个/mm2的比例分布规定直径的树脂空心颗粒，将上侧透明基板13和下侧基板19互相贴合起来，用150℃使密封树脂固化后，真空注入将规定量的手征液晶混合到双折射率△nLC=0.09的氟酯类向列液晶中的液晶，用紫外线固化性树脂封口后，利用紫外光进行固化。
作为散射膜层12，将从膜法线测得的散射方位从0度到50度的住友化学工业社制的前方散射膜(商品名为ルミスティ)贴合在上述形成的液晶单元的上侧透明基板13上，且使其散射角度的二等分线在膜上的投影方向(散射方位)和基准线20正交。将一片聚碳酸酯粘贴在它上面，且使滞相轴呈规定的角度，将其作为高分子膜11，另外，将经过防反射(AR)处理后的膜粘贴在中等灰色的偏振膜(住友化学工业社制SQ-1852AP)上，且使吸收轴的方向呈规定的角度，将其作为偏振膜10。
如果使φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=157.5°、φP=87.5°，一边使△R=RFilm-△nLC·dLC满足-0.10μm，一边改变△nLC·dLC，在反射方式下测定光学特性，则能实现能获得△nLC·dLC在0.35μm～0.50μm的范围内、反射率低、无彩色的黑色和反射率高、无彩色的白色的常白方式的反射型液晶显示元件。这是由于白和黑具有充分的液晶的双折射差，而且处于能补偿液晶的双折射产生的着色的范围内。
另外，如果△R满足-0.20μm～0.00μm，则能确认在施加了从白色显示到黑色显示的电压时，所显示的颜色实际上是在无彩色的范围内变化。这是由于使△R为-0.20μm～0.00μm，使φF-φLC在90°±20°的范围内时，在从白色到黑色变化期间，特别是在施加导通电压而进行黑色显示时，能消除由液晶层的双折射产生的着色之故。因此，能实现反射率低的无彩色的黑色显示和反射率高的无彩色的白色显示反差大的反射型液晶显示元件。
其次，研究了使液晶的扭转角ΩLC变化时的特性，在本发明的第一实施例中，确认了扭转角在0°～90°的范围内能获得良好的特性。而且，在使扭转角ΩLC为30°～60°、使△nLC·dLC为0.35μm～0.45μm时，能获得特别好的特性。
而且，能确认特别是当RFilm满足0.25μm～0.45μm时，能降低施加导通电压时的黑色反射率。
这里，特别给出在△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.350μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=155.0°、φP=76.5°时的光学特性的测定结果。这时，△R=RFilm-△nLC·dLC=0.050μm、φF-φLC=87.5°、φP-φF=-78.5°，满足上述确认的条件。
图3是表示该反射型液晶显示元件的反射率和施加电压的关系之一例的特性曲线图。在正面特性中，按白色Y值换算的反射率为17.8％，反差为15.4。另外，由于从黑到白呈无彩色变化，所以能确认可以进行64层次的全色显示。另外，在以上的结构中制作了将滤色层14除去的反射型液晶显示元件，在正面特性中获得了反差15.1、按白色Y值换算的反射率33.9％。
另外，在以上的结构中，虽然将散射膜层12配置在高分子膜11和上侧透明基板13之间，但将散射膜层12配置在偏振膜10上时，或配置在偏振膜10和高分子膜11之间时，也能获得同样的特性。
另外，在本实施例中，虽然使用聚碳酸酯作为高分子膜，但发明的效果不受此限制，例如，确认了即使使用多芳类或聚砜类，也能获得同样的效果。
另外，在本实施例中，虽然使用含有铝作为构成要素的金属反射电极作为反射电极，但发明的效果不受此限制，例如，即使使用含有银作为构成要素的金属反射电极等，也能获得同样的效果。
(第二实施例)图4是第二实施例的反射型液晶显示元件的剖面图。40表示偏振膜，41表示高分子膜，43表示上侧透明基板，44表示滤色层，45a、45b表示取向层，46表示透明电极，47表示液晶层，48表示金属反射电极，49表示下侧基板。
第二实施例的光学结构基本上与第一实施例相同，与图2所示的反射型液晶显示元件的光学结构相同。
采用无碱玻璃基板(例如1737:コ-ニンゲ公司制)作为上侧透明基板43和下侧基板49，在上侧透明基板43上用光刻法形成颜料分散型的红、绿、蓝条纹排列作为滤色层44，在它上面用铟·锡·氧化物形成了象素电极作为透明电极46。另外，在下侧基板49上蒸镀300nm的钛，在它上面蒸镀200nm的铝，再将其表面并粗糙，使平均倾斜角为8°～10°，形成了漫反射(散射)型的金属反射电极48。
将聚酰亚胺的γ-丁内酯的5重量％溶液印刷在透明电极46及金属反射电极48上，在200℃下固化后，为了实现规定的扭转角，利用使用人造丝织物的旋转摩擦法进行取向处理，形成了取向层45a、45b。
将混入了1.0重量％的规定直径的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(例如ストラクトボンド三井东压化学公司制)印刷在上侧透明基板43上的周边部分，在下侧基板49上按100～200个/mm2的比例分布规定直径的树脂空心颗粒，将上侧透明基板43和下侧基板49互相贴合起来，在150℃下使密封树脂固化后，真空注入将规定量的手征液晶混合到双折射率△nLC=0.09的氟酯类向列液晶中的液晶，用紫外线固化性树脂封口后，利用紫外光进行固化。
作为高分子膜41，将一片聚碳酸酯粘贴在如上形成的液晶单元的上侧透明基板43上，且使滞相轴呈规定的角度，另外，作为偏振膜40，将经过防反射(AR)处理后的膜粘贴在中等灰色的偏振膜(住友化学工业社制SQ-1852AP)上，且使吸收轴或透射轴的方向呈规定的角度。
如果使φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=157.5°、φP=87.5°，一边使△R=RFilm-△nLC·dLC满足-0.10μm，一边改变△nLC·dLC，在反射方式下测定光学特性，则能实现能获得△nLC·dLC在0.35μm～0.50μm的范围内、反射率低、无彩色的黑色和反射率高、无彩色的白色的常白方式的反射型液晶显示元件。这是由于白和黑具有充分的液晶的双折射差，而且处于能补偿液晶的双折射产生的着色的范围内。
另外，如果△R满足-0.20μm～0.00μm，则能确认在施加了从白色显示到黑色显示的电压时，所显示的颜色实际上是在无彩色的范围内变化。这是由于使△R为-0.20μm～0.00μm，使φF-φLC在90°±20°的范围内时，在从白色到黑色变化期间，特别是在施加导通电压而进行黑色显示时，能消除由液晶层的双折射产生的着色之故。因此，能实现反射率低的无彩色的黑色显示和反射率高的无彩色的白色显示反差大的反射型液晶显示元件。
其次，研究了使液晶的扭转角ΩLC变化时的特性，在本发明的第二实施例中，确认了扭转角在0°～90°的范围内能获得良好的特性。而且，在使扭转角ΩLC为30°～60°、使△nLC·dLC为0.35μm～0.45μm时，能获得特别好的特性。
而且，能确认特别是当RFilm满足0.25μm～0.45μm时，能降低施加导通电压时的黑色反射率。
这里，特别给出在△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.350μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=155.0°、φP=76.5°时的光学特性的测定结果。这时，△R=RFilm-△nLC·dLC=0.050μm、φF-φLC=87.5°、φP-φF=-78.5°，满足上述确认的条件。
这时，在正面特性中，按白色Y值换算的反射率为16.5％，反差为15.2。另外，由于从黑到白呈无彩色变化，所以能确认可以进行64层次的全色显示。
另外，在以上的结构中，制作了将滤色层44除去的反射型液晶显示元件，在正面特性中获得了反差15.0、按白色Y值换算的反射率32.7％。
另外，在本实施例中，虽然使用聚碳酸酯作为高分子膜，但发明的效果不受此限制，例如，确认了即使使用多芳类或聚砜类，也能获得同样的效果。
另外，在本实施例中，虽然使用含有铝作为构成要素的金属反射电极作为反射电极，但发明的效果不受此限制，例如，即使使用含有银作为构成要素的金属反射电极等，也能获得同样的效果。
(第三实施例)第三实施例的反射型液晶显示元件的制作及结构基本上与第一实施例相同，有图1所示的反射型液晶显示元件的剖面及与图2相同的反射型液晶显示元件的光学结构。
如果使φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=157.5°、φP=112.5°，一边使△R=RFilm△nLC·dLC满足-0.10μm，一边改变△nLC·dLC，在反射方式下测定光学特性，则能实现能获得△nLC·dLC在0.35μm～0.50μm的范围内、反射率低、无彩色的黑色和反射率高、无彩色的白色的常白方式的反射型液晶显示元件。这是由于白和黑具有充分的液晶的双折射差，而且处于能补偿液晶的双折射产生的着色的范围内。
另外，如果△R满足-0.20μm～0.00μm，则能确认在施加了从白色显示到黑色显示的电压时，所显示的颜色实际上是在无彩色的范围内变化。这是由于使△R为-0.20μm～0.00μm，使φF-φLC在90°±20°的范围内时，在从白色到黑色变化期间，特别是在施加导通电压而进行黑色显示时，能消除由液晶层的双折射产生的着色之故。因此，能实现反射率低的无彩色的黑色显示和反射率高的无彩色的白色显示反差大的反射型液晶显示元件。
其次，研究了使液晶的扭转角ΩLC变化时的特性，在本发明的第三实施例中，确认了扭转角在0°～90°的范围内能获得良好的特性。而且，在使扭转角为30°～60°、使△nLC·dLC为0.35μm～0.45μm时，能获得特别好的特性。
而且，能确认特别是当RFilm满足0.20μm～0.40μm时，能降低施加断开电压时的黑色反射率。
这里，特别给出在△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.280μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=145.0°、φP=102.0°时的光学特性的测定结果。这时，△R=RFilm-△nLC·dLC=-0.120μm、φF-φLC=78.0°、φP-φF=-43.5°，满足上述确认的条件。
图5是表示第三实施例的反射型液晶显示元件的反射率和施加电压的关系的特性曲线图。在正面特性中，按白色Y值换算的反射率为17.2％，反差为15.1。另外，由于从黑到白呈无彩色变化，所以能确认可以进行64层次的全色显示。
另外，在以上的结构中，制作了将滤色层44除去的反射型液晶显示元件，在正面特性中获得了反差15.0、按白色Y值换算的反射率33.4％。
另外，在本实施例中，虽然使用聚碳酸酯作为高分子膜，但发明的效果不受此限制，例如，确认了即使使用多芳类或聚砜类，也能获得同样的效果。
另外，在本实施例中，虽然使用含有铝作为构成要素的金属反射电极作为反射电极，但发明的效果不受此限制，例如，即使使用含有银作为构成要素的金属反射电极等，也能获得同样的效果。
(第四实施例)第四实施例的反射型液晶显示元件的制作及结构基本上与第二实施例相同，有图4所示的反射型液晶显示元件的剖面及与图2相同的反射型液晶显示元件的光学结构。
如果使φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=157.5°、φP=112.5°，一边使△R=RFilm-△nLC·dLC满足-0.10μm，一边改变△nLC·dLC在反射方式下测定光学特性，则能实现能获得△nLC·dLC在0.35μm～0.50μm的范围内、反射率低、无彩色的黑色和反射率高、无彩色的白色的常白方式的反射型液晶显示元件。这是由于白和黑具有充分的液晶的双折射差，而且处于能补偿液晶的双折射产生的着色的范围内。
另外，如果△R满足-0.20μm～0.00μm，则能确认在施加了从白色显示到黑色显示的电压时，所显示的颜色实际上是在无彩色的范围内变化。这是由于使△R为-0.20μm～0.00μm，使φF-φLC在90°±20°的范围内时，在从白色到黑色变化期间，特别是在施加导通电压而进行黑色显示时，能消除由液晶层的双折射产生的着色之故。因此，能实现反射率低的无彩色的黑色显示和反射率高的无彩色的白色显示反差大的反射型液晶显示元件。
其次，研究了使液晶的扭转角ΩLC变化时的特性，在本发明的第四实施例中，确认了扭转角在0°～90°的范围内能获得良好的特性。而且，在使扭转角ΩLC为30°～60°、使△nLC·dLC为0.35μm～0.45μm时，能获得特别好的特性。
而且，能确认特别是当RFilm满足0.20μm～0.40μm时，能降低施加导通电压时的黑色反射率。
这里，特别给出在△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.280μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=145.5°、φP=102.0°时的光学特性的测定结果。这时，△R=RFilm-△nLC·dLC=-0.120μm、φF-φLC=78.0°、φP-φF=-43.5°，满足上述确认的条件。
这时，在正面特性中，按白色y值换算的反射率为16.1％，反差为14.9。另外，由于从黑到白呈无彩色变化，所以能确认可以进行64层次的全色显示。
另外，在以上的结构中，制作了将滤色层44除去的反射型液晶显示元件，在正面特性中获得了反差14.7、按白色Y值换算的反射率32.1％。
另外，在本实施例中，虽然使用聚碳酸酯作为高分子膜，但发明的效果不受此限制，例如，确认了即使使用多芳类或聚砜类，也能获得同样的效果。
另外，在本实施例中，虽然使用含有铝作为构成要素的金属反射电极作为反射电极，但发明的效果不受此限制，例如，即使使用含有银作为构成要素的金属反射电极等，也能获得同样的效果。
(第五实施例)第五实施例的反射型液晶显示元件的制作及结构基本上与第一实施例相同，有图1所示的反射型液晶显示元件的剖面及与图2相同的反射型液晶显示元件的光学结构。
图6是表示在本发明中从其剖面方向看能适用的一片前方散射膜时的散射范围的示意图。图7是表示散射范围62用的前方散射膜61的斜视图。这里，如上所述，将把该膜的散射范围二等分的方向67在膜面上的投影的方向定为该膜的散射方向68。
该膜在散射范围62内有较高的散射特性，在散射范围62以外有较低的散射特性，具体地说，在散射范围62内，起雾率在60％以上，最好在80％以上，另外在散射范围62以外，最好在20％以下。这样的膜在外观上如果从散射范围62内看，呈半透明状态，只有从散射范围62以外看才是透明的。另外，起雾率用(散射光透射率)/(全光线透射率)×100[％]表示。
如图8所示，散射范围62由包含膜法线63的向一定的平面64上的入射光方向65的投影分量66与膜法线构成的角度θ(-90°≤θ≤90°)规定。
在本实施例中，是在第一实施例的结构中使△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.340μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45°、φF=155.0°、φP=76.5°。
在第一实施例中，如图9(a)所示，作为散射膜层12使用的住友化学工业社制的前方散射膜(商品名为ルミスティ散射范围为0°≤θ≤50°)，贴合时使膜的散射方位68和基准线20正交。
这样构成虽然也能获得聚光效率相当高而视角依赖性小的反射型液晶显示元件，但在本实施例中，研究了作为散射膜层12使用了多片住友化学工业社制的前方散射膜(商品名为ルミスティ)的结构的特性。
首先，如图9(b)所示，作为使用两片的结构是这样贴合的使散射范围为5°≤θ≤55°的一片膜的散射方位如69a所示，使散射范围为10°≤θ≤60°的一片膜的散射方位如与69a正交的69b所示。
另外，如图9(c)所示，作为使用三片的结构是这样贴合的使散射范围为5°≤θ≤55°的一片膜的散射方位如70a所示，使散射范围为1 0°≤θ≤60°的两片膜的散射方位如与70a正交的两个方向的70b、70c所示。
如本实施例所示，在使用多个散射膜的结构中，聚光效率变高，特性的视角变化也自然，且视角依赖性小，特性变好。
另外，这里虽然使用了两片或三片前方散射膜，但即使是4片以上的结构，也最好在重叠时使所有的散射方向都不相同，特别是在使用2～4片时，如上所述，使散射方向互相垂直或相反，如果这样构成，就能获得良好的效果。
(第六实施例)第六实施例的反射型液晶显示元件的制作及结构基本上与第一实施例相同，有图一所示的反射型液晶显示元件的剖面及与图2相同的反射型液晶显示元件的光学结构。
图10a是表示与右方向的视角变化对应的施加导通电压时的黑色反射率变化的特性曲线图。另外，图10b是表示与上方向的视角变化对应的施加导通电压时的黑色反射率变化的特性曲线图。这里，所谓视角是指光的入射方位与面板的法线方向构成的角度而言。
在本实施例中，使△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.340μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45°、φF=155.0°、φP=76.5°，且使高分子膜11的Z系数Qz分别从0.0变化到1.5，研究了视角特性的变化。
由10a和图10b可知，高分子膜11对视角特性的变化有影响，Qz小时能获得视角依赖性小的良好的黑的反射特性。即，能确认当Qz满足0.0～1.0时，能获得视角依赖性小的反射型液晶显示元件。而且，能确认当Qz满足0.2～0.6时能获得更希望的视角特性。
(第七实施例)图11是第七实施例的反射型液晶显示元件的剖面图。80表示偏振膜，81表示高分子膜，83表示上侧透明基板，84表示滤色层，85a、85b表示取向层，86表示透明电极，87表示液晶层，88表示透明电极，89表示下侧透明基板，82表示漫反射板。
反射型液晶显示元件的光学结构与图2相同。
采用无碱玻璃基板(例如1737:コ-ニンゲ公司制)作为上侧透明基板83及下侧透明基板89，在上侧透明基板83上用光刻法形成颜料分散型的红、绿、蓝条纹排列作为滤色层84。
在滤色层84及下侧透明基板89上用铟·锡·氧化物形成了象素电极作为透明电极86及88。在透明电极86及88上印刷聚酰亚胺的γ-丁内酯的5重量％溶液，在200℃下固化后，为了实现规定的扭转角，利用使用人造丝织物的旋转摩擦法进行取向处理，形成了取向层85a、85b。
将混入了1.0重量％的规定直径的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(例如ストラクトボンド三井东压化学公司制)印刷在上侧透明基板83上的周边部分，在下侧基板89上按100～200个/mm2的比例分布规定直径的树脂空心颗粒，将上侧透明基板83和下侧基板89互相贴合起来，用150℃使密封树脂固化后，真空注入将规定量的手征液晶混合到双折射率△nLC=0.09的氟酯类向列液晶中的液晶，用紫外线固化性树脂封口后，利用紫外光进行固化。
将聚碳酸酯粘贴在上述形成的液晶单元的上侧透明基板83上，且使滞相轴呈规定的角度，将其作为高分子膜81，另外，将经过防反射(AR)处理后的膜粘贴在中等灰色的偏振膜(住友化学工业社制SQ-1852AP)上，且使吸收轴或透射轴的方向呈规定的角度，将其作为偏振膜80。
将银制的漫反射板设置在下侧基板89的下面，作为漫反射板82。
在本实施例中，使△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.340μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45°、φF=1 55.0°、φP=76.5°。
这样将上下基板作为透明基板·透明电极，在下侧使用漫反射板时，虽然多少有些由于视差的影响造成的图象模糊现象，但能确认能获得视角特性变化自然的反射型液晶显示元件。
如果测定正面特性，则能获得按白色Y值换算的反射率15.3％，反差13.9。
另外，在以上的结构中，制作了将滤色层84除去的反射型液晶显示元件，在正面特性中获得了按白色Y值换算的反射率30.3％。反差13.7。
另外，在将漫反射板82设置在下侧透明基板89的下面时，完全不用粘接剂粘贴，在它们之间留有空气层，能确认由于树脂的折射率约为1.6，空气的折射率为1.0，由两者之差引起的漫射效果增大，能获得更自然的视角特性。
另外，在本实施例中，作为漫反射板使用了银，但能确认即使使用铝制的漫反射板，也能获得同样的发明效果。
(第八实施例)图12是第八实施例的反射型液晶显示元件的剖面图。90表示偏振膜，91表示高分子膜，92表示散射膜层，93表示上侧透明基板，94表示滤色层，95a、95b表示取向层，96表示透明电极，97表示液晶层，98表示金属反射电极，99表示下侧基板，100表示栅极，101表示源极，102表示薄膜晶体管元件(TFT)，103表示漏极，104表示平坦化膜。105是接触孔。与第一实施例或第三实施例不同之处在于金属反射电极基板通过接触孔与平坦化膜下面的非线性开关元件(TFT)导通，能进行有源驱动。
本实施例的反射型液晶显示元件的光学结构与图2相同。
采用无碱玻璃基板(例如1737:コ-ニンゲ公司制)作为上侧透明基板93及下侧基板99，在上侧透明基板93上用光刻法形成颜料分散型的红、绿、蓝条纹排列作为滤色层94，在它上面形成了铟·锡·氧化物象素电极作为透明电极96。
另外，在下侧基板99上用规定的方法将由铝和钽构成的栅极100、由钛和铝构成的源极101及漏极103配置成矩阵状，在栅极100和源极101的各交叉部分形成了由非晶硅构成的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的感光性丙烯酸树脂(例如FVR富士药品工业社制)，形成平坦化膜104后，用规定的光掩模，照射紫外线，在漏极103上形成了接触孔105。然后，在它上面蒸镀300nm的钛后再蒸镀200nm的铝，形成了镜面反射型的金属反射电极98。
在透明电极96及金属反射电极98上印刷聚酰亚胺的γ-丁内酯的5重量％溶液，在200℃下固化后，为了实现规定的扭转角，利用使用人造丝织物的旋转摩擦法进行取向处理，形成了取向层95a、95b。
将混入了1.0重量％的规定直径的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(例如ストラクトボンド三井东压化学公司制)印刷在上侧透明基板93上的周边部分，在下侧基板99上按100～200个/mm2的比例分布规定直径的树脂空心颗粒，将上侧透明基板93和下侧基板99互相贴合起来，用150℃使密封树脂固化后，真空注入将规定量的手征液晶混合到△nLC=0.09的氟酯类向列液晶中的液晶，用紫外线固化性树脂封口后，利用紫外光进行固化。
将散射范围为0°≤θ≤50°的住友化学工业社制的前方散射膜(商品名为ルミスティ)贴合在如上形成的液晶单元的上侧透明基板93上，且使其散射方向和基准线20正交，将其作为散射膜层92。再将聚碳酸酯粘贴在它上面，且使滞相轴呈规定的角度，将其作为高分子膜91，另外，将经过防反射(AR)处理后的膜粘贴在中等灰色的偏振膜(住友化学工业社制SQ-1852AP)上，且使吸收轴或透射轴的方向呈规定的角度，将其作为偏振膜90。
在本实施例中，使△nLC·dLC=0.400μm、RFilm=0.350μm、φLCO=-67.5°、φLC=67.5°、ΩLC=45.0°、φF=155.0°、φP=76.5°。
作为光学特性，用第一实施例的结构进行有源驱动，能获得64层次的全色显示。由于在平坦化膜上形成了金属反射电极，所以数值孔径能达到97％，因此在正面特性中，按白色Y值换算的反射率为17.7％。反差为15.6。
另外，不限于本实施例，在至此所述的全部实施例中，通过在下侧基板上形成TFT等非线性元件，能以本实施例中所述的方法为准获得有源驱动的反射型液晶显示元件。另外作为非线性元件，不仅非晶硅的TFT、即使是使用双端子元件(MIM及薄膜二极管等)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，则由于反射型液晶显示元件是这样构成的，即它包括将向列液晶封入一对基板之间的液晶单元、配置在该液晶单元的一侧基板侧的偏振膜、配置在该偏振膜和液晶单元之间的高分子模、以及配置在另一侧基板侧的光反射构件，使上述一对基板之间的向列液晶的扭转角度为0°～90°，使该向列液晶的双折射率△nLC和液晶层厚度dLC的积△nLC·dLC为0.35μm～0.50μm，使由该积△nLC·dLC和上述高分子模的延迟RFilm定义RFilm-△nLC·dLC的双折射差△R为～0.20μm～0.00μm，从上述的一侧基板侧看时，将上述向列液晶从上述的一侧基板侧到上述的另一侧基板侧的扭转方向作为正方向，当在基板面内方向规定的基准线和最接近上述的一侧基板的液晶分子的长轴方向构成的角度为φLC、上述基准线和高分子膜的滞相轴的方向构成的角度为φF、上述基准线和上述偏振膜的吸收轴的方向构成的角度为φP时，使φF-φLC在70～110°的范围内，使φP-φF在-90°～-60°的范围内，所以能制成明亮且可进行无彩色的黑白变化的常白型的反射型液晶显示元件。
另外，如果采用本发明，由于反射型液晶显示元件是这样构成的，即它包括将向列液晶封入一对基板之间的液晶单元、配置在该液晶单元的一侧基板侧的偏振膜、配置在该偏振膜和液晶单元之间的高分子模、以及配置在另一侧基板侧的光反射构件，使上述一对基板之间的向列液晶的扭转角度为0°～90°，使该向列液晶的双折射率△nLC和液晶层厚度dLC的积△nLC·dLC为0.35μm～0.50μm，使由该积△nLC·dLC和上述高分子模的延迟RFilm定义RFilm-△nLC·dLC的双折射差△R为-0.20μm～0.00μm，从上述的一侧基板侧看时，将上述向列液晶从上述的一侧基板侧到上述的另一侧基板侧的扭转方向作为正方向，当在基板面内方向规定的基准线和最接近上述的一侧基板的液晶分子的长轴方向构成的角度为φLC、上述基准线和高分子膜的滞相轴的方向构成的角度为φF、上述基准线和上述偏振膜的吸收轴的方向构成的角度为φP时，使φF-φLC在70°～110°的范围内，使φP-φF在-55°～-25°的范围内，所以能制成明亮且可进行无彩色的黑白变化的常黑型的反射型液晶显示元件。
权利要求
1．一种反射型液晶显示元件，其特征在于包括将向列液晶封入一对基板之间的液晶单元、配置在该液晶单元的一侧基板侧的偏振膜、配置在该偏振膜和液晶单元之间的高分子模、以及配置在另一侧基板侧的光反射构件，使上述一对基板之间的向列液晶的扭转角度为0°～90°，使该向列液晶的双折射率△nLC和液晶层厚度dLC的积△nLC·dLC为0.35μm～0.50μm，使由该积△nLC·dLC和上述高分子模的延迟RFilm定义RFilm-△nLC·dLC的双折射差△R为-0.20μm～0.00μm，从上述的一侧基板侧看时，将上述向列液晶从上述的一侧基板侧到上述的另一侧基板侧的扭转方向作为正方向，当在基板面内方向规定的基准线和最接近上述的一侧基板的液晶分子的长轴方向构成的角度为φLC、上述基准线和高分子膜的滞相轴的方向构成的角度为φF、上述基准线和上述偏振膜的吸收轴的方向构成的角度为φP时，使φF-φLC在70°～110°的范围内，使φP-φF在-90°～-60°的范围内。
2．一种反射型液晶显示元件，其特征在于包括将向列液晶封入一对基板之间的液晶单元、配置在该液晶单元的一侧基板侧的偏振膜、配置在该偏振膜和液晶单元之间的高分子模、以及配置在另一侧基板侧的光反射构件，使上述一对基板之间的向列液晶的扭转角度为0°～90°，使该向列液晶的双折射率△nLC和液晶层厚度dLC的积△nLC·dLC为0.35μm～0.50μm，使由该积△nLC·dLC和上述高分子模的延迟RFilm定义RFilm-△nLC·dLC的双折射差△R为-0.20μm～0.00μm，从上述的一侧基板侧看时，将上述向列液晶从上述的一侧基板侧到上述的另一侧基板侧的扭转方向作为正方向，当在基板面内方向规定的基准线和最接近上述的一侧基板的液晶分子的长轴方向构成的角度为φLC、上述基准线和高分子膜的滞相轴的方向构成的角度为φF、上述基准线和上述偏振膜的吸收轴的方向构成的角度为φP时，使φF-φLC在70°～110°的范围内，使φP-φF在-55°～-25°的范围内。
3．根据权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于使向列液晶的上述扭转角度为30°～60°、使上述△nLC·dLC为0.35μm～0.45μm。
4．根据权利要求1所述的反射型液晶显示元件，其特征在于使上述RFilm为0.25μm～0.45μm。
5．根据权利要求2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于使上述RFilm在0.20μm～0.40μm。
6．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述高分子膜由从聚碳酸酯、多芳类及聚砜类中选择的至少一种构成。
7．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述高分子膜的Z系数QZ为0.0～1.0，但是，上述QZ是利用将膜面的法线方向作为Z轴规定的空间坐标系(x,y,z)中的各轴向的折射率nx、ny及nz(nx是滞相轴方向的折射率，ny是进相轴方向的折射率)，由Qz=(nx-nz)/(nx-ny)表示的系数。
8．根据权利要求7所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述QZ为0.2～0.6。
9．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于将散射膜配置在上述一侧基板上。
10．根据权利要求9所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述散射膜是前方散射膜。
11．根据权利要求10所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述前方散射膜有由入射到包含膜法线的规定的平面上的入射光投影分量与膜法线构成的角度θ(-90°≤0≤90°)规定的散射范围，该散射范围相对于上述膜法线是非对称的。
12．根据权利要求11所述的反射型液晶显示元件，其特征在于用角度θ表示上述散射范围，将在0°≤0≤90°的范围内的两片以上的前方散射膜重叠起来，以便使由投影到将上述散射范围二等分的方向的膜面上的投影分量确定的方向不同。
13．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述光反射构件是含有从铝及银选择的至少一种金属作为构成要素的金属电极。
14．根据权利要求13所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述金属电极的表现呈镜面状。
15．根据权利要求13所述的反射型液晶显示元件，其特征在于将散射膜配置在上述金属电极上。
16．根据权利要求13所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述金属电极的表面上有平均倾角为3°～12°左右的凹凸，使入射光漫反射。
17．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于上述另一侧的基板是透明基板，在该透明基板的外侧配置光反射构件。
18．根据权利要求17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光反射构件之间夹有空气层。
19．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于将滤色片配置在上述一侧的基板侧。
20．根据权利要求1或2中所述的反射型液晶显示元件，其特征在于将非线性元件配置在上述另一侧的基板侧。
21．根据权利要求20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形成绝缘性的平坦膜，通过在该平坦膜上形成的接触孔，使上述非线性元件和上述另一侧的基板侧的电极导通。
全文摘要
一种反射型液晶显示元件,使向列液晶的扭转角度为0°～90°,使Δn、d
文档编号G02F1/13GK1223383SQ98118660
公开日1999年7月21日 申请日期1998年8月24日 优先权日1998年8月24日
发明者山口久典, 关目智明, 小川铁, 岩井义夫 申请人:松下电器产业株式会社