CN1145829C - 反射型液晶显示元件 - Google Patents

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Abstract

一种反射型液晶显示元件，备有液晶单元，液晶单元具有上、下基板，两基板间设置液晶层。显示元件还备有配置在上基板侧的偏光膜，配置在下基板侧的光反射手段，配置在偏光膜与液晶单元间从法线方向看具有延迟轴的光学构件。偏光膜的吸收轴与光学构件的延迟轴的夹角在约88°至约92°范围，或约-2°至+2°范围。光学构件相对于法线方向的延迟值在约50nm至约500nm范围。该显示元件具有广视角、明亮、相对外光变化确保一定以上光利用率的优点。

Description

反射型液晶显示元件
技术领域
本发明涉及显示元件，特别涉及液晶材料制作的反射型液晶显示元件。
背景技术
液晶显示元件具有薄、轻的特点，故广泛地应用于显示器等各种用途。液晶显示元件本身并不发光，而是一种改变光透射强度进行显示的光接收型元件，用数伏有效电压即可对其驱动。因此，利用液晶显示元件下层备有反射板的液晶显示元件作为反射型显示元件，可利用外部光的反射光进行显示，从而获得消耗电能极低的显示元件。
已往的反射型彩色显示元件备有具有彩色滤光片的液晶单元，以及夹着该液晶单元配置的一对偏光膜。彩色滤光片设在上述液晶单元一侧的基板上，彩色滤光片制作在基板上，再在其上形成透明电极。通过将电压加给该液晶单元，改变液晶材料的液晶分子的定向状态，改变各色彩色滤光片中的光透射率，进行彩色显示。
一块偏光板的光透射率最高约为45％左右。此时平行于偏光膜吸收轴的偏光透射率约为0％，垂直偏光的透射率约为90％。在采用2块偏光板的反射型液晶显示元件中，光来回4次通过偏光膜而射出。因此，在忽略彩色滤光片中光吸收情况下，该液晶显示元件的光利用率为
      (0.9)4×50％＝32.8％即，光利用率在黑白液晶面中也只有约33％，该值成为最高光利用率。
因此，为了提高显示亮度，人们提出这样的结构，仅在液晶单元上侧设置一块偏光膜，并利用一块偏光膜和反射板夹住液晶单元(参见如特开平7-146469号公报，特开平7-84252号公报)。此时，光来回通过偏光膜2次。在忽略彩色滤光片中光吸收情况下，光利用率为
    (0.9)2×50％＝40.5％即，与2片偏光膜结构相比，光利用率最大可望提高约23.5％。
但是，反射型液晶显示元件的光利用率不只是取决于构件最优化。反射型液晶显示元件，不像透射型液晶显示元件那样利用背照光***等固定光源进行显示，而是利用随环境状态作种种变化的外光进行显示。外光有直接光和间接光、或平行光与散热光混在一起，而且外光的入射方向会有种种变化。因此，反射型液晶显示元件在外光状态发生变化时，也必须保持一定值以上的光利用率。
已有的反射型液晶显示元件存在的问题是显示特性随外光条件而变。问题的原因之一是视角狭窄。所谓液晶显示元件视角就是在斜入射外光的比率大时从正常观察位置射出的有效光的利用率下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在仅使用一块偏光板的反射型液晶显示元件中即使外光条件变化也能保证一定值以上的光利用率、具有宽视角特性的明亮的反射型液晶显示元件。
本发明的反射型液晶显示元件，备有：
液晶单元，该液晶单元具有上基板、下基板、设置在所述上下基板间的液晶层；
配置在所述液晶单元的所述上基板侧的偏光膜；
配置在所述液晶单元的所述下基板侧的光反射构件；
配置在所述偏光膜与所述液晶单元间、从法线方向看时具有延迟轴的光学构件，其特征在于，
所述光学构件为混合倾斜型，在X、Y、Z方向上分别具有折射率“nx、ny、nz”，且满足关系“nx＞ny≈nz”，所述Y方向包含在光学构件的面内方向，从所述Y方向看时的“nx”在所述光学构件的一侧的倾斜角0°～10°，在所述光学构件的另一相反侧的倾斜角60°～90°，在从所述的一侧至所述另一相反侧之间连续倾斜变化，
所述偏光膜的吸收轴与所述光学构件的延迟轴的夹角在(1)88°至92°范围、(2)-2°至+2°范围这两个范围中的至少一个范围内。
又，本发明的再一反射型液晶显示元件，备有：
液晶单元，该液晶单元具有上基板、下基板、设置在所述上下基板间的液晶层；
配置在所述液晶单元的所述上基板侧的偏光膜；
配置在所述液晶单元的所述下基板侧的光反射构件；
配置在所述偏光膜与所述液晶单元间、从法线方向看时具有延迟轴的光学构件，其特征在于，
所述光学构件为混合倾斜型，在X、Y、Z方向上分别具有折射率“nx、ny、nz”，且满足“nx≈ny＞nz”的关系，所述Y方向包含在光学构件的面内方向，从所述“Y”方向看所述光学构件时的折射率“nz”在所述光学构件一侧的倾斜角为0°～10°，在另一相反侧的倾斜角为60°～90°，在从所述一侧至所述另一相反侧间、折射率连续倾斜变化，
所述偏光膜的吸收轴与所述光学构件的延迟轴的夹角在(1)88°至92°范围、(2)-2°至+2°范围这两个范围中的至少一个范围内。
最好，所述光学构件备有垂直定向处理过的第一基材、水平定向处理过的第二基材、和封入所述两基材间的向列液晶。
最好，光学构件备有垂直定向处理过的第一基材、水平定向处理过的第二基材、和封入第一与第二基材间的圆盘状液晶。
最好是，相对于所述光学构件法线方向的延迟值在50nm至500nm范围。
最好，所述光学构件相对于法线方向的延迟值在200nm至400nm。
最好，所述光学构件是高分子膜。
最好，所述光学构件具有从聚碳酸酯、多芳基化合物、或聚砜组中选择的至少一种高分子膜。
最好，所述液晶层含有向列液晶。
最好，所述液晶层含有向列液晶，所述液晶单元是具有40°～90°扭曲角的扭曲向列液晶。
最好，所述液晶层含有向列液晶，所述液晶单元是具有220°～260°扭曲角的超扭曲向列液晶。
最好，在所述光学构件与所述液晶单元间备有光学补偿构件。
最好，所述光学补偿构件具有至少一片高分子膜。
最好，在所述一基板侧设置散射膜。
最好，所述散射膜是前向散射膜。
最好，所述光反射构件是金属反射电极。
最好，所述金属反射电极包含从铝和银选择的至少一种金属。
最好，所述金属反射电极具有镜面状的表面。
最好，所述光反射构件是金属反射电极，该金属反射电极的表面上备有散射膜。
最好，所述金属反射电极具有对入射光进行漫反射的漫反射面的表面。
最好，所述金属反射电极具有使入射光漫反射的漫反射面的表面，所述漫反射面具有平均倾斜角3°～12°的凹凸。
最好，所述下基板是透明基板，所述光反射构件是配置在所述下基板外侧的光反射板。
最好，所述光反射板是漫反射板。
最好，所述下基板是透明基板，所述光反射构件是配置在所述下基板外侧的光反射板，在所述透明基板与所述光反射板之间隔有空气层。
最好，在所述上基板侧设置彩色滤光片。
最好，在所述下基板侧设置非线性元件。
最好，进一步备有在所述下基板侧设置的非线性元件，在所述非线性元件上设置绝缘性平坦膜，所述光反射构件具有金属反射电极，所述平坦膜具有使所述非线性元件与所述金属反射电极导通的导通孔。由上述构成获得的反射型液晶显示元件，具有广视角特性，对外光条件的变化也能确保一定以上的光利用率，具有高的亮度。
附图说明
图1为本发明实施形态1和2反射型液晶显示元件基本结构的剖面图；
图2(a)为相对于所述反射型液晶显示元件视角的反射率特性曲线图；
图2(b)为作为比较用从所述反射型液晶显示元件省掉具有延迟轴的光学构件后液晶显示元件的反射率特性曲线；
图3(a)为说明备有本发明实施形态2反射型液晶显示元件的正型混合倾斜型光学构件用的折射率示意图，图3(b)为从“ny”方向看时上述光学构件的剖面示意图。
图4(a)为说明备有本发明实施形态2变形例反射型液晶显示元件的负型混合倾斜型光学构件用的折射率示意图，图4(b)为从“ny”方向看时上述光学构件的剖面示意图。
图5为本发明实施形态3反射型液晶显示元件的大致结构的剖面图。
图6为本发明实施形态4反射型液晶显示元件的大致结构的剖面图。
图7为本发明实施形态5反射型液晶显示元件的大致结构的剖面图。
图中标号说明
1，5，6，7为液晶单元；10，50，60，70为偏光膜；11，51，61，71为光学构件；12，52，62，72为光学补偿层；13a，51a，61a，71a，为基板；13b，51b，61b，71b为基板；14，54，64，74为彩色滤光层；15a，55a，65a，75a为定向层；15b，55b，65b，75b为定向层；16，56，66，68，76为透明电极；17，57，67，77为液晶层；18，58，78为金属反射电极；59为散射膜层；69为漫反射板；80为栅极；81为源极；82为TFT元件，83为漏极；84为平坦膜；85为接触孔。
具体实施方式
本发明反射型液晶显示元件，备有：
在一对基板间具有液晶层的液晶单元；与所述液晶层相对配置在一基板侧的一片偏光膜。与所述液晶层相对配置在另一基板侧的光反射构件，其特征在于，
在所述偏光膜与液晶单元间备有从法线方向看时具有延迟轴的光学构件，
所述光学构件相对法线方向的延迟值为50nm～500nm，
所述偏光膜的吸收轴与所述光学构件的延迟轴的夹角为88°～92°。
按照该结构，利用光学构件补偿斜视偏光膜时产生的偏光度视角变化。其结果所获得的反射型液晶显示元件改善了反射型液晶显示元件的视角特性，与外光相关性小，具有明亮的图像显示。
本发明另一反射型液晶显示元件，备有：
在一对基板间具有液晶层的液晶单元；与所述液晶层相对配置在一基板侧的一片偏光膜。
与所述液晶层相对配置在另一基板侧的光反射构件，其特征在于，
在所述偏光膜与液晶单元间备有从法线方向看时具有延迟轴的光学构件，
所述光学构件相对法线方向的延迟值为50nm～500nm，
所述偏光膜的吸收轴与所述光学构件的延迟轴的夹角为-2°～+2°。
按照该结构，利用光学构件补偿斜视偏光膜时产生的偏光度视角变化。其结果所获得的反射型液晶显示元件改善了反射型液晶显示元件的视角特性，与外光相关性小，具有明亮的图像显示。
所述光学构件相对于法线方向的延迟值最好在200nm~400nm。该结构可获得具有更良好视角特性的反射型液晶显示元件。
所述光学构件最好是高分子膜。该结构不增加厚度或重量而能获得具有良好视角特性的反射型液晶显示元件。
所述高分子膜可用聚碳酸酯、多芳基化合物、或聚砜等形成。
所述光学构件最好是混合倾斜型。
该结构利用光学构件补偿了斜视偏光膜时发生的偏光度视角变化，而且液晶单元的倾斜状态也得到光学补偿。结果进一步提高了视角改善效果。
在所述混合倾斜型光学构件中，最好是这样一种正型混合倾斜型，即折射率“nx、ny、nz”满足关系“nx＞ny≈nz”，“ny”包含在光学构件的面内方向，从“ny”方向看时的“nx”在光学构件的一侧约0°～约10°，在光学构件的另一侧的倾斜角约60°～约90°，其间连续倾斜变化。
这样的正型混合倾斜型的光学构件备有垂直定向处理过的基材、水平定向处理过的基材、和封入所述两基材间的向列液晶。
或，在所述混合倾斜型光学构件中，折射率“nx、ny、nz”满足“nx≈ny＞nz”的关系，折射率“ny”包含在光学构件的面内方向，从“y”方向看所述光学构件时的折射率“nz”在光学构件一侧中为约0°～约10°，在另一侧中为约60°～约90°，在光学构件的一侧至另一侧间、折射率连续倾斜变化。也即，光学构件具有上述那样的负型混合倾斜型的折射率。
这样的负型混合倾斜型光学构件备有垂直定向处理过的第一基材、水平定向处理过的第二基材、和封入第一与第二基材间的圆盘状(discotic)液晶。
所述液晶单元的液晶层最好含有向列液晶。该结构可获得良好视角特性的反射型液晶显示元件。
所述液晶单元最好是具有约40°～约90°扭曲角的扭曲向列液晶。
所述液晶单元最好是具有约220°～约260°扭曲角的超扭曲向列液晶。
在所述光学构件与所述液晶单元间最好备有光学补偿构件。该结构可进行色补偿等，结果可获得更优良视角特性的反射型液晶显示元件。
该光学补偿构件最好具有至少一片高分子膜。该结构几乎不增加厚度和重量，可获得具有良好视角特性的反射型液晶显示元件。
最好在一基板侧设置散射膜。该结构将周围光聚光，结果可获得明亮的显示。由于在基板的一侧设有散射膜，故能抑制显示图像不鲜明和模糊现象。
所述散射膜最好是前向散射膜。该结构能更有效利用周围光。
所述光反射构件最好是设在所述液晶单元内的金属反射电极。按照该结构，金属反射电极兼有光反射构件的功能和电极功能。因此，结构零部件数少，可获得薄型反射型液晶显示元件。
该金属反射电极最好包含从铝和银选择的至少一种金属。该结构可实现具有优良导电性及光反射率的金属反射电极。
该金属反射电极的表面最好为镜面状。该结构对液晶的定向性干扰小，可获得自然的视觉特性。
该金属反射电极上最好备有散射膜。该结构可获得具有自然视觉特性的反射型液晶显示元件。
该金属反射电极的表面最好是对入射光进行漫反射的漫反射面。用该结构也可获得具有自然视觉特性的反射型液晶显示元件。该漫反射面最好具有平均倾斜角为3°～12°的凹凸。该结构可获得优良的漫反射性。
可取这样的结构，即所述另一基板是透明基板，所述光反射构件是配置在所述透明基板外侧的光反射板。此时，所述光反射板最好是漫反射板。该结构可获得优良的漫射效果，并可获得具有优良视觉特性的反射型液晶显示元件。
最好在所述透明基板与所述光反射板之间隔有空气层。按照该结构，可利用存在的折射率不同的空气层来扩大漫射效果，从而获得更自然的视角特性。
最好在所述一基板侧设置彩色滤光片。该结构可获得反射型彩色液晶显示元件。
最好在所述另一基板侧设置非线性元件。该结构利用有源驱动具有优良显示特性的反射型液晶显示元件。
最好在所述非线性元件上设置绝缘性平坦膜，在所述平坦膜形成导通孔，使所述非线性元件与所述另一基板侧电极导通。
利用该结构可提高开口率，因此可获得具有高光利用率的反射型液晶显示元件。
下面，参照附图说明本发明的典型实施形态
典型实施形态1
图1为表示本实施形态1反射型液晶显示元件基本构成的剖面图。图1中，反射型液晶显示元件包含设置在液晶单元1单侧的光学补偿层12，从正面看具有延迟轴(retardation axis)的光学构件11，和偏光膜10。从正面看的延迟轴是指从法线方向看的延迟轴。
液晶单元1具有上基板13a和下基板13b。彩色滤光层14、透明电极16和定向层15a设置在上基板13a。金属反射电极18和定向层15b设置在下基板13b。液晶封在两定向层15a、15b之间，形成液晶层17。上基板13a、下基板13b中，至少基板13a是透明基板。
下面，说明上述反射型液晶显示元件的制造工序。
上下基板13a、13b采用无碱玻璃(如，1737：康宁公司制)。首先，用颜料分散型的染料排列成红、绿、蓝条带的彩色滤光层14通过光刻法形成在上基板13a上。其上，再使用铟锡氧化物(ITO)形成透明电极16，作为像素电极。
接着，将300nm厚的钛蒸镀在下基板13b上，再将200nm厚的铝蒸镀在该钛上。该铝的表面作成平均倾斜角为3°～12°那样的凹凸形状。这样，形成漫(散射)反射型的金属反射电极18。
接着，将含有5重量％γ-丁内酯的聚酰亚胺溶液印刷在透明电极16和金属反射电极18上，然后在250℃温度硬化。再通过采用纤维布的旋转摩擦法进行定向处理，实现63°的扭曲角。由此，形成上定向层15a和下定向层15b。
将混有1.0重量％的热硬化密封树脂(如结构粘接剂(ストラクトボンド)：三井东压化学株式会社制)印刷到上基板13a表面的四周。玻璃纤维线径为4.0μm。粒径为3.0μm的树脂珠粒(beads)按100～200个/mm2的比率分布在基板13b上。
将上、下基板13a和13b互相贴合，在150℃温度下对密封树脂进行硬化。之后将液晶真空注入上/下定向层15a与15b之间。作为液晶，可使用在光学各向异性值(多折射性)ΔnLC为0.08的含氟酯系向列液晶中混有手性液晶的混合液晶，使手性间距(カィラルピツチ)为80μm。注入液晶后，注入口用紫外线硬化性树脂加以密封。再用紫外线使该树脂硬化。从而作成液晶单元1。
在这样作成的液晶单元1的上基板13a的表面，粘贴光学补偿层12，用于常白化。该光学补偿层12有2片聚碳酸酯膜。在该光学补偿层12上设有从正面看时具有延迟轴的光学构件11。可使用聚碳酸酯作为这种光学构件11。
进一步在光学补偿层12上设置偏光膜10。可使用在中灰色偏光膜(住友化学工业株式会社制SQ-1852AP)上施以防眩光(AG)处理和防反射(AR)处理的构件作为偏光膜10。此时，偏光膜10的吸收轴与光学构件11的延迟轴作成夹角为9°。
通过以上工序，作成本实施形态的反射型液晶显示元件。
为了比较，作成不带有光学构件11的已有反射型液晶显示元件。对本实施形态的反射型液晶显示元件和已有反射型液晶显示元件的光学特性进行了测定。光学特性的测定使用全漫射的照明光。本实施形态的反射型液晶显示元件情况下，白色Y值换算中的反射率为19.8％，对比度为16.1。与此相比，不带光学构件11的已有反射型液晶显示元件情况下，白色Y值换算中的反射率为17.6％，对比度为14.0。也即，可得到下面情况。即在使用漫射照明光那样的斜入射光分量多的照明光情况下，备有光学构件11的本实施形态的反射型液晶显示元件，与已有液晶显示元件相比，具有高的光利用率和良好的正面特性。
此时，一边改变从法线方向看光学构件11时的延迟一边测量特性。其结果延迟在约50nm～约500nm范围内可获得良好特性，特别是延迟在约200nm～约400nm时，特性最佳。
即使偏光膜10的吸收轴与光学构件11的延迟轴的夹角为0°时，也能获得与上述同样良好的特性。
下面，对液晶显示元件的视场特性进行评价。在光学构件11的聚碳酸酯的延迟为300nm情况下，对具有(本实施形态)和不具有光学构件11的两反射型液晶显示元件的视角特性的差别进行了研究。
图2(a)表示本实施形态反射型液晶显示元件的视角特性。图2(b)表示不具有光学构件11的反射型液晶显示元件的视角特性，用于比较目的。从图2(a)与图2(b)的比较可见，备有光学构件11的本实施形态的反射型液晶显示元件改善了视角特性。也即，对于极角θ小于约40°的反射率而言，图2(a)的本实施例比图2(b)的比较例具有更高的反射率。这表明改善了反射率下降的情况，能够在很大的范围内保持亮度而没有灰度反转。
在上述说明中，仅就偏光膜10的吸收轴与光学构件11的延迟轴的夹角为90°或0°的情况进行了说明，但该角度在约88°～约92°或约-2°～约+2°范围时，能获得特别优良的上述效果。
在上述构成中，光学构件11采用了聚碳酸酯的高分子膜，但也可使用多芳基(polyarylate)化合物或聚砜(polysulfone)等材料，在这样的构成中也能获得同样的效果。光学构件11的材料也不限于这些，延迟(retardation)值在约50nm～约500nm范围的材料都可使用，此时也可获得与上述相同的优良效果。
在本实施形态中，液晶单元1中扭曲角为63°，但不限定于该值，在约40°～90°范围较好，此时，可获得与上述同样的效果。
在本实施例中，采用蒸镀有铝的金属反射电极，但并不限于这种处理，例如采用银金属反射电极等也能获得同样的效果。
典型实施形态2
在该实施形态的反射型液晶显示元件的构造中，从正面看时具有延迟轴的光学构件11的折射率“nx、ny、nz”，如图3(a)所示，具有“nx＞ny≈nz”的关系。这里，nx为x方向的折射率，ny为y方向的折射率，nz为z方向的折射率。Y方向包含在光学构件11的面内。其它结构与实施形态1图1所示结构相同，故省略其详细说明。
从Y方向看该光学构件11时的折射率nx，如图3(b)所示，在光学构件11一侧具有5°倾角，相反侧具有90°倾角，而且在这之间折射率连续变化。也即，光学构件11具有正型混合倾斜型的折射率。
在正型混合倾斜型的光学构件11中，较好的情况是从Y方向看时的nx，在光学构件11的一侧具有约0～约10°范的倾角，在光学构件11的相反侧具有约60°～约90°的倾角。这种结构可获得与上述一样好的视角特性。
这里，将形成垂直定向膜的玻璃基板与经单向旋转摩擦形成具有定向性的水平定向膜的玻璃基板贴合，在其间注入向列液晶，通过这样，作成正型混合倾斜型光学构件11。这样构成的光学构件11具有正面看时的延迟为300nm。
对具有这样作成的正型混合倾斜型光学构件11的反射型液晶显示元件的光学特性进行测定。结果是，在用全漫射照明光测定的正面特性中，白色Y值换算中的反射率为19.5％，对比度为15.9。也即，可见采用正型混合倾斜型光学构件11，可获得具有高的光利用率和良好正面特性的反射型液晶元件。而且，因混合定向型光学构件11补偿了液晶层1，故可以证实彩色特性也更好。
作为光学构件11，上面使用了正型混合倾斜型光学构件，但采用下面所述负型混合倾斜型光学构件的液晶显示元件也能获得同样的效果。
如图4(a)所示，负型混合倾斜型光学构件11的折射率“nx、ny、nz”具有“nx≈ny＞nz”的关系。这里，nx为x方向的折射率，ny为y方向的折射率，nz为z方向的折射率。Y方向为光学构件11的面内方向。从Y方向看该光学构件11时的折射率nz，如图4(b)所示，在光学构件11的一侧具有5°倾角，在相反侧具有90°倾角，两者之间的折射率连续倾斜变化。也即，光学构件11具有连续倾斜变化的折射率。
在负型混合倾斜型光学构件11中，较好的情况是从Y方向看的nz在光学构件11的一侧具有约0°～约10°范围的倾角，在相反侧具有约60°～约90°的倾角。该结构具有良好视角特性。
通过将形成垂直定向膜的基板与利用单向旋转摩擦而形成具有定向性的水平定向膜的基板贴合工序及在两基板间注入圆盘状液晶的工序，作成负型混合倾斜型光学构件11的液晶显示元件。这样作成的光学构件11从正面看具有延迟300nm。
对采用该负型混合倾斜型光学构件11的反射型液晶元件的光学特性进行测定。其结果是，在用全漫射照明光测量的正面特性中，白色Y值换算的反射率为19.4％，对比度为16.0。也即，可见采用负型混合倾斜型的光学构件11的反射型液晶元件具有高的光利用率和良好正面特性。还可证实因利用混合定向型光学构件11补偿液晶层1，而具有更好的彩色特性。
典型实施形态3
图5为表示本发明实施形态3反射型液晶显示元件大致结构的剖面图。在反射型液晶显示元件中，按照散射膜层59、光学补偿层52、光学构件51、偏光膜50的顺序层叠在液晶单元5的一面。液晶单元5是STN型液晶单元。光学构件51从正面看时也即从法线方向看时具有延迟轴。
液晶单元5具有上基板53a和下基板53b。在上基板53a上设置彩色滤光层54，透明电极56，定向层55a。下基板53b设有金属反射电极58和定向层55b。在上定向层55a和下定向层55b间封入液晶而设置液晶层57。上、下基板53a与53b中至少上基板53a是透明基板。
对上述反射型液晶显示元件的制造工序进行说明。
上、下基板53a和53b采用涂有SiO内涂层的钠玻璃基板。首先在上基板53a上，用颜料分散型染料通过光刻技术形成红、绿、蓝条状排列的彩色滤光层54。再在该层上用铟锡氧化物(ITO)形成透明电极56。
在下基板53b上蒸镀300nm厚的钛，其上再蒸镀200nm厚的铝。这样形成镜面金属反射电极58。
在透明电极56和金属反射电极58上印刷具有6重量％的酰胺基酸的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液，在250℃温度硬化。之后，在240°温度经用纤维布的旋转摩擦法进行定向处理，形成上、下定向层55a、55b。扭曲角在约220°～260°范围为好。
接着，将混有1.0重量％玻璃纤维的热硬化密封树脂(如结构粘接剂：三井东压化学株式会社制)印刷在上基板53a表面的四周。玻璃纤维具有7.0μm直径。在基板上53b上按100～200个/mm2的比率散布具有6.0μm粒径的树脂珠粒。然后将上、下基板53a和53b相互贴合，在150℃温度下硬化密封树脂。之后，在两基板间真空注入液晶。液晶使用光学各向异性值ΔnLC为0.14的酯类向列液晶和手性液晶的混合液晶，按照手性间距在10μm调制混合液晶。液晶注入后，用紫外线硬化树脂封其注入口，再用紫外线硬化该树脂。
用作为散射膜层59的各向同性的前向散射膜贴付在上面形成的液晶单元5的上基板53a表面。用2层聚碳酸酯膜构成的光学补偿层52贴付在散射膜层59上，用于对超扭曲向列(Super Twisted Nematic)进行色补偿。进而用作为光学构件51的从正面看具有延迟轴的聚碳酸酯膜贴付在该光学补偿层52上。
再将偏光膜50贴付在光学构件51上。偏光膜50使用在中灰(neutral gray)偏光膜(住友化学工业株式会社制SQ-1852AP)上施以防眩光处理(AG)和防反射(AR)处理的膜。此时，偏光膜50的吸收轴与光学构件51的延迟轴的夹角作成90°。
经上述工序作成本实施形态的反射型液晶显示元件。
这里。为比较目的作成未贴付光学构件51的已有反射型液晶显示元件。对本实施形态的反射型液晶显示元件和未带有光学构件51的反射型液晶显示元件的光学特性进行测定。在用全漫射照明光测定的正面特性中，本实施形态反射型液晶显示元件的白色Y值换算中的反射率为15.2％，对比度为8.1。与此相比，不备有光学构件51的已有反射型液晶显示元件其白色Y值换算中的反射率为12.3％，对比度为6.3。也即，在漫射照明斜入射光分量多时，可见备有光学构件51的本实施形态反射型液晶显示元件比已有液晶显示元件具有高的光利用率和良好的正面特性。
这里，对垂直方向看时的光学构件51的延迟变化试样研究了其光学特性。结果是，延迟在约50nm～约500nm范围时，可获良好的上述特性。特别是延迟在约200nm～约400nm范围时可获得明显优良的上述效果。
偏光膜50的吸收轴与光学构件51的聚碳酸酯的延迟轴的夹角为0°时，也可获得与上述同样的良好特性。
在本实施形态的反射型液晶显示元件中，因备有散射膜层59，故能获得将周围光聚光产生明亮的显示。由于该散射膜层59仅设置在液晶单元5的一侧，故能抑制显示图象的不清楚或不鲜明。而且，通过使用前向散射膜作为散射膜层59，从而还提高了光的利用率。作为散射膜层59所用的散射膜最好是在认为基本没有后向散射特性的情况下有强前向散射特性。
在上述说明中，仅对偏光膜50的吸收轴与光学构件51的延迟轴的夹角为90°及0°的情况进行了说明，但该角度在约88°～约92°的范围或约-2°～约+2°的范围较好，用这样的结构也能获得与上述同样的效果。
在上述结构中，采用聚碳酸酯高分子膜作为光学构件51，但也可采用多芳基(polyarylate)化合物或聚砜(polysulfone)等材料作为光学构件51，这种结构也能获得与上述同样的优良效果。但是，光学构件51的材料不限定于上述材料，只要是延迟值在约50nm～约500nm范围的材料都可使用，能获得与上述同样的优良效果。
在本实施形态中，作为金属反射电极使用了铝蒸镀层，但不限定于此，如也可采用银金属反射电极，可获得与上述同样优良的效果。
典型实施形态4
图6为表示本发明实施形态4反射型液晶显示元件的基本结构的剖面图。在该反射型液晶显示元件中。按照光学补偿层62、光学构件61、偏光膜60的顺序层叠在液晶单元6的单面。在液晶单元6的相反面层叠扩散反射板69。光学构件61从正面即法线方向看时具有延迟轴。
液晶单元6备有透明的上基板63a和下基板63b。上基板63a设有彩色滤光层64、透明电极66、和定向层65a。下基板63b设有透明电极68和定向层65b。上、下定向层65a和65b之间封入液晶设置液晶层67。
下面，说明上述反射型液晶显示元件的制造工序。
用无碱玻璃基板(如1737：康宁公司制)制作上基板63a和下基板63b。首先用颜料分散型的染料通过光刻法在上基板63a上形成红、绿、蓝条状排列的彩色滤光层64。用铟锡氧化物(ITO)在该彩色滤光层64上形成上透明电极66作为像素电极。同样用铟锡氧化物也在下基板63b上形成下透明电极68。
再在上、下透明电极66和68上印刷具有5重量％的聚酰亚胺的r-丁内酯，然后在250℃温度硬化。之后，利用纤维布的旋转摩擦法进行定向处理实现63°的扭曲角。用上述方法形成上定向层65a和下层65b。按曲角最好在约40°～约90°范围。
然后，将混有1.0重量％的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(如结构粘接剂：三井东压化学株式会社制)印刷基板63a表面的四周。玻璃纤维具有4.0μm的线径。具有3.0μm粒径的树脂珠粒以100～200个/mm2的比例散布在上基板63b上。将上、下基板63a和63b相互贴合并在150℃下硬化密封树脂。之后，从注入口真空注入液晶。液晶可采用光学各向异性值ΔnLC为0.08的氟酯系向列液晶和手性液晶的混合物。将该混合液晶调制成手性间距为80μm。注入液晶后，用紫外线硬化树脂封口，之后，用紫外线光照射该树脂加以硬化。
由此，作成液晶单元6。
在这样形成的液晶单元6的基板63a上粘贴用作常白化的光学补偿层62。光学补偿层62具有2层聚碳酸酯膜。在该光学补偿层62上粘贴从正面看具有延迟轴的材料。用聚碳酸酯膜作为光学构件61。
在该光学构件61上粘贴偏光膜60。作为偏光膜60，可采用对中灰偏光膜(住友化学株式会社制SQ-1852AP)实施防眩光(AG)处理和防反射(AR)处理后的膜。此时，偏光膜60的吸收轴和光学构件61的延迟轴作成夹角为90°。再在下基板63b外侧设置银扩散反射板作为扩散反射板69。
如上所述，用透明基板作为上基板63a和下基板63b，再用透明电极68代替实施形态1至实施形态3采用的金属反射电极，在液晶单元6的单面使用扩散反射板69，通过这种结构，可获得具有自然视角特性变化的反射型液晶显示元件。此时，视差影响只是表现为一点点图像模糊或不鲜明，但这种不鲜明在许容范围内。
测量该反射型液晶显示元件的正面特性。其结果为，白色Y值换算的反射率为17.9％，对比度为14.5，可获得良好的光利用率。
另外，制作了从本实施形态的反射型液晶显示元件去除彩色滤光层64的液晶显示元件。在该反射型液晶显示元件的正面特性中，白色Y值换算中的反射率为33.7％，对比度为14.1。也即，在不具有彩色滤光层的黑白显示的反射型液晶显示元件中，由于白色的反射率特别高，故能获得具有明亮图像的反射型液晶显示元件。
另外，当将漫反射板69设置在下基板63b下时，粘接剂没有完全粘接，故作成的显示元件结构上在漫反射板69与下基板63b间存在空气层。在该结构中，利用树脂折射率(约1.6)与空气折射率(1.0)的差，产生更大的漫射效果，因此，可证实能获得具有更自然视角特性的液晶显示装置。
在本实施形态中，用银作为漫反射板69，但也可用铝构成，可获得与上述同样优良效果。
在上述说明中，仅说明偏光膜60的吸收轴与光学构件61的延迟轴的夹角为90°的情况，但该角在约88°～约92°范围或约-2°～约+2°范围为较佳，此时也可获得与上述同样优良的效果。
在上述结构中，是用聚碳酸酯高分子膜作成光学构件61，但也可采用多芳基化合物、聚砜等材料，可获得与上述同样的效果。但是，光学构件61的材料不限定于这些材料，能具有满足条件的延迟值的其它材料都可使用。
典型实施形态5
图7为表示本发明实施形态5反射型液晶显示元件基本结构的剖面图。在图7的反射型液晶显示元件中，在液晶单元7的单面按照光学补偿层72、光学构件71、偏光膜70的次序进行层叠。从正面即从法线方向看时光学构件71具有延迟轴。
液晶单元7具有上基板73a和下基板73b。在上基板73a设置彩色滤色层74、透明电极76和定向层75a。下基板73b设置金属反射电极78和定向层75b。通过将液晶封入上定向层75a和下定向层75b之间设置液晶层77。上、下基板73a、73b中至少基板73a是透明的。
本实施形态反射型液晶显示元件具有非线性开关元件，作有源驱动。金属反射电极78通过接触孔85与平坦膜84下的薄膜晶体管(TFT)元件82导通。薄膜晶体管元件82具有非线性开关元件的功能。它具有栅极80，源极81和漏极83。
下面说明上述反射型液晶显示元件的制造工序。
上基板73a和下基板73b可采用无碱玻璃基板(例如1737：康宁公司)。首先，用颜料分散型染料通过光刻法在上基板73a上形成红、绿、蓝条状排列的彩色滤光层74。用铟锡氧化物(ITO)在该彩色滤光层74上形成透明电极76作为像素电极。
用已知方法将铝和钽制作的栅极80、钛和铝制作的源电极81、以及漏极83以矩阵形配置在下基板73b上。这样一来，在栅极80与源极81的各交差部形成由非晶硅形成的TFT元件82。
在形成有TFT元件82的下基板73b的整个面上涂敷正型感光性丙烯树脂(例如FVR：富士药品工业株式会社制)，形成平坦膜84。然后，用规定的光掩膜让紫外线照射，在漏电极83上形成接触孔85，并在平坦化膜84的表面形成凹凸状。
在该平坦化膜84上蒸镀300nm厚的钛，在该钛层上蒸镀200nm厚的铝。由此，形成表面平均倾斜角为3°～12°的漫(散射)反射型金属反射电极78。
接着，在透明电极76及金属反射电极78上，印刷含有5重量％聚酰亚胺的r-丁内酯溶液，在250℃温度下加以硬化。此后，利用粘胶布旋转摩擦法进行定向处理。这样形成具有63°扭曲角的上定向层75a和下定向层75b。扭曲角并不限定于该角度，较理想的范围是约40°～约90°。
再在上基板73a表面的四周印刷混有1.0重量％玻璃纤维的热硬化性密封树脂(如结构粘接剂：三井东压化学株式会社制)。其中玻璃纤维具有4.0μm的线径。在下基板73b上以约100～约200个/mm2的比例散布粒径为3.0μm贩树脂珠粒。将上、下基板73a和73b互相贴合，在150℃下硬化密封树脂。之后，从注入口真空注入液晶。该液晶可采用光学各向异性值ΔnLC为0.08的氟酯系向列液晶和手性液晶的混合液晶。混合液晶调制成手性间距(chiralpitch)为80μm。液晶注入结束后，用紫外线硬化性树脂封注入口，再用紫外线光照射该树脂使之硬化。
将光学补偿层72贴付于上基板73a上用于常白化。光学补偿层72由2层聚碳酸酯膜构成。在该光学补偿层72上贴付聚碳酸酯膜作成光学构件71，该构件从正面看时具有延迟轴。
再在光学构件71上贴付偏光膜70，偏光膜70采用对中灰(neutral gray)偏光膜(住友化学工业株式会社制SQ-1852AP)实施防眩光处理(AG)和防反射处理(AR)的膜。此时，作成的偏光膜70的吸收轴与光学构件71聚碳酸酯膜的延迟轴的夹角为90°。
通过上述工序作成本实施形态反射型液晶显示元件。
这种反射型液晶显示元件的光学特性相当于有源驱动实施形态1构成的结构，利用该结构可获得64级全彩色显示。在平坦化膜84上设置漫射(散射)型金属反射电极78，通过该结构可获得97％的开口率。在显示元件的正面特性中，白色Y值换算中的反射率为19.2％，对比度为15.9，可获得良好的光利用率。
以上仅就偏光膜70的吸收轴与光学构件71的延迟轴的夹角为90°的情况进行了说明，但该角度的理想范围在约88°～约92°或约-2°～约+2°，该结构可获得与上述同样优良的效果。
在上述结构中采用了聚碳酸酯高分子膜作为光学构件71，除此之外，还可采用多芳基化合物、聚砜等材料，可获得同样的效果。而且，光学构件71的材料并不限定于这些，只要满足延迟值条件的任何材料都可使用。
在上述所有实施形态中，进一步在一侧基板上设置TFT等非线性元件，用这种结构构成有源驱动的反射型液晶显示元件。作为非线性元件并不限定于非晶硅TFT，也可使用二端元件(MIM或薄膜二极管等)或多晶硅TFT等，该结构也能获得与上述同样的效果。
如上所述，按照本发明反射型液晶显示元件，可获得具有广视角特性并对外光条件变化也确保一定以上的光利用率那样亮度的反射型液晶显示元件。

Claims (27)

1.一种反射型液晶显示元件，其特征在于，备有：
液晶单元，该液晶单元具有上基板、下基板、设置在所述上下基板间的液晶层；
配置在所述液晶单元的所述上基板侧的偏光膜；
配置在所述液晶单元的所述下基板侧的光反射构件；
配置在所述偏光膜与所述液晶单元间、从法线方向看时具有延迟轴的光学构件，
所述光学构件为混合倾斜型，在X、Y、Z方向上分别具有折射率“nx、ny、nz”，且满足关系“nx＞ny≈nz”，所述Y方向包含在光学构件的面内方向，从所述Y方向看时的“nx”在所述光学构件的一侧的倾斜角0°～10°，在所述光学构件的另一相反侧的倾斜角60°～90°，在从所述的一侧至所述另一相反侧之间连续倾斜变化，
所述偏光膜的吸收轴与所述光学构件的延迟轴的夹角在(1)88°至92°范围、(2)-2°至+2°范围这两个范围中的至少一个范围内。
2.一种反射型液晶显示元件，其特征在于，备有：
液晶单元，该液晶单元具有上基板、下基板、设置在所述上下基板间的液晶层；
配置在所述液晶单元的所述上基板侧的偏光膜；
配置在所述液晶单元的所述下基板侧的光反射构件；
配置在所述偏光膜与所述液晶单元间、从法线方向看时具有延迟轴的光学构件，
所述光学构件为混合倾斜型，在X、Y、Z方向上分别具有折射率“nx、ny、nz”，且满足“nx≈ny＞nz”的关系，所述Y方向包含在光学构件的面内方向，从所述“Y”方向看所述光学构件时的折射率“nz”在所述光学构件一侧的倾斜角为0°～10°，在另一相反侧的倾斜角为60°～90°，在从所述一侧至所述另一相反侧间、折射率连续倾斜变化，
所述偏光膜的吸收轴与所述光学构件的延迟轴的夹角在(1)88°至92°范围、(2)-2°至+2°范围这两个范围中的至少一个范围内。
3.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光学构件备有垂直定向处理过的第一基材、水平定向处理过的第二基材、和封入所述两基材间的向列液晶。
4.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，光学构件备有垂直定向处理过的第一基材、水平定向处理过的第二基材、和封入第一与第二基材间的圆盘状液晶。
5.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，相对于所述光学构件法线方向的延迟值在50nm至500nm范围。
6.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光学构件相对于法线方向的延迟值在200nm至400nm。
7.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光学构件是高分子膜。
8.如权利要求1所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光学构件具有从聚碳酸酯、多芳基化合物、或聚砜组中选择的至少一种高分子膜。
9.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述液晶层含有向列液晶。
10.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述液晶层含有向列液晶，所述液晶单元是具有40°～90°扭曲角的扭曲向列液晶。
11.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述液晶层含有向列液晶，所述液晶单元是具有220°～260°扭曲角的超扭曲向列液晶。
12.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，在所述光学构件与所述液晶单元间备有光学补偿构件。
13.如权利要求12所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光学补偿构件具有至少一片高分子膜。
14.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，在所述一基板侧设置散射膜。
15.如权利要求14所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述散射膜是前向散射膜。
16.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光反射构件是金属反射电极。
17.如权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述金属反射电极包含从铝和银选择的至少一种金属。
18.如权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述金属反射电极具有镜面状的表面。
19.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光反射构件是金属反射电极，该金属反射电极的表面上备有散射膜。
20.如权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述金属反射电极具有对入射光进行漫反射的漫反射面的表面。
21.如权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述金属反射电极具有使入射光漫反射的漫反射面的表面，所述漫反射面具有平均倾斜角3°～12°的凹凸。
22.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述下基板是透明基板，所述光反射构件是配置在所述下基板外侧的光反射板。
23.如权利要求22所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述光反射板是漫反射板。
24.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，所述下基板是透明基板，所述光反射构件是配置在所述下基板外侧的光反射板，在所述透明基板与所述光反射板之间隔有空气层。
25.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，在所述上基板侧设置彩色滤光片。
26.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，在所述下基板侧设置非线性元件。
27.如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于，进一步备有在所述下基板侧设置的非线性元件，在所述非线性元件上设置绝缘性平坦膜，所述光反射构件具有金属反射电极，所述平坦膜具有使所述非线性元件与所述金属反射电极导通的导通孔。
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