CN1163784C - 反射型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

反射型液晶显示装置仅采用一极化膜但却实现了明亮白色显示并且具有高对比度的消色差。向列型液晶的扭曲角设置在45°到90°范围内，并且液晶层减速值设置成nLC dLC＝0.20μm至0.30μm。两延迟膜用具有各向异性折射率小散射且z系数在0.3到1.0范围内的结构元件构成。两延迟膜的减速值设置在RF1＝0.23μm到0.28μm和RF2＝0.13μm到0.18μm。并且满足等式：φP＝75°-195°，φP-φF1＝95°-115°，以及φP-φF2＝155°-175°。

Description

反射型液晶显示装置
本发明涉及反射型液晶显示装置领域。
液晶显示装置(LCD)用在包括移动数字助手显示的设备中。其优点是既薄，又轻。LCD是一种光接收装置，它们本身不发光，但改变光的透射率，用来显示信息。因为LCD是可以仅用几个伏特的电压来驱动，采用一种反射型的LCD，可以构成一种典型的低功耗显示装置。这种反射型的LCD的后方有一个反射器，采用外部的反射光来显示信息。
传统的反射型彩色LCD包括一个液晶盒，液晶盒有一个滤色镜和一对置于液晶盒之间的极化膜(polarizing film)。滤色镜置于液晶盒的一个底板上，在滤色镜上形成一个透明电极。液晶盒上施加的电压改变了液晶分子的排列方向或取向，并且因此也改变了液晶用于每一滤色镜显示彩色信息的光透射率。
平行于极化膜的吸收轴的极化光透射率几乎为0％，而垂直方向的极化光的透射率几乎为90％。非极化的自然光中垂直于吸收轴的光分量是全部光的50％。因此，当不考虑滤色镜对光的吸收和光在反射面上的损耗时，采用两个光在出射出反射型LCD前通过极化膜四次的极化膜，反射型LCD中总的反射率是：
(0.9)4×50％＝32.8％。
因此，即使是黑白显示屏，反射率也被限制在约33％。
为了使显示更明亮，有几种现有技术，它们在液晶盒的上侧只用一个极化膜，而将液晶盒置于一个极化膜和一个反射镜之间(见日本公开的专利申请H7-146469和H7-84252)。这时，光只通过极化膜两次，并且当不考虑滤色镜对光的吸收以及在反射面上的损耗时，总的反射率是：
(0.9)4×50％＝40.5％。
与采用两个极化膜的结构相比，最大时，总的反射率提高了约23.5％(＝(40.5/32.8)×100％-100％)。
不采用滤色镜的彩色LCD见日本公开的专利专利申请H6-308481、H6-175125和H6-301006。日本公开的专利申请H6-308481中揭示了一种采用扭曲向列型液晶层和极化膜的双折射用于彩色显示的反射型彩色LCD。日本公开的专利申请H6-175125和H6-301006建议了一种彩色LCD，它采用液晶层和相位延迟膜的双折射用于彩色显示的彩色LCD。
然而，采用两个极化膜的反射型LCD不能够确保实现充足亮度的反射率。
采用一个极化膜的反射型LCD用滤色镜显示彩色信息，并通过增大反射率来确保充足的亮度。然而，这种结构使得黑白消色差显示较难。尤其是，具有低反射率的消色差黑色可能无法显示。
采用扭曲向列型液晶层和极化膜的双折射用于彩色显示的反射型LCD以及采用液晶层和延迟膜的双折射的彩色LCD是不采用滤色镜的。由于这种类型的彩色LCD无需采用滤色镜，即使在使用两个极化膜的情况下也可以确保具有充分亮度的反射率。然而，由于显示是因采用双折射而是彩色的，所以，从理论上说，多灰度级或多色显示(如分为16级的4096中颜色或64级的全色)是很难实现的。彩色纯度和彩色重现率范围也是很窄的。
采用两个极化膜的黑白方式下的反射型LCD也许是不能实现对白方式下的高反射率的。
本发明的目的是提供一种反射型液晶显示装置(LCD)，它具有明亮的白色显示、高的对比度，以及消色差的黑白显示。
本发明的反射型LCD包括一种液晶盒，其中，将向列型的液晶层封在第一、第二底板之间；将极化膜置于液晶盒的第一底板侧；两个延迟膜在极化膜和液晶盒之间，构成具有反射率各向异性的小色散结构元件；以及置于第二底板侧的反光元件。
向列型液晶层的扭曲角在45°到90°的范围内，并且向列型液晶层的双折射nLC和液晶层的厚度dLC的乘积，nLC·dLC在0.20到0.30μm的范围内。极化膜侧延迟膜的迟豫值RF1(各向异性折射率和延迟膜的厚度的乘积)在0.23μm到0.28μm的范围内。液晶盒侧延迟膜的迟豫值RF2在0.13μm到0.18μm的范围内。在正交坐标系(x，y，z)中，取垂直于两个延迟膜的薄膜表面的方向为z轴，而低速轴为x轴。当采用上述正交坐标系中每一轴方向的折射率nx、ny和nz，用公式1定义z系数Qz是0.3到1.0时；满足一组公式2至4，或一组公式5至7：
Qz＝(nx-nz)(nx-ny)          (1)
75°≤φP≤195°                          (2)
95°≤φP-φF1≤115°                (3)
155°≤φP-φF2≤175°               (4)
-15°≤φP≤105°                         (5)
-115°≤φP-φF1≤-105°               (6)；
-175°≤φP-φF2≤-165°               (7)；
这里，
φP＝极化膜吸收轴方向的角度；
φF1＝极化膜侧延迟膜低速轴方向的角度；以及
φF2＝液晶盒侧延迟膜低速轴方向的角度。
所有的角度都是相对于一基准线测量的，该基准线是最接近第一底板的液晶分子的排列方向与最接近第二底板的液晶分子的排列方向之间更大的一个角度的分角线。从第一底板到第二底板的向列型液晶层的扭曲方向定义为正方向。
当采用这种结构时，通常在白色方式下本发明的反射型LCD实现了明亮显示，和黑白间的消色差彩色变化。
特别是，当满足一组等式2至4时，最好将极化膜的吸收轴方向的角度φP设置为90°到120°，或155°到185°。这就使得具有更好的高对比度特征。
当满足一组等式5至7时，最好将极化膜的吸收轴的角度φP设置在0°到30°或从60°到90°的范围内。这也使得具有更好的高对比度特征。
另外，本发明的反射型LCD最好将向列型液晶层的扭曲角设置成60°到65°的范围内。
这也使得具有更好的特征。
最好将本发明的反射型LCD中极化膜侧的延迟膜的z系数Qz设置成在0.3到0.7的范围内。这使得反射型LCD对于观察角具有较少的反射率变化。从同样的观点看，最好将z系数Qz对于两个延迟膜中的每一个设置成在0.3到0.7的范围内。
通过在第一底板侧上设置散射膜，收集显示屏外周围的光，本发明的反射型LCD实现了明亮显示。最好使该散射膜介于延迟膜与第一底板之间，从而避免显示图象的模糊。另外，最好将前向散射膜用作散射膜。至于前向散射膜，最好采用一种具有强前向散射特性且几乎没有后向散射特性的材料。
在本发明的反射型LCD中，光反射装置最好含有一种金属，该金属至少是从铝和银中选择出来的。金属电极最好还用作第二底板侧上的电极。
该金属电极特别是在具有上述散射膜的LCD的情况下，最好具有一个抛光成镜面的表面。这就能够减少液晶排列方向的无序，而达到自然的视觉效果。另一方面，在反射型LCD不采用散射膜的情况下，最好将散射层置于金属电极上，或者增加金属电极自身的散射反射率。为了增加金属电极的散射反射率，最好使其表面粗糙成使平均倾斜角为3°到12°。这就使反射型LCD具有自然的视觉效果。
本发明的反射型LCD还可以采用一种透明底板，用于第二底板，并在透明底板外设置光反射装置，如散射反射镜。这时，透明电极也用作第二电极。在这种结构中，最好在透明底板和散射反光镜之间形成一个空气层。这也增加了散射效果。
同时，在本发明的反射型LCD中，滤色镜构成反射型彩色LCD，或者是不采用滤色镜，以黑白方式构成反射型LCD。在黑白方式下，可以实现更明亮的显示，并且特别对白色具有高的反射率。在彩色方式下，例如，可以实现64级全色，具有在黑白之间消色差变化的特征。第二底板侧设置一非线性装置使得能够得到一种受非线性装置如呈矩阵排列的TFT驱动的有源矩阵反射型LCD。这时，在该非线性装置上形成一个绝缘平面膜(flattening film)，第二底板处的非线性装置和电极通过该平面膜上形成的接触孔电连接。这使得反射型LCD具有可以有源驱动的高反射率和高孔径比。
图1是按照本发明的典型实施例的反射型液晶显示装置的截面图。
图2是按照本发明的典型实施例的反射型液晶显示装置的光学结构。
图3是描绘的是按照本发明的反射型液晶显示装置的反射率与所施加的电压之间的关系。
图4是按照本发明的另一个典型实施例的反射型液晶显示装置的截面图。
图5是按照本发明的另一个典型实施例的液晶显示装置中反射率与所施加的电压之间的关系。
图6A和图6B是观察角向右看时对不同z系数变化的反射率。
图7是按照本发明的另一个典型实施例的反射型液晶显示装置的截面图。
图8是按照本发明的另一个典型实施例的反射型液晶显示装置的截面图。
图中，各标号所表示的意义是：
1、4、7、8                   液晶盒
10、40、70、80               极化膜
11a、11b、41a、41b
71a、71b、81a、81b           降冰片烯衍生物延迟膜
12、82                       散射膜层
13、43、73、83               上透明底板
14、44、74、84                滤色层
15a、15b、45a、45b
75a、75b、85a、85b            取向层
16、46、76、86                透明电极
17、47、77、87                液晶层
18、48、88                    金属反射电极
19、49、89                    下底板
20                            基准线
21                            最靠近下底板的液晶分子的排列方向
22                            最靠近上底板的液晶分子的排列方向
23                            降冰片烯延迟膜的低速轴
24                            上极化膜的吸收轴
72                            散射反射镜
79                            下透明底板
90                            栅极电极
91                            源极线
92                            TFT装置
93                            漏极电极
94                            平面膜
95                            接触孔
下面参照附图描述本发明的典型实施例。
第一个典型实施例
下面描述本发明第一个典型实施例的反射型LCD。
图1是本发明的第一个典型实施例的反射型LCD的截面图。图2是从上面的底板侧面看时，第一个典型实施例的反射型LCD的光学结构。这里，最靠近下面底板19的液晶分子的排列方向21与最靠近上面透明底板13的液晶分子的排列方向22之间较大角的等分线确定为描述角度范围的基准线20。将由LC表示的液晶扭曲方向(从上面的透明电极13到下面底板19的液晶分子的扭曲方向)确定为每一角的正方向。极化膜10的吸收轴24的角度用φP表示，而极化膜侧的降冰片烯衍生物延迟膜11a的低速轴23a的角度用φF1表示，而液晶盒侧的降冰片烯衍生物延迟膜11b的角度用φF2表示。
该反射型LCD是以通常为白色的方式工作的。这是这样一种方式，即，当电压施加到液晶层上时具有最大的反射率，而当施加的电压增加时，反射率减小(黑色显示)。
第一个典型实施例的反射型LCD是以下述方式制造的。上透明底板13和下底板19是用非碱性玻璃底板(如Corning 1737)制成的。光刻形成颜料色散型的红、绿、蓝条带，作为上透明底板13上的滤色层14，而在滤色层14上形成铟锡氧化物，作为透明电极16的象素电极。在下底板19上淀积具有厚度为80nm的钛，并且随后淀积具有厚度为200nm的铝，形成镜面反射型的金属反射电极18。
在透明电极16和金属反射电极18上印刷含有重量百分比为5的丁内酯的聚酰亚胺溶液，并在250℃的温度下固化。随后，用人造丝旋转摩擦，形成具有预定扭曲角的取向层15a和15b。
在上透明底板13的周边上印刷热固密封树脂(如由Mitsui Chemicals Inc生产的LC STRUCTBOND)，树脂中混合有具有预定直径的重量百分比为1.0的玻璃纤维。下底板19上在100到200粒/mm2的比例下分布有具有预定直径的树脂珠。粘贴上透明底板13和下透明底板，并在150℃的温度下固化。随后，将具有双折射(折射率各向异性)nLC为0.08的氟代酯向列型液晶与手征(chiral)液晶以某种方式混合，而得到80μm的手征间距(chiral pitch)。将经混合的液晶真空注入，并将开孔用UV固化树脂封住，并用UV光固化。
在液晶盒上面的透明底板13上附上一层各向同性的前向散射膜，以形成在其上作为散射膜层12。采用这样一种方式附上降冰片烯衍生物延迟膜11a和11b，使得每一低速轴产生一个预定的角度。随后，通过这样一种方式在反眩光(AG)和抗反射(AR)处理以后附上中性的眩光极化膜(如由Sumitomo Vhemical Co.，Ltd生产的SQ-1852AP)作为极化膜10，使得其吸收轴产生一预定的角度。
对于延迟膜11a和11b，采用一种单轴光学各向异性膜，这种各向异性膜在薄膜内呈现折射率各向异性。更具体地说，第一个典型实施例中使用的延迟膜是满足下述关系式的薄膜：
nx＞ny＝nz；
这里，
z：垂直于薄膜的方向；
x：低速轴；以及
nx，ny，nz：正交坐标系(x，y，z)中沿每一轴方向的折射率。
该延迟膜的折射率各向异性(双折射)是由n＝nx-ny定义的。其减速值是由n和薄膜的厚度的乘积表示的。下文中，延迟膜11a和11b的减速值用RF1和RF2来表示。
延迟膜11a和11b的折射率各向异性通常与波长(色散)有关。如果n的色散较大，则消色差黑白显示中出现不想要的着色。如果波长为550nm、450nm和650nm处的n分别是n(550)、n(450)和n(650)，则为了显示消色差的黑白而不带任何色彩时最好满足下面的关系式：
0.95＜n(450)/n(550)＜1.05；以及
0.95＜n(650)/n(550)＜1.05。
该典型实施例中的延迟膜是用满足上面的条件的结构元件来构成的。
由于液晶层的厚度被设置在dLC＝3.0μm，则液晶层的减速是nLC dLC＝0.24μm。两延迟膜的减速分别被设置在RF1＝0.27μm和RF2＝0.14μm。液晶层的扭曲角LC被设置在LC＝63.0°。极化膜吸收轴φP的方向被设置成满足φP-φF1＝105.0°和φP-φF2＝165.0°。
制造满足上述条件而具有不同φP的一系列反射型LCD，并测量在反射方式下这些LCD的光学特性。结果显示，当φP在75°到195°的范围内时，得到具有高对比度通常在白色方式下的反射型LCD。其原因是，当将极化膜的吸收轴设置成上述角度的时候，可以使黑色的亮度较低。
特别是，当φP在90°到120°或在155°到185°的范围内时，对于具有高对比度的消色差黑白显示，最好满足通常为白色方式下的反射型LCD。
接着，检查nLC dLC改变时特性的差异。当nLC dLC在0.20μm到0.30μm时，得到具有低反射率的消色差黑色和具有高反射率的白色。
其次，检查液晶层的扭曲角度LC改变时特性的差异。当扭曲角LC是45°到90°时，本发明第一个典型实施例给出满意的特性。特别是，当扭曲角LC在60°到65°时，可以肯定具有更满意的特征。
下面描述当＝120.0°时光学特征的测量结果。对一个完全的散射光源，测量其反射率。
图3是第一个典型实施例的反射型LCD的反射率和施加的电压之间的关系。用正面的特征(即从与底板垂直的方向观察到的特性)来表述，转换到Y水平的白色反射率是19.8％，对比度是15.1。消色差颜色从黑色变到白色，实现了全色64级显示。
具有上述结构而没有滤色层14的反射型LCD给出正面特性(frontcharacteristic)中15.6的对比度和转换成35.5％的Y水平的白色反射率。
在上述结构中，散射膜12介于延迟膜11b和上透明底板13之间。然而，当散射膜12位于极化膜10上、极化膜10和延迟膜11a之间或延迟膜11a和延迟膜11b之间时，可以得到相同的特性。
第一个典型实施例中延迟膜的主要结构是一种降冰片烯衍生物材料。也可以采用用包括聚乙烯醇的其他材料构成的薄膜。
第一个典型实施例还采用含有铝的金属反射型电极，作为反射电极。然而，本发明的效果并非仅限于这种材料。用含有如银的材料的金属反射电极也可以得到同样的结果。
第二个典型实施例
下面描述本发明第二个典型实施例的反射型LCD。
图4是第二个典型实施例的反射型LCD的截面图。与第一个典型实施例的不同的地方是，用漫射(散射)反射型金属反射电极48来取代镜面反射型的金属反射电极18。
第二个典型实施例的光学结构与图2中所示第一个典型实施例的光学结构是相同的。
第二个典型实施例的反射型LCD是如下所述制造的。上透明底板43和下底板49是用非碱性的玻璃底板(如Corning 1737)制成的。光刻形成颜料色散型的红、绿、蓝条带，作为上透明底板43上的滤色层44，并形成透明电极46的铟锡氧化物。在下底板49上淀积具有厚度为80nm的钛，并且随后淀积具有厚度为200nm的铝。随后，使表面粗糙成具有平均倾斜角3°到12°，形成具有漫射(散射)反射型的金属反射电极48。
在透明电极46和金属反射电极48上印刷含有重量为百分比为5的丁内酯的聚酰亚胺溶液，并在250℃的温度下固化。随后，用人造丝旋转摩擦，形成具有预定扭曲角的取向层45a和45b。
在上透明底板43的周边上印刷热固密封树脂(如由Mitsui Chemicals Inc生产的LC STRUCTBOND)，树脂中混合有具有预定直径的重量百分比为1.0的玻璃纤维。下底板49上在100到200粒/mm2的比例下分布有具有预定直径的树脂珠。粘贴上透明底板43和下透明底板49，并在150℃的温度下固化密封树脂。随后，将具有双折射nLC为0.08的氟代酯向列型液晶与手征(chiral)液晶以某种方式混合，而得到80μm的手征间距(chiral pitch)。将经混合的液晶真空注入，并将开孔用UV固化树脂封住，并用UV光固化。
采用这样一种方式将降冰片烯衍生物延迟膜41a和41b贴面如上形成的液晶盒的上透明底板43上，使得每一低速轴产生一个预定的角度。随后，通过这样一种方式在反眩光(AG)和抗反射(AR)处理以后附上中性的眩光极化膜(如由Sumitomo Vhemical Co.，Ltd生产的SQ-1852AP)作为极化膜40，使得其吸收轴产生一预定的角度。
对于延迟膜41a和41b，采用一种单轴光学各向异性膜，这种各向异性膜满足nx＞ny，这与第一个典型实施例中是一样的，并且n具有小的色散。
由于液晶层的厚度被设置在dLC＝3.0μm，所以液晶层的减速被设置在nLCdLC＝0.24μm。两个延迟膜的延迟分别被设置在RF1＝0.27μm和RF2＝0.14μm。液晶层的扭曲角被设置在LC＝63.0°。极化膜吸收轴φP的方向被设置成满足φP-φF1＝105.0°和φP-φF2＝165.0°。
制造满足上述条件具有不同φP的一系列反射型LCD，并测量反射模式下这些LCD的光学特征。结果显示，当φP在75°到195°时，得到具有高对比度且处于通常为白色方式下的反射型LCD。其原因是，当极化膜的吸收轴被设置在上述角度下的时候，可以使黑色的亮度较低。
特别是，当φP在90°到120°的范围内或155°到185°的范围内时，对于消色差黑白显示，最好满足具有高对比度的通常为白色方式下的反射型LCD。
还检查当改变nLC dLC时特性的差异。当nLC dLC在0.20μm到0.30μm的范围内时，可以实现具有低反射率的消色差黑色和具有高反射率的消色差白色。
接着，检查当改变液晶的扭曲角LC时的特性差异。本发明的第二个典型实施例还在扭曲角LC在45°到90°的范围内时给出满意的特性。特别是，当扭曲角LC在60°到65°的范围内时，可以确定具有进一步满意的特性。
下面特别描述当φP＝120.0°时光学特性的测量结果。对于一个完全散射的光源，测量其反射率。
在正面(front)特性中，转换成Y水平的白色反射率是18.6％，对比度是15.1。消色差颜色从黑变到白，得到全色64级显示。
具有上述结构但没有滤色层44的反射型LCD在正面特性中给出14.8的对比度，和转换成Y水平为34.9％的白色反射率。
第二个典型实施例采用含有铝的金属反射电极，作为反射电极。然而，本发明的效果并非仅限于该材料。用含有如银材料的金属反射电极可以得到同样的效果。
第三个典型实施例
下面描述本发明第三个典型实施例的反射型LCD。
第三个典型实施例的反射型LCD的制造方法和结构与第一个典型实施例的是相同的。第三个典型实施例的光学结构与图1和图2截面图所示第一个典型实施例的是相同的。
与第一个典型实施例相同，液晶层的厚度被设置成是dLC＝3.0μm，因此，液晶层的延迟是nLC dLC＝0.24μm。两延迟膜的延迟分别是RF1＝0.27μm，以及RF2＝0.14μm。液晶层的扭曲角是LC＝63.0°。极化膜的吸收轴φP的角度被设置成满足φP-φF1＝-110.0°和φP-φF2＝-170.0°。制造一系列满足上述条件具有不同φP的反射型LCD，并测定在反射型方式下这些LCD的光学特征。结果显示，当φP在-15°到105°的范围内时，得到具有高对比度并且通常是在白色方式下的反射型LCD。原因是，当极化膜的吸收轴被设置成上述方向的时候，可以使黑色的亮度较低。
特别是，当φP在0°到30°或60°到90°的范围内时，对于消色差黑白显示，最好满足具有高对比度通常呈白色方式的反射型LCD。
接着，检查nLC和dLC改变时的特性差异。当nLC dLC在0.20μm到0.30μm的范围内时，得到具有低反射率的消色差黑色和具有高反射率的消色差白色。
其次，检查扭曲角LC改变时的特性差异。本发明的第三个典型实施例在扭曲角LC在45°到90°的范围内时给出满意的特性。特别是，当扭曲角LC在60°到65°的范围内时，可以确定具有进一步满意的特性。
下面特别描述当φP＝75.0°时光学特性的测量结果。对一个全散射光源，测量其反射率。
图5描绘的是第三个典型实施例中反射型LCD的反射率和所施加的电压之间的关系。在正面(front)特征中，转换成Y水平的白色反射率是19.2％，而对比度是15.6。消色差也从黑色改变成白色，实现全色64级显示。
在正面特性中，具有上述结构而没有滤色层的反射型LCD给出15.2的对比度，和转换成Y水平为34.8％的反射率。
在上述结构中，散射膜12介于延迟膜11b和上透明底板13之间。然而，当散射膜12位于极化膜10之上、介于极化膜10和延迟膜11a之间以及介于延迟膜11a和延迟膜11b之间时，也可以得到相同的特性。
第三个典型实施例采用含有铝的金属反射电极作为反射电极。然而，本发明的效果并非仅限于这种材料。例如，当采用含有银的金属反射电极时，可以得到相同的效果。
第四个典型的实施例
下面描述本发明第四个典型实施例的反射型LCD。
第四个典型实施例的反射型LCD的制造方法和结构基本上与第一个典型实施例中的是相同的。第四个典型实施例的反射型LCD具有如图1和图2所示截面图中的反射型LCD光学结构。
在该典型实施例中，采用一种降冰片烯衍生物膜，作为延迟膜，这种薄膜具有与ny不同的沿z轴方向的折射率nz，这称为双轴光学各向异性。沿z轴方向各向异性的程度用公式1定义的z系数Qz来表述：
Qz＝(nx-nz)/(nx-ny)                 (1)
在薄膜具有单轴光学各向异性时，由于nz＝ny，所以Qz＝1。
图6A给出的是按照z系数的差异，观察角向右看时，LCD反射率的变化特性。这里，与底板垂直的方向确定为0°。而向右倾斜的观察角确定为是极角。第四个典型实施例的LCD采取通常为白色的方式，因此施加到液晶层的电压在第一灰度级处为最大，而在第四灰度级处为最小。
在第四个典型实施例中，液晶层形成的厚度是dLC＝3.0μm，因此，nLC dLC＝0.24μm。两延迟膜的延迟值分别是RF1＝0.27μm，以及RF2＝0.14μm.其他的条件被设置成LC＝63.0°，φP＝105.0°，φP-φF1＝105.0°，以及φP-φF2＝165.0°。改变极化膜侧延迟膜11a的z系数Qz(1)和液晶层侧延迟膜11b的z系数Qz(2)。结果，当Qz(1)和Qz(2)在0.3到1.0之间时，得到令人满意的观察特性，包括随观察角的变化而出现的反射率、对比度和颜色的小变化。
特别是，用在Qz(1)和Qz(2)分别是0.5或1.0时形成的两种组合，检查白色与黑色之间四种灰度级时施加电压时随观察角而出现的反射率的变化。从图6A和6B可以看到，当z系数Qz较小时对观察角的依赖性较小，并且可以得到满意的反射率特性而不会出现灰度级的逆转。特别是，当Qz(1)在0.3到0.7之间时，可以得到更令人满意的观察角特性。当Qz(1)和Qz(2)在0.3到0.7之间时，可以得到更加令人满意的观察角特性。
第五个典型实施例
下面描述本发明第五个典型实施例的反射型LCD。
图7是本发明第五个典型实施例的截面图。在该典型实施例中，漫射反射镜72置于液晶盒7之外，而透明底板用作液晶盒7下底板79(下文中称为“下透明底板79”)。下透明底板79中的电极78也是一个透明电极。其他的结构与第五个典型实施例是相同的。
本典型实施例中反射型LCD的光学结构与图2中的也是相同的。
第五个典型实施例的反射型LCD的制造如下所述。上透明底板73和下透明底板79是用非碱性玻璃底板(如Corning 1737)制成的。颜料散射型红、绿、蓝条带是通过光刻形成的，作为上透明底板73上的滤色层。
分别在滤色层74上和下透明底板79上形成铟钛氧化物，作为透明电极76的象素电极。在透明电极76和78上印刷含有重量百分比为5的丁内酯的聚酰亚胺溶液，并在250℃下固化。随后，用人造丝旋转摩擦，形成具有预定扭曲角的取向层75a和75b。
在上透明底板43的周边上印刷热固密封树脂(如由Mitsui Chemicals Inc生产的LC STRUCTBOND)，树脂中混合有具有预定直径的重量百分比为1.0的玻璃纤维。下底板79上在100到200粒/mm2的比例下分布有具有预定直径的树脂珠。粘贴上透明底板73和下透明底板79，并在150℃的温度下固化密封树脂。随后，将具有双折射nLC为0.08的氟代酯向列型液晶与手征(chiral)液晶以某种方式混合，而得到80μm的手征间距(chiral pitch)。将经混合的液晶真空注入，并将开孔用UV固化树脂封住，并用UV光固化。
采用这样一种方式降冰片烯延迟膜71a和71b贴在液晶盒的上透明底板73上，使得每一低速轴产生一个预定的角度。随后，通过这样一种方式在反眩光(AG)和抗反射(AR)处理以后附上中性的眩光极化膜(如由Sumitomo Vhemical Co.，Ltd生产的SQ-1852AP)作为极化膜70，使得其吸收轴或发射轴产生一预定的角度。对于延迟膜71a和71b，采用一种单轴的光学各向异性膜，它与第一个典型实施例中一样，给出Qz＝1，并且n具有小的色散。
由银制成的漫射反射镜72位于下透明底板79的下方。
在第五个典型实施例中，所形成的液晶层的厚度dLC是dLC＝3.0μm，因此nLCdLC＝0.24μm。两延迟膜的减速分别被设置在RF1＝0.27μm，和RF2＝0.14μm。其他的条件被设置在LC＝63.0°，φP＝105.0°，φP-φF1＝105.0°，以及φP-φF2＝165.0°。
当上、下底板都采用透明底板和透明电极，并且如上所述漫射反射镜位于下底板的下方时，会注意到因视差的影响而产生的图象略微模糊，但实现了具有观察特性自然变化的反射型LCD。
正面特性的测量给出转换Y水平为16.5％的白色反射率和13.9的对比度。
具有上述结构而没有滤色层74的反射型LCD的正面特性给出转换成Y水平为33.2％的白色反射率和14.0的对比度。
在没有用粘结剂完全粘结起来时，漫射反射镜72和下透明底板79之间有一个空气层。这使得由树脂与空气间折射率差所产生的增强的散射效果，实现更自然的观察特性，其中，树脂的折射率是1.6，而空气的折射率是1.0。
第五个典型实施例采用银作为散射反射镜，而采用铝散射反射镜可以得到同样的效果。
第六个典型实施例
下面描述第六个典型实施例中的反射型LCD。
图8是第六个典型实施例的反射型LCD的截面图。与其他的实施例一样，第六个典型实施例的反射型LCD包括极化膜80、降冰片烯衍生物延迟膜81a和81b、散射膜层82、上透明底板83、滤色层84、取向层85a和85b、透明电极86、液晶层87、金属反射电极88，和下底板89。第六个典型实施例还包括在下底板89上的有源矩阵阵列，它包括栅极电极90、源极91、薄膜晶体管装置(TFT)92、漏极93，和平面膜(flattening film)94。金属反射型电极88通过用于有源驱动的接触孔与平面膜94下方的非线性开关装置(TFT)相连。
第六个典型实施例中反射型LCD的光学装置与图2中的相同。
下面描述第六个典型实施例中的反射型LCD的制造。上透明底板83和下透明电极89是用非碱性玻璃底板(如Corning 1737)制成的。光刻形成颜料色散型的红、绿、蓝条带，作为上透明底板83上的滤色层84，而在滤色层84上形成铟锡氧化物，作为透明电极86的象素电极。
采用预定的方法，用铝和钽制成的栅极电极90和用钛和铝制成的漏极电极91在下底板89上排成矩阵。由非结晶硅制成的TFT装置92是形成在栅极电极90和源极电极91的每个截面器上的。
正光敏丙烯树脂(如由Fuji Chemical Industries，Ltd制成的FVR)施放在下底板89的整个表面上，该下底板上有一个非线性装置，用以形成平面膜94。随后，采用预定的光掩膜，将UV光照射到漏极电极93上，产生接触孔95。随后淀积80nm厚的钛，再淀积200nm厚的铝，形成镜面反射型的金属反射型电极88。
在透明电极86和金属反射电极88上印刷含有重量百分比为5丁内酯的聚酰亚胺溶液，并在250℃的温度下固化。随后，用人造丝旋转摩擦，形成具有预定扭曲角的取向层85a和85b。
在上透明底板83的周边上印刷热固密封树脂(如由Mitsui Chemicals Inc生产的LC STRUCTBOND)，树脂中混合有具有预定直径的重量百分比为1.0的玻璃纤维。下底板89上在100到200粒/mm2的比例下分布有具有预定直径的树脂珠。粘贴上透明底板83和下透明底板89，并在150℃的温度下固化。随后，将具有nLC＝0.08的氟代酯向列型液晶与手征(chiral)液晶混合。将经混合的液晶真空注入，并将开孔用UV固化树脂封住，并用UV光固化。
与上面一样，在液晶盒上面的透明底板83上附上一层各向同性的前向散射膜，作为散射膜层82。采用这样一种方式附上降冰片延迟膜81a和81b，使得每一低速轴产生一个预定的角度。随后，通过这样一种方式在反眩光(AG)和抗反射(AR)处理以后附上中性的眩光极化膜(如由Sumitomo Vhemical Co.，Ltd生产的SQ-1852AP)作为极化膜80，使得其吸收轴或发射轴产生一预定的角度。对于延迟膜81a和81b，采用与第一个典型实施例中相同的具有Qz＝1的单轴各向异性膜。
第六个典型实施例中液晶层的厚度被设置在dLC＝3.0μm，因此，nLC dLC＝0.24μm。两延迟膜的延迟分别被设置在RF1＝0.27μm和RF2＝0.14μm。其他的条件被设置在LC＝63.0°，φP＝105.0°，φP-φF1＝105.0°，以及φP-φF2＝165.0°。
至于光学特性，第六个典型实施例中的LCD通过有源驱动实现了全色64级显示。平面膜上形成的金属反射型电极使得即使在有源矩阵的情况下也实现了高达97％的高孔径比。正面特性显示，转换成Y水平的白色反射率为19.4％，这几乎与第一个典型实施例中是相同的，而对比度是15.8。
不仅是在第六个典型实施例中，而且在所有的典型实施例中，用以有源驱动的反射型LCD是按照该典型实施例中所描述的方法通过在下底板上形成非线性装置如TFT来实现的。对于非线性装置，也可以采用二端装置(如MIM和薄膜二极管)和多硅TFT，以及非晶硅TFT，来实现同样的效果。
因此，本发明提供了一种通常成白色方式的反射型LCD，具有明亮的亮度和高对比度，以及黑白间的消色差变化。

Claims (23)

1.一种反射型液晶显示装置，它包含：
液晶盒(1，4，7，8)，包含封在第一透明(13，43，73，83)和第二(19，49，79，89)底板之间的向列型液晶层(17，47，77，87)，所述向列型液晶层具有dLC的厚度，和nLC的双折射；
置于所述第一底板侧的极化膜(10，40，70，80)；
置于所述极化膜和所述液晶盒之间的两延迟膜(11a，11b，41a，41b，711，71b，81a，81b)；以及
置于所述第二底板侧上的光学反射装置(18，48，88)；
其特征在于，
所述两延迟膜含有一结构元件，所述结构元件具有一满足0.95＜n(450)/n(550＜1.05和0.95＜n(650)/n(550＜1.05的各向异性折射率；所述各向异性折射率是用正交坐标系(x，y，z)中沿每一方向的折射率nx，ny和nz，由n＝nx-ny来定义的，其中，z轴确定为与薄膜表面垂直的方向，而x轴确定为低速轴(23a，23b)的方向；当波长为550nm、450nm和650nm时，所述结构元件的各向异性折射率分别是n(550)、n(450)和n(650)；
所述向列型液晶层(17，47，77，87)具有在45°到90°范围内的扭曲角，所述向列型液晶层的双折射nLC和厚度dLC的乘积在0.20到0.30μm的范围内；
所述极化膜侧上所述延迟膜(11a，41a，71a，81a)的减速值RF1(所述延迟膜的n和厚度的乘积)在0.23μm到0.28μm的范围内；
所述液晶盒侧上所述延迟膜(11b，41b，71b，81b)的减速值RF1在0.13μm到0.18μm的范围内；
由公式1定义的所述两延迟膜的z系数Qz处于以下范围：0.3≤Qz＜1.0；并且
所述反射型液晶装置满足一组公式2至4和公式5至7：
Qz＝(nx-nz)/(nx-ny)        (1)
75°≤φP≤195°                        (2)
95°≤φP-φF1≤115°               (3)
155°≤φP-φF2≤175°              (4)
-15°≤φP≤105°                        (5)
-115°≤φP-φF1≤-105°                  (6)；
-175°≤φP-φF2≤-165°                  (7)；
这里，
φP＝极化膜(10，40，70，80)吸收轴方向的角度；
φF1＝极化膜侧延迟膜(11a，41a，71a，81a)低速轴方向的角度；
φF2＝液晶盒侧延迟膜(11b，41b，71b，81b)低速轴方向的角度，并且，
所有的角度都是从一基准线(20)测量的，所述准线是最接近所述第一底板(13，43，73，83)的液晶分子的排列方向(22)与最接近所述第二底板(19，49，79，89)的液晶分子的排列方向(21)之间较大的一个角度的分角线；并且从所述第一底板到所述第二底板的所述向列型液晶层的扭曲方向定为正方向。
2.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，所述装置满足一组公式2至4，其特征在于，所述极化膜的吸收轴方向的所述角度φP或者在i)90°到120°的范围内，或者ii)在155°到185°的范围内。
3.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，所述装置满足一组公式5至7，其特征在于，所述极化膜的吸收轴方向的所述角度φP或者在i)0°到30°的范围内，或者ii)在60°到90°的范围内。
4.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述向列型液晶层的所述扭曲角在60°到65°的范围内。
5.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述极化膜上所述延迟膜的所述z系数Qz在0.3到0.7的范围内。
6.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述两延迟膜的所述z系数Qz分别在0.3到0.7的范围内。
7.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述两延迟膜(11a，11b，41a，41b，71a，71b，81a，81b)是用聚乙烯醇和降冰片烯衍生物之一作为主要成份制成的。
8.如权利要求1至7中的任何一个权利要求所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，一个散射膜(18，82)是置于所述第一底板(13，43，73，83)一侧上的。
9.如权利要求8所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述散射膜是置于所述延迟膜和所述第一底板之间的。
10.如权利要求8或9所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述散射膜是前向散射膜。
11.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述光学反射装置是一个含有铝和银中的至少一种的金属电极。
12.如权利要求11所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述金属电极具有镜面抛光的表面。
13.如权利要求11或12所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述散射膜是置于所述金属电极上的。
14.如权利要求11所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述金属电极具有粗糙成3°到12°的平均倾斜角的表面，用来对入射光进行漫反射和反射。
15.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述第二底板是一个透明底板(79)，并且所述光学反射装置(72)置于所述液晶盒(7)的所述第二透明底板侧上。
16.如权利要求15所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述透明底板和所述光学反射装置之间有一个空气层。
17.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述液晶盒内有一个滤色镜。
18.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，一个非线性装置(92)置于所述第二底板(89)上。
19.如权利要求18所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，在所述非线性装置上有一个绝缘平面膜(94)，并且所述第二底板侧上的所述非线性装置(92)和电极(88)是通过所述平面膜(94)中产生的接触孔(95)电连接起来的。
20.如权利要求2或3所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述向列型液晶层(17，47，77，87)的所述扭曲角LC在60°到65°的范围内。
21.如权利要求2或4所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述极化膜侧上所述延迟膜的所述z系数Qz的值在0.3到0.7的范围内。
22.如权利要求2或4所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述两延迟膜的所述z系数Qz的值在0.3到0.7的范围内。
23.如权利要求2至6中的任何一个权利要求所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述两延迟膜是用聚乙烯醇和降冰片烯衍生物中的一种作为主要成份而制成的。
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