JP3631067B2

JP3631067B2 - Reflective liquid crystal display device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3631067B2
Application number: JP30984999A
Authority: JP
Inventors: 克文大室; 規生杉浦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP2001125087A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reflectance of a reflection type liquid crystal display device. SOLUTION: The device has first and second substrates 1, 3 for a reflection type liquid crystal display device facing each other through a gap, a liquid crystal layer E filling the gap between the first substrate 1 and the second substrate 3 and containing liquid crystal molecules EM, and a large number of particles P dispersed in the liquid crystal layer E. Either the refractive index n0 along the ordinary axis or the refractive index ne along the extraordinary axis of the liquid crystal molecules EM is nearly equal to the average refractive index np of the particles P, and the other refractive index of the refractive index no along the ordinary axis and the refractive index ne along the extraordinary axis of the liquid crystal molecules EM is different from the average refractive index np of the particles P.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２に、一般的な反射型液晶表示装置Ｘのほぼ１画素分の断面図を示す。
【０００３】
図１２に示すように、透明な第１のガラス基板１０１と透明な第２のガラス基板１０３とが、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置されている。
【０００４】
第１のガラス基板１０１と第２のガラス基板１０３との間に、液晶材Ｅが充填されている。
【０００５】
第１のガラス基板１０１上に、薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」と称す。）１１０が形成されている。
【０００６】
ＴＦＴ１１０のゲート電極１０５が反射型液晶表示装置Ｘの走査線に接続されている。ＴＦＴ１１０のドレイン電極１４６が反射型液晶表示装置Ｘの信号線に接続されている。ＴＦＴ１１０のソース電極１４４が反射電極（画素電極）１１２と接続されている。
【０００７】
反射電極１１２上を含む全画素領域に配向膜１２８ａが形成される。
【０００８】
第２のガラス基板１０３上に（図では下面に）透明な共通電極１５４が形成される。共通電極１５４上に（図では下面に）配向膜１２８ｂが形成される。加えて、ＴＦＴ１１０の上を覆うように第２のガラス基板１０３上に遮光膜１５２が形成されている。
【０００９】
第２の基板１０３の外側から入射する入射光が、反射電極１１２によって反射される。反射電極１１２と共通電極１５４との間に信号電圧を印加すると液晶材の配向が信号に応じて変化する。反射光の強度が変化し、液晶表示が可能となる。第２のガラス基板１０３の外側（第１のガラス基板１０１とは反対側）に、ある距離を隔てて、偏光板ＰＬが配置されている。
【００１０】
偏光板ＰＬを挟んで第２のガラス基板１０３側から観察すると、白黒表示（第２のガラス基板１０３と共通電極１５４との間にカラーフィルタが形成されている場合には、カラー表示）を認識することができる。
【００１１】
反射型液晶表示装置は、バックライトを必要としない。直視型の液晶表示装置の作成に向いている。透過型液晶表示装置と比較して、低消費電力化、薄型・コンパクト化、軽量化が可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の反射型液晶表示装置Ｘを直視パネルに用いた場合、反射光は、偏光板ＰＬを通過するために、原理的に光の利用率が１／２以下になる。
【００１３】
そのため、ある程度以上の明るい表示（高い反射率）を得ることが難しかった。
【００１４】
偏光板を使用しない反射型液晶表示装置としてポリマー分散（ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）液晶を用いた反射型液晶表示装置も提案されている。
【００１５】
この反射型液晶表示装置では、液晶材中に紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を混合して形成したポリマー分散液晶材（ＰＤＬＣ）を、第１の基板と第２の基板との間に充填する。ポリマー分散液晶材にＵＶ光を照射して樹脂の硬化を行う。紫外線を照射することによりＵＶ硬化型樹脂が硬化する。
【００１６】
ポリマー分散液晶材を用いた反射型液晶表示装置では、ＵＶ照射により重合させた樹脂中に残留したモノマーの影響、液晶材のＵＶ照射による劣化など、液晶パネルの信頼性を低下させる問題が生じる。加えて、従来の液晶表示装置の製造工程とは異なる工程を含むため、製造工程上の互換性が低下し、生産性が悪くなるという問題も生じていた。
【００１７】
本発明は、偏光板を使用せずに明るい表示（高い反射率）を得る高品位の反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１８】
加えて、本発明は、従来の液晶表示装置の製造工程と高い互換性を有する反射型液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層中に分散される、積層構造を有する多数の粒子とを有し、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なり、前記多数の粒子が前記第１及び／又は第２の基板上に層状に分布している反射型液晶表示装置が提供される。
【００２０】
本発明の他の観点によれば、対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、前記第１の基板上に形成された反射電極と前記第２の基板の対向面上に形成された透明電極と、前記対向面上にそれぞれ形成され、前記反射電極面上に形成される第１の配向膜と前記透明電極透面上に形成される第２の配向膜と、前記反射電極と前記透明電極との間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層中に分散される、着色された積層構造を有する多数の粒子とを有し、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なる
反射型液晶表示装置が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
発明者は、液晶層を形成する液晶分子の配向の違いにより光学的異方性（屈折率の異方性）が生じる現象を利用し、液晶層を形成する液晶分子の中に、光学的性質がほぼ等方的な多数の粒子を分散させ、分散粒子により反射型液晶表示装置の入射光を散乱させて光の反射率を向上させることを考えた。
【００２２】
本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置について説明する前に、発明者が行った反射型液晶表示装置の動作原理に関する予備的考察について図１及び図２に基づいて説明する。
【００２３】
本考察においては、液晶層を構成する液晶材中に粒子を分散させる。粒子の光学的性質は等方的とする。
【００２４】
図１（ａ）は、入射光１７に対する液晶の平均屈折率ｎｌｃと粒子の屈折率ｎｐの差が大きい場合の液晶表示の原理を示す図であり、図１（ｃ）は、入射光１７に対する液晶の平均屈折率ｎｌｃと粒子の屈折率ｎｐの差が小さい場合の液晶表示の原理を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の液晶層Ｅ内の光学的な様子を模式的に示したものである。図１（ｄ）は、図１（ｃ）の液晶層Ｅ内の光学的な様子を模式的に示したものである。
【００２５】
図１（ａ）、（ｃ）に示す反射型液晶表示構造Ａは、ある間隔を隔てて相互に対向配置される第１のガラス基板１および透明な第２のガラス基板３と、第１及び第２のガラス基板１、３間に充填された液晶層Ｅとを含む。
【００２６】
第１のガラス基板１の表面上に、例えばＡｌ膜により反射電極５が形成されている。反射電極５の上面に、樹脂製の水平配向膜７が形成されている。
【００２７】
第２のガラス基板３の表面上（図１では下方の面）に、インジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）膜により透明電極１１が形成されている。透明電極１１の表面上（図１では下方の面）に樹脂製の水平配向膜１５が形成されている。
【００２８】
液晶材Ｅの中に多数の粒子Ｐが分散している。粒子Ｐは、ほぼ球状の形状をしている。粒子Ｐの屈折率は等方的であり、光学的異方性を示さない。粒子Ｐの屈折率は、平均屈折率ｎｐで表すことができる。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、液晶材Ｅ中の液晶分子の屈性率の平均値（平均屈折率）ｎｌｃ（例えばｎｅ＝１．７７）と粒子Ｐの平均屈折率ｎｐ（例えば、ｎｐ＝１．５３）との差が大きい場合には、光は液晶材Ｅと粒子Ｐとの界面において散乱を起こしやすい。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、第２のガラス基板３の法線方向から第２のガラス基板３を透過して反射型液晶表示構造Ａ内に入射する入射光１７（白抜きの矢印で示す。以下、単に「入射光」と称する。）は、粒子Ｐにより散乱する。
【００３１】
粒子Ｐによる散乱光１９は、前方への散乱光１９ａと後方への散乱光１９ｂの２種類の散乱光に分類できる。
【００３２】
入射光１７の一部は、反射電極５により反射されるが、粒子の密度が高い場合には、入射光１７の大部分は、粒子Ｐにより散乱される。入射光１７に対して前方散乱（入射光の角度からのずれが９０度以内の散乱）と後方散乱（入射光の角度からのずれが９０度以上の散乱）とが起こりうる。前方散乱の場合には、他の粒子により散乱されるか、反射電極５により反射されて進行方向を変化させ、第２のガラス基板３から、その法線方向に対して斜めの方向に出射される。（図において、出射光は斜線を施した矢印で示す。）
後方散乱が起こる場合も、光は、第２のガラス基板３からその法線方向に対して斜めの方向に反射される。
【００３３】
粒子Ｐに起因する散乱光１９が出射光となり、反射型液晶表示装置Ｘ外の観察位置Ｏ（ガラス基板３の法線方向に対して斜めの方向）から観察され、反射型液晶表示装置は白を表示する。
【００３４】
図１（ｃ）、（ｄ）に示すように液晶材Ｅの屈性率の平均値（平均屈折率）ｎｌｃ（例えば、ｎｅ＝１．５２５）と粒子Ｐの平均屈折率ｎｐ（例えば、ｎｐ＝１．５３）との差が小さい場合、図１（ｄ）に示すように、液晶材Ｅと粒子Ｐの屈折率の差が小さいので、光学的な界面はほぼ消滅し、入射光１７が液晶材Ｅと粒子Ｐとの界面で散乱する確率は非常に低い。
【００３５】
図１（ｃ）に示すように、反射型液晶表示構造Ｘ内に入射する入射光１７は、粒子Ｐにより散乱することなく、第１のガラス基板１の上面に形成された反射電極５により反射される。
【００３６】
反射光は、反射型液晶構造の外部の観察位置Ｏ（ガラス基板３の法線方向に対して斜めの方向）から観察されず、反射型液晶表示装置は黒を表示する。
【００３７】
図２に、液晶材Ｅ中での粒子Ｐによる光の散乱角θと、規格化された散乱強度との関係を示す。
【００３８】
αは、粒子Ｐのサイズパラメータである。α＝２πＲ／λで表される。Ｒは粒子Ｐの半径、λは液晶中での入射光の波長である。
【００３９】
図２に示すように、粒子の半径Ｒが小さい場合、例えば、α＝０．１、α＝１では、散乱角度θが−１８０度から＋１８０度までの広い範囲にわたって角度依存性はあるものの、ほぼ平均した散乱強度を示す。粒子の半径Ｒが大きくなると、例えば、α＝１０の場合、散乱角度θが−３０度から＋３０度の範囲で、ほぼ正規分布に近い散乱強度を示す。
【００４０】
粒径が非常に大きい場合、（例えば、α＝１００の場合）、光の散乱角θの分布は、非常に狭い。
【００４１】
粒子による散乱を積極的に利用するため、粒子Ｐの径としては、Ｒ＜５λ／πの条件を満たすことが望ましい。液晶分子ＥＭの平均屈折率は１．６程度である。粒子半径Ｒとしては、可視光線の長波長側の限界波長である７８０ｎｍの値を上記の式に代入して求めた、Ｒ＝｛５×（７８０／１．６）｝／πより短い波長、すなわち７８０ｎｍ以下の半径を有する粒子を用いるのが好ましい。
【００４２】
液晶材Ｅ中の液晶分子は屈折率異方性をもっている。液晶材Ｅ中に分散された粒子Ｐの平均屈折率ｎｐとに対して、液晶分子の常軸の屈折率ｎｏと異常軸の屈折率ｎｅのいずれかの屈折率との比を１以外の値に設定する。
【００４３】
常軸の屈折率ｎｏと異常軸の屈折率ｎｅのうち、粒子Ｐの屈折率ｎｐと異なる屈折率が入射光に対して有効になるように液晶分子を配列すれば、図１（ｂ）に示すように粒子Ｐの表面が光学的界面を形成し、入射光は粒子Ｐにより散乱する。
【００４４】
常軸の屈折率ｎｏと異常軸の屈折率ｎｅのうち、粒子Ｐの屈折率ｎｐと同程度の屈折率が入射光に対して有効になるように液晶分子を配列すれば、図１（ｄ）に示すように粒子Ｐと液晶とは光学的にほぼ同等の媒質となり、光学的界面は弱まるか、又は消滅する。
入射光が粒子Ｐにより散乱する確率は低くなる。
【００４５】
例えば、粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子の常軸の屈折率ｎｏをほぼ等しくし、粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子の異常軸の屈折率ｎｅを異なる値にする反射型液晶表示装置の構造を形成し、液晶の配向を電界の印加により制御できるようにすれば、電極間に電圧を印加するか否かにより白黒表示を行うことが可能となる。
【００４６】
図１に示す原理を用いて反射型液晶表示装置を動作させる場合において、観測される反射光の強度を上げて明るい表示を実現するためには、液晶分子の屈折率の異方性Δｎ＝ｎｅ−ｎｏを大きくすることが好ましい。観測位置における白の表示と黒の表示との差を大きくし、表示画面をより鮮明にすることができる。また、粒子Ｐの径を小さくし、液晶材Ｅ中での粒子の密度を上げれば、散乱光の強度が高くなり、表示画面がより鮮明になる。
【００４７】
以上の考察に基づき、実際に反射型液晶表示装置を製造するための、実験を行った。
【００４８】
図３に、液晶中において入射光を分散するための構造の一部を例示する。
【００４９】
図３に示す構造は、第１のガラス基板１上に、例えばＡｌによる反射電極５を形成し、さらにその上に、例えばポリイミド樹脂により配向膜７を形成した構造である。
【００５０】
配向膜７の上に、高分子により形成される粒子Ｐが、多数堆積されている。
【００５１】
図３の構造は以下の工程により実現される。
【００５２】
粒子Ｐは、日本ペイント製のスチレン・アクリルの２重構造を有する球状の粒子である。粒子の平均粒径は３４０ｎｍ、平均屈折率ｎｐは１．５３である。
【００５３】
スチレン・アクリルの２重構造（積層構造）を有する粒子を、イソプロピールアルコール（ＩＰＡ）中に分散させる。
【００５４】
粒子Ｐを分散したＩＰＡを、スピンコーターを用いてガラス基板上にコーティングする。第１のガラス基板１上には、予め、反射電極５と配向膜７とが形成されている。
【００５５】
ＩＰＡを蒸発させることにより、第１のガラス基板１上にスチレン・アクリルの２重構造を有する粒子Ｐが、ほぼ均一な厚さと平面上の密度分布で堆積され、粒子膜を形成する。
【００５６】
図４に、上記工程で形成された構造の表面の様子を示す。５０倍の表面顕微鏡観察を行った場合の様子を示したものである。
【００５７】
基板上に大小の島状の領域（梨地で示す。）に粒子が存在する。大きな島状の領域は、比較的多数の粒子が基板表面と同じ方向に接した状態を表している。小さな島状の領域は、比較的少数の粒子が基板上において基板表面と同じ方向に接した状態を表している。島状の領域以外は、粒子が存在しない状態を表している。
【００５８】
高さ方向（基板に対して法線方向）に関しては、基板上に１から２粒子程度が堆積している。基板上に、ほぼ均一な厚さの粒子膜が形成されている。
【００５９】
粒子膜は、第１のガラス基板１、第２のガラス基板３のいずれか一方、又は両方の基板に形成することが可能である。
【００６０】
図５は、第１の基板１上にのみ粒子膜を形成した様子を示す。
【００６１】
図６は、第２の基板３上にのみ粒子膜を形成した様子を示す。
【００６２】
図７は、第１の基板１及び第２の基板３上の両方に、粒子膜を形成した様子を示す。
【００６３】
尚、第１の基板１と第２の基板３との間隔が、例えば５μｍであるのに対して、粒子層の実効的な厚さは、０．５μｍ程度である。図７に示す構造においても、厚さ５μｍの液晶層全体に粒子Ｐがほぼ均一に分散されているわけではない。
【００６４】
本明細書においては、液晶層中に粒子Ｐがほぼ均一に分散している場合だけでなく、図５から図７までに示される状態をも含めて「液晶層に粒子が分散している」と表現する。
【００６５】
図８から図１２に基づき、本発明の第１の実施の形態による反射型液晶表示装置について説明する。
【００６６】
図８に示す装置は、図１の反射型液晶装置の構造に、電源２１とスイッチ２５と（電圧印加手段）を加えたものである。第１のガラス基板１の表面に反射電極５、水平配向膜７ａが形成されている。第２のガラス基板３の表面に、透明電極、水平配向膜１５ａが形成されている。液晶分子ＥＭとしては、Δεが正のネマチック液晶が用いられる。
【００６７】
液晶中に分散させた粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏとが同程度で、粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅが異なる。液晶の常軸の屈折率ｎｏは１．５２５、異常軸の屈折率ｎｅは１．７７である。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐは、１．５３である。
【００６８】
図８（ａ）は、スイッチ２３をオフした状態を示す。第１のガラス基板１側の反射電極５と第２のガラス基板３側の透明電極１１との間に電圧を印加しない状態を示す。
【００６９】
第１及び第２のガラス基板１、３上に水平配向膜７ａ及び１５ａが形成されているため、電圧を印加しない状態における液晶分子ＥＭの配置は、基板面と液晶分子Ｅの長軸が延在する方向とが平行な状態に配置される。
【００７０】
この状態では、第２のガラス基板３の外側から、基板表面の法線方向に入射する入射光に対し、液晶の異常軸の屈折率ｎｅが支配的であり、かつ、異常軸の屈折率ｎｅは粒子Ｐの屈折率と異なる。入射光は粒子Ｐにより散乱し、出射光の強度が高くなる。第２のガラス基板３の法線方向に対して斜め方向の観察位置からは、白の表示が観察される。
【００７１】
図８（ｂ）はスイッチ２５をオンした状態を示す。第１のガラス基板１側の反射電極５と第２のガラス基板３側の透明電極１１との間に電圧を印加した状態を示す。
【００７２】
液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対してほぼ垂直方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏとがほぼ等しい。図１（ｃ）の場合と同じく、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率が低い。観察位置からは、黒が観察される。
【００７３】
粒子Ｐを液晶中に分散させたことにより、観測位置における表示、特に白の表示が鮮明になる。
【００７４】
本明細書において、液晶分子の常軸の屈折率ｎｏと異常軸の屈折率ｎｅのうちいずれか一方と粒子の平均屈折率ｎｐとがほぼ等しい場合とは、以下の場合を言う。
【００７５】
常軸の屈折率ｎｏと異常軸の屈折率ｎｅの値のうち、粒子の屈折率ｎｐとの差が小さい方の屈折率が例えばｎｏである場合に、ｎｏとｎｐとの差の絶対値をΔｎと定義すると、ｎｏとｎｐとがほぼ等しいとは、例えば、Δｎ＜０．０２であり、好ましくはΔｎ＜０．０１である。
【００７６】
本明細書において、液晶分子の常軸の屈折率（ｎｏ）と異常軸の屈折率（ｎｅ）のうちいずれか一方と粒子の平均屈折率（ｎｐ）とが屈折率が異なる場合とは、以下の場合をいう。
【００７７】
常軸の屈折率ｎｏと異常軸の屈折率ｎｅの値のうち、粒子の屈折率ｎｐとの差が大きい方の屈折率が例えばｎｅである場合に、ｎｅとｎｐとの差の絶対値をΔｎと定義すると、ｎｅとｎｐとが異なるとは、例えば、Δｎ＞０．０５であり、好ましくはΔｎ＞０．１であり、より好ましくはΔｎ＞０．２である。
【００７８】
図９（ａ）に、図５の構造、すなわち、第１のガラス基板上に粒子膜が形成されている構造を図８の装置に適用した場合の、反射率（反射光の強度／入射光の強度）の印加電圧による変化を示す。図９（ｂ）に図７の構造、すなわち、両側のガラス基板上に粒子膜が形成されている構造を図８の装置に適用した場合の、反射率（反射光の強度／入射光の強度）の印加電圧による変化を示す。
【００７９】
図９（ａ）に示すように、片側のガラス基板にのみ粒子膜を形成した場合には、印加電圧約１．５Ｖ程度において、反射率として約１８．５％の値が得られた。
【００８０】
一方、図９（ｂ）に示すように、第１のガラス基板上に粒子膜を形成した場合には、印加電圧が約１．５Ｖ程度において、反射型液晶表示装置の反射率として約４２．５％の高い値が得られた。
【００８１】
両方の基板に粒子膜を形成すると、入射光の分散確率が増加し、反射率も高くなる。
【００８２】
反射型液晶装置の構造の製造方法を簡単に説明する。
【００８３】
第１のガラス基板上に反射電極、配向膜を形成する。第２のガラス基板上に透明電極、配向膜を形成する。
【００８４】
電極及び配向膜が形成された第１および第２のガラス基板上のいずれか一方又は両方の表面に粒子膜を形成する。
【００８５】
第１のガラス基板上に、例えば粒径５μｍのスペーサ粒子を多数配置し、第２のガラス基板の外周部上に、エポキシ樹脂によるシール材を形成する。
【００８６】
この状態で第１のガラス基板と第２のガラス基板とを張り合わせて液晶パネルを形成する。
【００８７】
第１のガラス基板と第２のガラス基板との間に形成された空間を真空に排気する。
【００８８】
液晶パネルを液晶材（例えば、ネマチック液晶を用い、その異常軸の屈折率ｎｅ＝１．７７１、常軸の屈折率ｎｏ＝１．５２５とする。）中に漬ける。液晶材が注入口から第１のガラス基板と第２のガラス基板との間に形成された空間に注入される。注入口を塞ぎ、大気圧に戻す。
【００８９】
図１０に、両側のガラス基板に粒子膜を形成した場合の、反射型液晶表示装置Ｂの約１画素分に相当する断面図を示す。
【００９０】
図１１に、反射型液晶表示装置Ｂの全体の平面図を示す。
【００９１】
図１０に示すように、透明な第１のガラス基板１と透明な第２のガラス基板３とが、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置されている。
【００９２】
第１のガラス基板１と第２のガラス基板３との間に、液晶材Ｅが充填されている。
【００９３】
第１のガラス基板１上に、薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」と称す。）１０が形成されている。
【００９４】
ＴＦＴ１０のゲート電極５５が反射型液晶表示装置Ｂの走査線に接続されている。ＴＦＴ１０のドレイン電極４６が反射型液晶表示装置Ｂの信号線に接続されている。ＴＦＴ１０のソース電極４４が反射電極（画素電極）５と接続されている。
【００９５】
反射電極５上を含む全画素領域に配向膜７が形成される。
【００９６】
第２のガラス基板３上に（図では下面に）、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により、透明な共通電極１１が形成される。共通電極１１上に（図では下面に）配向膜１５が形成される。加えて、ＴＦＴ１１の上を覆うように第２のガラス基板３上に遮光膜５２が形成されている。
【００９７】
配向膜７及び配向膜１５上に、粒子膜６１及び６５が形成されている。
【００９８】
図１１に示すように、反射型液晶表示装置Ｂは、画像を表示するための概略長方形の表示部Ｆと、表示部Ｆの周辺に配置され、表示部Ｆを駆動する周辺回路Ｃとを含む。
【００９９】
表示部Ｆに、複数の画素ＰＸが、マトリックス状に配置されている。
【０１００】
表示部Ｆに、複数本の信号線６３、６３、６３、・・・が列方向に、複数本の走査線６５、６５、６５、・・・が行方向に走っている。
【０１０１】
１つの画素ＰＸには、ソース、ゲート、ドレインを有する画素用ＴＦＴ１０と、電極５、１１と液晶材とで構成される（図１０）液晶セル７１と、蓄積容量７７と、が含まれる。画素ＴＦＴ１０のドレインには、信号線６３が接続される。画素ＴＦＴ１０のゲートＧには、走査線６５が接続される。画素ＴＦＴ１０のソースと接地端子ＧＮＤとの間には、液晶セル７１と蓄積容量７７とが並列に接続される。
【０１０２】
周辺回路Ｃは、信号線６３を駆動する信号線駆動回路Ｃ１と、走査線６５を駆動する走査線駆動回路Ｃ２とを含む。
【０１０３】
走査線６５によって選択されたＴＦＴ１０のドレインＤの電位を信号線６３により変化させ、これによりドレインＤと接地（ＧＮＤ）との間の電位差により、液晶分子の配列状態を例えば図８（ａ）と図８（ｂ）とに示すように変化させる。
【０１０４】
配向膜７及び配向膜１５（図１０）は、水平配向膜が用いられる。液晶の屈折率と粒子の屈折率の関係は、ｎｅ＞ｎｐ、かつ、ｎｏ≒ｎｐである。
【０１０５】
反射電極５と共通電極１１との間に電圧を印加した場合に、第２の基板３の外側から入射する入射光が、粒子膜６１、６５に含まれる粒子Ｐによって散乱する。
【０１０６】
散乱光が反射電極５によって反射され、反射光が第２のガラス基板３の外側から観察される。
【０１０７】
反射電極５と共通電極１１との間に印加される電圧を０にすると、粒子Ｐによる散乱の確率が低くなり、反射光の強度が低くなる。
【０１０８】
上記の反射型液晶表示装置においては偏光板が不要なため、反射光の強度が高く、明るい表示が可能である。
【０１０９】
次に、上記第１の実施の形態の変形例を示す
図１３は、図８に対応する図である。
【０１１０】
第２のガラス基板３の下面に透明電極を挟んで垂直配向膜１５ａが形成されている。液晶分子ＥＭとして、Δεが負のネマチック液晶が用いられる。
【０１１１】
図１３（ａ）はスイッチ２５をオフした状態を示す。
【０１１２】
第１のガラス基板１側の反射電極５と第２のガラス基板３側の透明電極１１との間に電圧を印加しない状態における液晶分子ＥＭと粒子Ｐとの配列を示す。
【０１１３】
図１３（ｂ）はスイッチ２５をオンした状態を示す。第１のガラス基板１側の反射電極５と第２のガラス基板３側の透明電極１１との間に電圧を印加した状態における液晶分子ＥＭと粒子Ｐとの配列を示す。
【０１１４】
液晶中に分散させた粒子Ｐの平均屈折率ｎｐ（１．５３）と液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏ（１．５２５）とが同程度で、粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅ（１．７７）が異なる。
【０１１５】
垂直配向膜７ｂ、１５ｂが設けられているため、スイッチ２５をオフした状態（図１３（ａ））では、液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対して垂直方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏとが同程度であり、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率は低い。
【０１１６】
観察位置Ｏから見た場合に、黒の表示となる。
【０１１７】
スイッチをオンした（図１３（ｂ））状態では、液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対してほぼ水平方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅとが異なるため、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率が高い。観察位置Ｏから見た場合に、白の表示となる。
【０１１８】
粒子Ｐの存在により、分散光による白表示が明るくなり、観測位置における白の表示と黒の表示との差が大きくなる。表示画面が鮮明になる。
【０１１９】
上記の変形例において、液晶分子が垂直に配向している状態（図１３（ａ））において、入射光が粒子Ｐによって散乱されないようにすることが望ましい。
【０１２０】
ところが、粒子Ｐ界面近傍における液晶分子の配向の状態によっては、粒子Ｐから離れた位置に存在する液晶分子の配向の状態にまで影響を及ぼすことがある。そこで、以下の点に配慮する必要がある。
【０１２１】
粒子Ｐの界面近傍における液晶分子の配向は、粒子の表面エネルギーの値に依存することが確認されている。一般的に、粒子の表面エネルギーＥｓが高くなると、粒子の表面近傍における液晶分子の配向が、水平から垂直に変化する。この時のしきい値となる粒子の表面エネルギーをＥｔｈと定義する。
【０１２２】
基板面の配向が垂直方向の場合には、粒子表面での液晶分子が平行配列になるように、粒子の表面自由エネルギーをＥｔｈ以上とすれば、光の散乱を防止し、クリアな黒表示が可能となる。
【０１２３】
基板面の配向が水平方向の場合には、粒子表面での液晶分子が垂直配列になるように、粒子表面の表面自由エネルギーをＥｔｈ以下とすれば、光の散乱が起こりやすい。クリアな液晶表示が可能になる。
【０１２４】
図１４、図１５に第２の実施の形態による反射型液晶表示装置を示す。
【０１２５】
図１４及び図１５に示す反射型液晶表示装置は、液晶材としてネマチック液晶に代えてコレステリック液晶（コレステリル基を有するコレステロール誘導体又は、通常のネマチック液晶の末端基に分枝アルキル基やアルコキシ基を導入したカイラルネマチック液晶）を用いている。
【０１２６】
図１４は、配向膜として垂直配向膜７ｂ、１５ｂを用いている。液晶の誘電異方性は、Δε＜０である。
【０１２７】
液晶中に分散させた粒子Ｐの平均屈折率ｎｐ（１．５３）と液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏ（１．５２５）とが同程度で、粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅ（１．７７）が異なる。
【０１２８】
垂直配向膜７ｂ、１５ｂが設けられているため、スイッチ２５をオフした状態（図１４（ａ））では、液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対してほぼ垂直方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏとが同程度であり、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率は低い。
【０１２９】
観察位置Ｏから見た場合に、黒の表示となる。
【０１３０】
スイッチをオンした（図１４（ｂ））状態では、液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対してほぼ水平方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅとが異なるため、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率が高い。観察位置Ｏから見た場合に、黒の表示となる。
【０１３１】
粒子Ｐの存在により、観測位置Ｏにおける白の表示と黒の表示との差が大きくなり、表示画面が鮮明になる。
【０１３２】
例えばコレステリル基（Ｃ_２７Ｈ_４５−）をもつ液晶分子を用いるため、液晶分子自体の散乱性も高い。表示がより明るくなる。加えて、スイッチ２５により電圧をオン・オフした場合の応答が早くなる。
【０１３３】
図１５は、配向膜として水平配向膜７ａ、１５ａを用いた構造を示す。誘電異方性Δε＞０である。
【０１３４】
液晶中に分散させた粒子Ｐの平均屈折率ｎｐ（１．５３）と液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏ（１．５２５）とが同程度で、粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅ（１．７７）が異なる。
【０１３５】
水平配向膜７ａ、１５ａが設けられているため、スイッチ２５をオフした状態（図１５（ａ））では、液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対してほぼ水平方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの異常軸の屈折率ｎｅとが異なるため、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率が高い。観察位置から見た場合に、黒の表示となる。
【０１３６】
粒子Ｐの存在により、観測位置における白の表示と黒の表示との差が大きくなり、表示画面が鮮明になる。
【０１３７】
スイッチをオンした（図１５（ｂ））状態では、液晶分子ＥＭはガラス基板１、３の表面に対してほぼ垂直方向に配向する。粒子Ｐの平均屈折率ｎｐと液晶分子ＥＭの常軸の屈折率ｎｏとが同程度であり、入射光が粒子Ｐにより散乱する確率は低い。
【０１３８】
観察位置から見た場合に、黒の表示となる。
【０１３９】
粒子Ｐの存在により、観測位置Ｏにおける白の表示と黒の表示との差が大きくなり、表示画面が鮮明になる。
【０１４０】
例えばコレステリル基（Ｃ_２７Ｈ_４５−）をもつ液晶分子を用いるため、液晶分子自体の散乱性も高い。表示がより明るくなる。加えて、スイッチ２５により電圧をオン・オフした場合の応答が早くなる。
【０１４１】
本発明の第３の実施の形態による反射型液晶表示装置について図１６に基づき説明する。
【０１４２】
図１６に示す反射型液晶表示装置は、液晶材中に例えばＲ１とＲ２の２種類の径を有する粒子Ｐ１、Ｐ２を分散させている。
【０１４３】
径の小さい粒子（Ｐ２）を混ぜることにより、液晶中への粒子の充填率が高まる。入射光が散乱する確率が増加し、より明るい表示が可能となる。
【０１４４】
また、粒径が異なれば、それぞれの粒径に対応して散乱の角度依存性の異なるので、散乱に起因する反射光の角度の広がりと散乱光の強度とのバランスを平均化することができる。
【０１４５】
次に、本発明の第４の実施の形態による反射型液晶表示装置を示す。
【０１４６】
図１７は、第１のガラス基板１又は第２のガラス基板３側のみを示す。この実施の形態による反射型液晶表示装置は、液晶材の中に粒子を均等に分散させるのではなく、ガラス基板（１、３）面の上に粒子層を形成している。
【０１４７】
ガラス基板（１，３）面の上に粒子Ｐを分布させる方法として、基板（１、３）面に粒子を印刷又は散布して、その後に液晶パネルを組み立て、液晶材を充填する。
【０１４８】
予め、粒子中に顔料または染料を入れておくことにより、粒子からの散乱光に波長分布を持たせることができる。画素ＰＸごとに異なる色の粒子Ｐ（ＰＧ：緑色粒子、ＰＲ：赤色粒子、ＰＢ：青色粒子）を多数、分布させることにより、カラーフィルタ等を用いずに、カラー表示を実現することができる。図１７に示す色配置は、ベイヤー配列である。他の色配置にすることも可能である。
【０１４９】
なお、上記の実施の形態による反射型液晶表示装置では、第１のガラス基板１面の上に粒子を積層させた例を示したが、第２のガラス基板３の表面に粒子を積層させてもよい。両方の基板面に粒子を積層させることもできる。
【０１５０】
粒子Ｐの材料としては、従来から液晶表示装置において対向する２枚の基板間の距離を一定の値に保つために用いられてきたスペーサと同じ材料（例えば、シリカ）を用いることができよう。一般的に塗料として用いられる粉体状の樹脂（例えば、最小粒径６０ｎｍ、２層構造）を用いることもできる。これらの粒子は、化学的に非常に安定な物質であり、信頼性の高い反射型液晶表示装置を実現できよう。
【０１５１】
また、上記第１の実施の形態においては、反射型液晶表示装置としてアクティブマトリックス型液晶表示装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、単純アクティブマトリックス型液晶表示装置を用いても良い。
【０１５２】
さらに、液晶は、主としてネマチック液晶を用いた例について説明したが、液晶の種類もこれに限定されるものではない。
【０１５３】
なお、以下の（１）から（２３）までに記載した事項に関しては、一部を特許請求の範囲に記載したが、その他の発明に関しても本願発明に包含されるものとする。
【０１５４】
（１）対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層中に分散される多数の粒子とを有し、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なる反射型液晶表示装置。
【０１５５】
（２）前記多数の粒子が前記第１及び／又は第２の基板上に層状に分布している上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１５６】
（３）前記多数の粒子が前記第２の基板上に層状に分布している上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１５７】
（４）前記多数の粒子が前記第１の基板上及び前記第２の基板上に層状に分布している上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１５８】
（５）前記粒子の半径が可視光限界の７８０ｎｍ以下である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１５９】
（６）前記多数の粒子は、略球形の形状である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６０】
（７）前記多数の粒子は、高分子により形成される上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６１】
（８）前記多数の粒子の各々は、積層構造を有する上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６２】
（９）前記積層構造は、スチレンとアクリルとの積層構造である上記（８）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６３】
（１０）前記液晶分子は、ネマチック液晶分子である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６４】
（１１）前記液晶層は、カイラル材を含む上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６５】
（１２）前記液晶分子は、コレステリック液晶を含む液晶分子である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６６】
（１３）前記複数の粒子は、着色された粒子を含む上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６７】
（１４）前記液晶分子の誘電率異方性が負であり、前記第１および第２の基板が垂直配向膜を有する上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６８】
（１５）前記液晶分子の誘電率異方性が正であり、前記第１および第２の基板が水平配向膜を有する上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１６９】
（１６）前記他方の屈折率と、前記粒子の平均屈折率との差が０．０５以上である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１７０】
（１７）前記他方の屈折率と、前記粒子の平均屈折率との差が０．１以上である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１７１】
（１８）前記他方の屈折率と、前記粒子の平均屈折率との差が０．２以上である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１７２】
（１９）前記一方の屈折率と、前記粒子の平均屈折率との差が０．０２以下である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１７３】
（２０）前記一方の屈折率と、前記粒子の平均屈折率との差が０．０１以下である上記（１）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１７４】
（２１）（ａ）反射型液晶表示装置用の第１及び第２の基板を準備する工程と、（ｂ）粒子を分散媒中に分散させ、これを前記第１および第２の基板の少なくとも一方の基板上にスピンコートし、前記分散媒を蒸発させて前記基板上に前記粒子の膜を形成する工程と、（ｃ）前記粒子よりも径の大きいスペーサ粒子を、第１および第２の基板のいずれか一方の上に配置させる工程と、（ｄ）前記第１および第２の基板の他方の周辺上にシールを形成する工程と、（ｅ）前記第１および第２の基板を張り合わせる工程と、（ｆ）前記第１および第２の基板間に液晶を注入する工程とを含む反射型液晶表示装置の製造方法。
【０１７５】
（２２）対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、前記第１の基板上に形成された反射電極と前記第２の基板の対向面上に形成された透明電極と、前記対向面上にそれぞれ形成され、前記反射電極面上に形成される第１の配向膜と前記透明電極透面上に形成される第２の配向膜と、前記反射電極と前記透明電極との間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層中に分散される多数の粒子とを有し、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なる反射型液晶表示装置。
【０１７６】
（２３）前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なり、前記第１および第２の配向膜の配向が水平配向であり、前記粒子の表面自由エネルギーが、前記粒子の表面での液晶配向が水平方向から垂直方向に変化するときの表面エネルギーのしきい値以下である上記（２２）に記載の反射型液晶表示装置。
【０１７７】
以上、本実施の形態により反射型液晶表示装置について例示的に説明したが、その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明あろう。
【０１７８】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置では、偏光板が不要となり高い反射率が得られる。明るい液晶表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型液晶表示装置の動作原理を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）は、液晶分子と粒子との屈折率の差が大きい状態を、図１（ｃ）、（ｄ）は、液晶分子と粒子との屈折率の差が小さい状態を示す。
【図２】図１（ａ）に示す装置における規格化された散乱強度と散乱角の関係を理論的に求めた図である。
【図３】電極及び配向膜が形成された基板上に粒子層を形成した様子を示す断面図である。
【図４】図３の構造を上から観察した平面図である。
【図５】下側の基板上にのみ粒子層が形成されている液晶表示構造を示す断面図である。
【図６】上側の基板上にのみ粒子層が形成されている液晶表示構造を示す断面図である。
【図７】上下両方の基板上に粒子層が形成されている液晶表示構造を示す断面図である。
【図８】図１（ａ）の構造に加えて上下の電極間に電圧を印加する手段を設けた構造を示す。図８（ａ）は、上下の電極間に電圧を印加しない状態を示す。図８（ｂ）は、上下の電極間に電圧を印加した状態を示す。
【図９】図８に示した構造において、上下の電極間に印加した電圧と反射率との関係を示す。図９（ａ）は下側の基板上にのみ粒子層を設けた場合、図９（ｂ）は上下両方の基板上に粒子層を設けた場合のグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態による反射型液晶表示装置の平面図である。
【図１２】従来の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の変形例による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態の変形例による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態による反射型液晶表示装置の平面図であり、第１又は第２の基板表面の構造を示す。
【符号の説明】
Ａ反射型液晶表示構造
Ｂ反射型液晶表示装置
Ｃ周辺回路
Ｅ液晶層（材）
ＥＭ液晶分子
Ｆ表示部
Ｐ粒子
ＰＸ画素
Ｏ観察位置
１第１の基板
３第２の基板
５反射電極
７、１５配向膜
１０ＴＦＴ
１１透明電極
１７入射光
１９ａ、１９ｂ散乱光
２１電源（電圧印加手段）
２５スイッチ（電圧印加手段）
６１粒子層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflective liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 shows a cross-sectional view of approximately one pixel of a general reflective liquid crystal display device X.
[0003]
As shown in FIG. 12, a transparent first glass substrate 101 and a transparent second glass substrate 103 are arranged to face each other at a certain interval so as to be parallel to each other.
[0004]
A liquid crystal material E is filled between the first glass substrate 101 and the second glass substrate 103.
[0005]
A thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) 110 is formed over the first glass substrate 101.
[0006]
The gate electrode 105 of the TFT 110 is connected to the scanning line of the reflective liquid crystal display device X. The drain electrode 146 of the TFT 110 is connected to the signal line of the reflective liquid crystal display device X. A source electrode 144 of the TFT 110 is connected to a reflective electrode (pixel electrode) 112.
[0007]
An alignment film 128a is formed in the entire pixel region including the reflective electrode 112.
[0008]
A transparent common electrode 154 is formed on the second glass substrate 103 (on the lower surface in the drawing). An alignment film 128b is formed on the common electrode 154 (on the lower surface in the figure). In addition, a light shielding film 152 is formed on the second glass substrate 103 so as to cover the TFT 110.
[0009]
Incident light that enters from the outside of the second substrate 103 is reflected by the reflective electrode 112. When a signal voltage is applied between the reflective electrode 112 and the common electrode 154, the orientation of the liquid crystal material changes according to the signal. The intensity of reflected light changes, and liquid crystal display becomes possible. A polarizing plate PL is disposed outside the second glass substrate 103 (on the side opposite to the first glass substrate 101) at a certain distance.
[0010]
When observed from the second glass substrate 103 side with the polarizing plate PL in between, a black and white display (color display when a color filter is formed between the second glass substrate 103 and the common electrode 154) is recognized. can do.
[0011]
The reflective liquid crystal display device does not require a backlight. It is suitable for creating a direct-view type liquid crystal display device. Compared with a transmissive liquid crystal display device, low power consumption, thinness, compactness, and weight can be achieved.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
When the above-described reflective liquid crystal display device X is used for a direct view panel, the reflected light passes through the polarizing plate PL, so that the light utilization rate is in principle ½ or less.
[0013]
For this reason, it has been difficult to obtain a bright display (high reflectance) of a certain degree or more.
[0014]
A reflection type liquid crystal display device using a polymer dispersion liquid crystal has been proposed as a reflection type liquid crystal display device using no polarizing plate.
[0015]
In this reflective liquid crystal display device, a polymer-dispersed liquid crystal material (PDLC) formed by mixing an ultraviolet (UV) curable resin in a liquid crystal material is filled between a first substrate and a second substrate. The resin is cured by irradiating the polymer-dispersed liquid crystal material with UV light. The UV curable resin is cured by irradiating with ultraviolet rays.
[0016]
In a reflective liquid crystal display device using a polymer-dispersed liquid crystal material, problems such as the influence of a monomer remaining in a resin polymerized by UV irradiation and the deterioration of the liquid crystal material due to UV irradiation cause a decrease in the reliability of the liquid crystal panel. In addition, since a process different from the manufacturing process of the conventional liquid crystal display device is included, there is a problem that compatibility in the manufacturing process is lowered and productivity is deteriorated.
[0017]
An object of the present invention is to provide a high-quality reflective liquid crystal display device that obtains a bright display (high reflectance) without using a polarizing plate.
[0018]
In addition, an object of the present invention is to provide a manufacturing method of a reflective liquid crystal display device having high compatibility with a manufacturing process of a conventional liquid crystal display device.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, filling is performed between first and second substrates for a reflective liquid crystal display device having opposed surfaces facing each other at an interval, and between the first substrate and the second substrate. And a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules and dispersed in the liquid crystal layer Has a laminated structure A plurality of particles, and either one of the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule and the refractive index of the abnormal axis is substantially equal to the average refractive index of the particle, the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule And the other refractive index of the extraordinary axis and the average refractive index of the particles are Unlikely, the multiple particles are distributed in layers on the first and / or second substrate. A reflective liquid crystal display device is provided.
[0020]
According to another aspect of the present invention, the first and second substrates for the reflective liquid crystal display device, the opposing surfaces of which are opposed to each other with a gap, the reflective electrode formed on the first substrate, and the first A transparent electrode formed on the opposite surface of the second substrate, a first alignment film formed on the opposite surface and formed on the reflective electrode surface, and a first electrode formed on the transparent electrode transparent surface. Two alignment films, voltage applying means capable of applying a voltage between the reflective electrode and the transparent electrode, and filling between the first substrate and the second substrate, and liquid crystal molecules Including a liquid crystal layer and dispersed in the liquid crystal layer Has a colored laminated structure A plurality of particles, and either one of the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule and the refractive index of the abnormal axis is substantially equal to the average refractive index of the particle, the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule And the other refractive index of the extraordinary axis is different from the average refractive index of the particles
A reflective liquid crystal display device is provided.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The inventor makes use of a phenomenon in which optical anisotropy (refractive index anisotropy) is caused by a difference in orientation of liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer, and the optical properties in the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer. However, it was considered that many isotropic particles are dispersed and the incident light of the reflective liquid crystal display device is scattered by the dispersed particles to improve the light reflectance.
[0022]
Before describing the reflective liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention, a preliminary study on the operation principle of the reflective liquid crystal display device performed by the inventor will be described with reference to FIGS.
[0023]
In this consideration, particles are dispersed in the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer. The optical properties of the particles are isotropic.
[0024]
FIG. 1A is a diagram showing the principle of liquid crystal display when the difference between the average refractive index nlc of liquid crystal and the refractive index np of particles with respect to incident light 17 is large, and FIG. It is a figure which shows the principle of a liquid crystal display in case the difference of the average refractive index nlc of a liquid crystal, and the refractive index np of particle | grains is small. FIG. 1B schematically shows an optical state in the liquid crystal layer E of FIG. FIG. 1 (d) schematically shows an optical state in the liquid crystal layer E of FIG. 1 (c).
[0025]
A reflective liquid crystal display structure A shown in FIGS. 1A and 1C includes a first glass substrate 1 and a transparent second glass substrate 3 which are arranged to face each other at a certain interval, And a liquid crystal layer E filled between the second glass substrates 1 and 3.
[0026]
On the surface of the first glass substrate 1, the reflective electrode 5 is formed of, for example, an Al film. A horizontal alignment film 7 made of resin is formed on the upper surface of the reflective electrode 5.
[0027]
A transparent electrode 11 is formed of an indium tin oxide (ITO) film on the surface of the second glass substrate 3 (the lower surface in FIG. 1). A resin horizontal alignment film 15 is formed on the surface of the transparent electrode 11 (the lower surface in FIG. 1).
[0028]
A large number of particles P are dispersed in the liquid crystal material E. The particle P has a substantially spherical shape. The refractive index of the particle P is isotropic and does not exhibit optical anisotropy. The refractive index of the particle P can be represented by an average refractive index np.
[0029]
As shown in FIG. 1B, the average value (average refractive index) nlc (for example, ne = 1.77) of the refractive index of liquid crystal molecules in the liquid crystal material E and the average refractive index np (for example, np) of the particles P = 1.53), the light tends to scatter at the interface between the liquid crystal material E and the particles P.
[0030]
As shown in FIG. 1A, incident light 17 (indicated by a white arrow) that passes through the second glass substrate 3 from the normal direction of the second glass substrate 3 and enters the reflective liquid crystal display structure A. Hereinafter, it is simply referred to as “incident light”) and is scattered by the particles P.
[0031]
The scattered light 19 by the particles P can be classified into two types of scattered light: forward scattered light 19a and backward scattered light 19b.
[0032]
A part of the incident light 17 is reflected by the reflective electrode 5, but most of the incident light 17 is scattered by the particles P when the density of the particles is high. Forward scattering (scattering within 90 degrees from the angle of incident light) and backscattering (scattering over 90 degrees from the angle of incident light) can occur with respect to the incident light 17. In the case of forward scattering, the light is scattered by other particles or reflected by the reflecting electrode 5 to change the traveling direction, and is emitted from the second glass substrate 3 in a direction oblique to the normal direction. The (In the figure, the emitted light is indicated by hatched arrows.)
Even when backscattering occurs, the light is reflected from the second glass substrate 3 in a direction oblique to the normal direction.
[0033]
Scattered light 19 caused by the particles P becomes outgoing light, which is observed from the observation position O (direction oblique to the normal direction of the glass substrate 3) outside the reflective liquid crystal display device X, and the reflective liquid crystal display device is white. Is displayed.
[0034]
As shown in FIGS. 1C and 1D, the average refractive index (average refractive index) nlc (for example, ne = 1.525) of the liquid crystal material E and the average refractive index np (for example, np) of the particles P are used. = 1.53) is small, the difference in refractive index between the liquid crystal material E and the particles P is small as shown in FIG. The probability of scattering at the interface between the liquid crystal material E and the particles P is very low.
[0035]
As shown in FIG. 1C, the incident light 17 that enters the reflective liquid crystal display structure X is reflected by the reflective electrode 5 formed on the upper surface of the first glass substrate 1 without being scattered by the particles P. Is done.
[0036]
The reflected light is not observed from the observation position O (direction oblique to the normal direction of the glass substrate 3) outside the reflective liquid crystal structure, and the reflective liquid crystal display device displays black.
[0037]
FIG. 2 shows the relationship between the light scattering angle θ by the particles P in the liquid crystal material E and the normalized scattering intensity.
[0038]
α is a size parameter of the particle P. α = 2πR / λ. R is the radius of the particle P, and λ is the wavelength of incident light in the liquid crystal.
[0039]
As shown in FIG. 2, when the particle radius R is small, for example, α = 0.1 and α = 1, the scattering angle θ is angularly dependent over a wide range from −180 degrees to +180 degrees. The average scattered intensity is shown. When the radius R of the particle increases, for example, when α = 10, the scattering intensity θ is in the range of −30 degrees to +30 degrees, and the scattering intensity is almost close to the normal distribution.
[0040]
When the particle size is very large (for example, α = 100), the distribution of the light scattering angle θ is very narrow.
[0041]
In order to actively use the scattering by the particles, it is desirable that the diameter of the particles P satisfies the condition of R <5λ / π. The average refractive index of the liquid crystal molecules EM is about 1.6. As the particle radius R, a wavelength shorter than R = {5 × (780 / 1.6)} / π obtained by substituting the value of 780 nm, which is the limit wavelength on the long wavelength side of visible light, into the above formula, That is, it is preferable to use particles having a radius of 780 nm or less.
[0042]
The liquid crystal molecules in the liquid crystal material E have refractive index anisotropy. The ratio of the refractive index no of the normal axis and the refractive index ne of the abnormal axis ne of the liquid crystal molecules to the average refractive index np of the particles P dispersed in the liquid crystal material E is a value other than 1. Set to.
[0043]
If the liquid crystal molecules are arranged so that a refractive index different from the refractive index np of the particle P among the refractive index no of the normal axis and the refractive index ne of the abnormal axis becomes effective for incident light, FIG. As shown, the surface of the particle P forms an optical interface, and incident light is scattered by the particle P.
[0044]
If the liquid crystal molecules are arranged so that a refractive index equivalent to the refractive index np of the particle P between the refractive index no of the normal axis and the refractive index ne of the abnormal axis is effective for incident light, FIG. ), The particles P and the liquid crystal are optically substantially equivalent media, and the optical interface is weakened or disappears.
The probability that incident light is scattered by the particles P is low.
[0045]
For example, a reflective liquid crystal display in which the average refractive index np of the particles P and the refractive index no of the normal axis of the liquid crystal molecules are substantially equal, and the average refractive index np of the particles P and the refractive index ne of the abnormal axis of the liquid crystal molecules are different values. If the structure of the device is formed so that the orientation of the liquid crystal can be controlled by applying an electric field, black and white display can be performed depending on whether or not a voltage is applied between the electrodes.
[0046]
In the case of operating the reflective liquid crystal display device using the principle shown in FIG. 1, in order to increase the intensity of reflected light to be observed and realize a bright display, the anisotropy Δn = ne of the refractive index of liquid crystal molecules. It is preferable to increase -no. The difference between the white display and the black display at the observation position can be increased to make the display screen clearer. Further, if the diameter of the particles P is reduced and the density of the particles in the liquid crystal material E is increased, the intensity of the scattered light increases and the display screen becomes clearer.
[0047]
Based on the above consideration, an experiment for actually manufacturing a reflective liquid crystal display device was conducted.
[0048]
FIG. 3 illustrates a part of the structure for dispersing incident light in the liquid crystal.
[0049]
The structure shown in FIG. 3 is a structure in which a reflective electrode 5 made of, for example, Al is formed on the first glass substrate 1, and an alignment film 7 is formed thereon by using, for example, a polyimide resin.
[0050]
A large number of particles P formed of a polymer are deposited on the alignment film 7.
[0051]
The structure of FIG. 3 is realized by the following steps.
[0052]
The particles P are spherical particles having a double structure of styrene / acryl made by Nippon Paint. The average particle diameter of the particles is 340 nm, and the average refractive index np is 1.53.
[0053]
Particles having a double structure (laminated structure) of styrene / acryl are dispersed in isopropyl alcohol (IPA).
[0054]
The IPA in which the particles P are dispersed is coated on a glass substrate using a spin coater. On the first glass substrate 1, a reflective electrode 5 and an alignment film 7 are formed in advance.
[0055]
By evaporating the IPA, the particles P having a double structure of styrene / acryl are deposited on the first glass substrate 1 with a substantially uniform thickness and a planar density distribution, thereby forming a particle film.
[0056]
FIG. 4 shows the appearance of the surface of the structure formed in the above process. It shows a state when a 50-fold surface microscope observation is performed.
[0057]
Particles are present in large and small island-like regions (shown in satin) on the substrate. A large island-like region represents a state in which a relatively large number of particles are in contact with the substrate surface in the same direction. A small island-like region represents a state in which a relatively small number of particles are in contact with the substrate surface in the same direction on the substrate. Except for the island-like region, this represents a state where particles are not present.
[0058]
In the height direction (normal direction to the substrate), about 1 to 2 particles are deposited on the substrate. A particle film having a substantially uniform thickness is formed on the substrate.
[0059]
The particle film can be formed on one or both of the first glass substrate 1 and the second glass substrate 3.
[0060]
FIG. 5 shows a state in which the particle film is formed only on the first substrate 1.
[0061]
FIG. 6 shows a state in which a particle film is formed only on the second substrate 3.
[0062]
FIG. 7 shows a state in which a particle film is formed on both the first substrate 1 and the second substrate 3.
[0063]
In addition, while the space | interval of the 1st board | substrate 1 and the 2nd board | substrate 3 is 5 micrometers, for example, the effective thickness of a particle layer is about 0.5 micrometer. Also in the structure shown in FIG. 7, the particles P are not almost uniformly dispersed throughout the liquid crystal layer having a thickness of 5 μm.
[0064]
In the present specification, not only the case where the particles P are dispersed almost uniformly in the liquid crystal layer but also the states shown in FIGS. 5 to 7, “the particles are dispersed in the liquid crystal layer”. It expresses.
[0065]
A reflection type liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0066]
The device shown in FIG. 8 is obtained by adding a power source 21, a switch 25, and (voltage applying means) to the structure of the reflective liquid crystal device of FIG. A reflective electrode 5 and a horizontal alignment film 7 a are formed on the surface of the first glass substrate 1. A transparent electrode and a horizontal alignment film 15 a are formed on the surface of the second glass substrate 3. As the liquid crystal molecule EM, nematic liquid crystal having a positive Δε is used.
[0067]
The average refractive index np of the particles P dispersed in the liquid crystal and the refractive index no of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the average refractive index np of the particles P and the refractive index ne of the abnormal axis of the liquid crystal molecules EM are different. . The liquid crystal has a normal axis refractive index no of 1.525 and an extraordinary axis refractive index ne of 1.77. The average refractive index np of the particles P is 1.53.
[0068]
FIG. 8A shows a state in which the switch 23 is turned off. A state in which no voltage is applied between the reflective electrode 5 on the first glass substrate 1 side and the transparent electrode 11 on the second glass substrate 3 side is shown.
[0069]
Since the horizontal alignment films 7a and 15a are formed on the first and second glass substrates 1 and 3, the arrangement of the liquid crystal molecules EM in a state where no voltage is applied is such that the substrate surface and the major axis of the liquid crystal molecules E extend. It is arranged in a state parallel to the existing direction.
[0070]
In this state, the refractive index ne of the abnormal axis of the liquid crystal is dominant with respect to the incident light entering the normal direction of the substrate surface from the outside of the second glass substrate 3, and the refractive index ne of the abnormal axis. Is different from the refractive index of the particles P. Incident light is scattered by the particles P, and the intensity of the emitted light is increased. A white display is observed from an observation position oblique to the normal direction of the second glass substrate 3.
[0071]
FIG. 8B shows a state in which the switch 25 is turned on. The state which applied the voltage between the reflective electrode 5 by the side of the 1st glass substrate 1 and the transparent electrode 11 by the side of the 2nd glass substrate 3 is shown.
[0072]
The liquid crystal molecules EM are aligned in a direction substantially perpendicular to the surfaces of the glass substrates 1 and 3. The average refractive index np of the particles P and the refractive index no of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are substantially equal. As in the case of FIG. 1C, the probability that incident light is scattered by the particles P is low. Black is observed from the observation position.
[0073]
By dispersing the particles P in the liquid crystal, the display at the observation position, particularly the white display, becomes clear.
[0074]
In the present specification, the case where one of the refractive index no of the normal axis of liquid crystal molecules and the refractive index ne of the abnormal axis is approximately equal to the average refractive index np of the particles refers to the following case.
[0075]
Of the values of the refractive index no of the normal axis and the refractive index ne of the extraordinary axis, when the refractive index with the smaller difference between the refractive index np of the particles is, for example, no, the absolute value of the difference between no and np is When Δn is defined, no and np are substantially equal, for example, Δn <0.02, and preferably Δn <0.01.
[0076]
In this specification, the case where the refractive index is different from the average refractive index (np) of one of the refractive index (no) of the normal axis of liquid crystal molecules and the refractive index (ne) of the abnormal axis is as follows. This is the case.
[0077]
Of the values of the refractive index no of the normal axis and the refractive index ne of the abnormal axis, the absolute value of the difference between ne and np is, for example, ne when the refractive index with the larger difference between the refractive index np of the particles is When defining as Δn, ne and np are different from each other, for example, Δn> 0.05, preferably Δn> 0.1, and more preferably Δn> 0.2.
[0078]
FIG. 9A shows the reflectance (intensity of reflected light / incident light) when the structure of FIG. 5, that is, the structure in which the particle film is formed on the first glass substrate is applied to the apparatus of FIG. The change in the intensity of the) is caused by the applied voltage. FIG. 9B shows the reflectance (intensity of reflected light / intensity of incident light) when the structure of FIG. 7 is applied to the apparatus of FIG. 8 in which the structure in which the particle film is formed on the glass substrates on both sides is applied. ) Shows the change due to the applied voltage.
[0079]
As shown in FIG. 9A, when a particle film was formed only on one glass substrate, a reflectance value of about 18.5% was obtained at an applied voltage of about 1.5V.
[0080]
On the other hand, as shown in FIG. 9B, when the particle film is formed on the first glass substrate, the reflectivity of the reflective liquid crystal display device is about 42. A high value of 5% was obtained.
[0081]
When particle films are formed on both substrates, the dispersion probability of incident light increases and the reflectance also increases.
[0082]
A method for manufacturing the structure of the reflective liquid crystal device will be briefly described.
[0083]
A reflective electrode and an alignment film are formed on the first glass substrate. A transparent electrode and an alignment film are formed on the second glass substrate.
[0084]
A particle film is formed on one or both surfaces of the first and second glass substrates on which the electrode and the alignment film are formed.
[0085]
A large number of spacer particles having a particle diameter of 5 μm, for example, are arranged on the first glass substrate, and a sealing material made of epoxy resin is formed on the outer periphery of the second glass substrate.
[0086]
In this state, the first glass substrate and the second glass substrate are bonded together to form a liquid crystal panel.
[0087]
The space formed between the first glass substrate and the second glass substrate is evacuated to a vacuum.
[0088]
The liquid crystal panel is dipped in a liquid crystal material (for example, nematic liquid crystal is used and the refractive index ne = 1.771 of the abnormal axis and the refractive index no = 1.525 of the normal axis). A liquid crystal material is injected from the injection port into a space formed between the first glass substrate and the second glass substrate. Close the inlet and return to atmospheric pressure.
[0089]
FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to about one pixel of the reflective liquid crystal display device B when the particle films are formed on the glass substrates on both sides.
[0090]
FIG. 11 shows an overall plan view of the reflective liquid crystal display device B.
[0091]
As shown in FIG. 10, the transparent first glass substrate 1 and the transparent second glass substrate 3 are arranged to face each other at a certain interval so as to be parallel to each other.
[0092]
A liquid crystal material E is filled between the first glass substrate 1 and the second glass substrate 3.
[0093]
A thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) 10 is formed on the first glass substrate 1.
[0094]
The gate electrode 55 of the TFT 10 is connected to the scanning line of the reflective liquid crystal display device B. The drain electrode 46 of the TFT 10 is connected to the signal line of the reflective liquid crystal display device B. A source electrode 44 of the TFT 10 is connected to the reflective electrode (pixel electrode) 5.
[0095]
An alignment film 7 is formed in all pixel regions including on the reflective electrode 5.
[0096]
A transparent common electrode 11 is formed on the second glass substrate 3 (on the lower surface in the drawing), for example, with indium tin oxide (ITO). An alignment film 15 is formed on the common electrode 11 (on the lower surface in the figure). In addition, a light shielding film 52 is formed on the second glass substrate 3 so as to cover the TFT 11.
[0097]
Particle films 61 and 65 are formed on the alignment film 7 and the alignment film 15.
[0098]
As shown in FIG. 11, the reflective liquid crystal display device B includes a substantially rectangular display unit F for displaying an image, and a peripheral circuit C that is arranged around the display unit F and drives the display unit F. .
[0099]
In the display unit F, a plurality of pixels PX are arranged in a matrix.
[0100]
In the display unit F, a plurality of signal lines 63, 63, 63,... Run in the column direction, and a plurality of scanning lines 65, 65, 65,.
[0101]
One pixel PX includes a pixel TFT 10 having a source, a gate, and a drain, a liquid crystal cell 71 composed of electrodes 5 and 11 and a liquid crystal material (FIG. 10), and a storage capacitor 77. A signal line 63 is connected to the drain of the pixel TFT 10. A scanning line 65 is connected to the gate G of the pixel TFT 10. A liquid crystal cell 71 and a storage capacitor 77 are connected in parallel between the source of the pixel TFT 10 and the ground terminal GND.
[0102]
The peripheral circuit C includes a signal line driving circuit C1 that drives the signal line 63 and a scanning line driving circuit C2 that drives the scanning line 65.
[0103]
The potential of the drain D of the TFT 10 selected by the scanning line 65 is changed by the signal line 63, whereby the arrangement state of the liquid crystal molecules is changed, for example, as shown in FIG. 8A by the potential difference between the drain D and the ground (GND). It changes as shown in FIG.8 (b).
[0104]
As the alignment film 7 and the alignment film 15 (FIG. 10), a horizontal alignment film is used. The relationship between the refractive index of the liquid crystal and the refractive index of the particles is ne> np and no≈np.
[0105]
When a voltage is applied between the reflective electrode 5 and the common electrode 11, incident light incident from the outside of the second substrate 3 is scattered by the particles P included in the particle films 61 and 65.
[0106]
Scattered light is reflected by the reflective electrode 5, and the reflected light is observed from the outside of the second glass substrate 3.
[0107]
When the voltage applied between the reflective electrode 5 and the common electrode 11 is set to 0, the probability of scattering by the particles P decreases, and the intensity of reflected light decreases.
[0108]
The reflective liquid crystal display device described above does not require a polarizing plate, so that the intensity of reflected light is high and bright display is possible.
[0109]
Next, a modification of the first embodiment is shown.
FIG. 13 corresponds to FIG.
[0110]
A vertical alignment film 15a is formed on the lower surface of the second glass substrate 3 with a transparent electrode interposed therebetween. As the liquid crystal molecule EM, nematic liquid crystal having a negative Δε is used.
[0111]
FIG. 13A shows a state in which the switch 25 is turned off.
[0112]
An arrangement of liquid crystal molecules EM and particles P in a state where no voltage is applied between the reflective electrode 5 on the first glass substrate 1 side and the transparent electrode 11 on the second glass substrate 3 side is shown.
[0113]
FIG. 13B shows a state in which the switch 25 is turned on. The arrangement of liquid crystal molecules EM and particles P in a state where a voltage is applied between the reflective electrode 5 on the first glass substrate 1 side and the transparent electrode 11 on the second glass substrate 3 side is shown.
[0114]
The average refractive index np (1.53) of the particles P dispersed in the liquid crystal and the refractive index no (1.525) of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the average refractive index np of the particles P and the liquid crystal molecules The refractive index ne (1.77) of the extraordinary axis of EM is different.
[0115]
Since the vertical alignment films 7b and 15b are provided, the liquid crystal molecules EM are aligned in a direction perpendicular to the surfaces of the glass substrates 1 and 3 when the switch 25 is turned off (FIG. 13A). The average refractive index np of the particles P and the refractive index no of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the probability that incident light is scattered by the particles P is low.
[0116]
When viewed from the observation position O, the display is black.
[0117]
In a state where the switch is turned on (FIG. 13B), the liquid crystal molecules EM are aligned in a substantially horizontal direction with respect to the surfaces of the glass substrates 1 and 3. Since the average refractive index np of the particles P and the refractive index ne of the abnormal axis of the liquid crystal molecules EM are different, the probability that incident light is scattered by the particles P is high. When viewed from the observation position O, white is displayed.
[0118]
Due to the presence of the particles P, the white display by the dispersed light is brightened, and the difference between the white display and the black display at the observation position is increased. The display screen becomes clear.
[0119]
In the above modification, it is desirable that incident light is not scattered by the particles P in a state where the liquid crystal molecules are vertically aligned (FIG. 13A).
[0120]
However, depending on the orientation state of the liquid crystal molecules in the vicinity of the interface of the particles P, the orientation state of the liquid crystal molecules existing at a position away from the particles P may be affected. Therefore, it is necessary to consider the following points.
[0121]
It has been confirmed that the orientation of liquid crystal molecules in the vicinity of the interface of the particles P depends on the value of the surface energy of the particles. In general, as the surface energy Es of the particles increases, the orientation of the liquid crystal molecules near the surface of the particles changes from horizontal to vertical. The surface energy of the particles serving as a threshold at this time is defined as Eth.
[0122]
When the orientation of the substrate surface is vertical, if the surface free energy of the particle is set to Eth or higher so that the liquid crystal molecules on the particle surface are in parallel alignment, light scattering is prevented and clear black display is achieved. It becomes possible.
[0123]
When the orientation of the substrate surface is horizontal, light scattering is likely to occur if the surface free energy of the particle surface is less than Eth so that the liquid crystal molecules on the particle surface are aligned vertically. Clear liquid crystal display becomes possible.
[0124]
14 and 15 show a reflective liquid crystal display device according to the second embodiment.
[0125]
The reflective liquid crystal display device shown in FIGS. 14 and 15 uses a cholesteric liquid crystal (cholesterol derivative having a cholesteryl group or a branched alkyl group or an alkoxy group as a terminal group of a normal nematic liquid crystal instead of nematic liquid crystal as a liquid crystal material. Chiral nematic liquid crystal).
[0126]
In FIG. 14, vertical alignment films 7b and 15b are used as alignment films. The dielectric anisotropy of the liquid crystal is Δε <0.
[0127]
The average refractive index np (1.53) of the particles P dispersed in the liquid crystal and the refractive index no (1.525) of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the average refractive index np of the particles P and the liquid crystal molecules The refractive index ne (1.77) of the extraordinary axis of EM is different.
[0128]
Since the vertical alignment films 7b and 15b are provided, the liquid crystal molecules EM are aligned in a substantially vertical direction with respect to the surfaces of the glass substrates 1 and 3 when the switch 25 is turned off (FIG. 14A). The average refractive index np of the particles P and the refractive index no of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the probability that incident light is scattered by the particles P is low.
[0129]
When viewed from the observation position O, the display is black.
[0130]
In a state in which the switch is turned on (FIG. 14B), the liquid crystal molecules EM are aligned in a substantially horizontal direction with respect to the surfaces of the glass substrates 1 and 3. Since the average refractive index np of the particles P and the refractive index ne of the abnormal axis of the liquid crystal molecules EM are different, the probability that incident light is scattered by the particles P is high. When viewed from the observation position O, the display is black.
[0131]
Due to the presence of the particles P, the difference between the white display and the black display at the observation position O becomes large, and the display screen becomes clear.
[0132]
For example, a cholesteryl group (C ₂₇ H ₄₅ Since liquid crystal molecules having-) are used, the liquid crystal molecules themselves have high scattering properties. The display becomes brighter. In addition, the response when the voltage is turned on / off by the switch 25 is accelerated.
[0133]
FIG. 15 shows a structure using horizontal alignment films 7a and 15a as alignment films. Dielectric anisotropy Δε> 0.
[0134]
The average refractive index np (1.53) of the particles P dispersed in the liquid crystal and the refractive index no (1.525) of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the average refractive index np of the particles P and the liquid crystal molecules The refractive index ne (1.77) of the extraordinary axis of EM is different.
[0135]
Since the horizontal alignment films 7a and 15a are provided, the liquid crystal molecules EM are aligned substantially in the horizontal direction with respect to the surfaces of the glass substrates 1 and 3 when the switch 25 is turned off (FIG. 15A). Since the average refractive index np of the particles P and the refractive index ne of the abnormal axis of the liquid crystal molecules EM are different, the probability that incident light is scattered by the particles P is high. When viewed from the observation position, the display is black.
[0136]
Due to the presence of the particles P, the difference between the white display and the black display at the observation position becomes large, and the display screen becomes clear.
[0137]
In the state where the switch is turned on (FIG. 15B), the liquid crystal molecules EM are aligned in a direction substantially perpendicular to the surfaces of the glass substrates 1 and 3. The average refractive index np of the particles P and the refractive index no of the normal axis of the liquid crystal molecules EM are approximately the same, and the probability that incident light is scattered by the particles P is low.
[0138]
When viewed from the observation position, the display is black.
[0139]
Due to the presence of the particles P, the difference between the white display and the black display at the observation position O becomes large, and the display screen becomes clear.
[0140]
For example, a cholesteryl group (C ₂₇ H ₄₅ Since liquid crystal molecules having-) are used, the liquid crystal molecules themselves have high scattering properties. The display becomes brighter. In addition, the response when the voltage is turned on / off by the switch 25 is accelerated.
[0141]
A reflective liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0142]
In the reflective liquid crystal display device shown in FIG. 16, particles P1 and P2 having, for example, two types of diameters R1 and R2 are dispersed in a liquid crystal material.
[0143]
By mixing particles (P2) having a small diameter, the filling rate of the particles into the liquid crystal is increased. The probability that incident light is scattered increases, and a brighter display becomes possible.
[0144]
Also, if the particle size is different, the angle dependency of the scattering is different corresponding to each particle size, so that the balance between the spread of the angle of the reflected light caused by the scattering and the intensity of the scattered light can be averaged. .
[0145]
Next, a reflective liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0146]
FIG. 17 shows only the first glass substrate 1 or the second glass substrate 3 side. In the reflective liquid crystal display device according to this embodiment, the particles are not uniformly dispersed in the liquid crystal material, but a particle layer is formed on the surface of the glass substrate (1, 3).
[0147]
As a method of distributing the particles P on the glass substrate (1, 3) surface, the particles are printed or dispersed on the substrate (1, 3) surface, and then a liquid crystal panel is assembled and filled with a liquid crystal material.
[0148]
By previously putting a pigment or dye in the particles, the scattered light from the particles can have a wavelength distribution. By distributing a large number of particles P (PG: green particles, PR: red particles, PB: blue particles) having different colors for each pixel PX, color display can be realized without using a color filter or the like. The color arrangement shown in FIG. 17 is a Bayer array. Other color arrangements are possible.
[0149]
In the reflection type liquid crystal display device according to the above embodiment, an example in which particles are stacked on the surface of the first glass substrate 1 has been shown. However, particles are stacked on the surface of the second glass substrate 3. Also good. Particles can be stacked on both substrate surfaces.
[0150]
As the material of the particles P, the same material (for example, silica) as that used to maintain a constant distance between two opposing substrates in a liquid crystal display device can be used. A powdery resin (for example, a minimum particle diameter of 60 nm, a two-layer structure) generally used as a paint can also be used. These particles are chemically very stable substances, and a highly reliable reflective liquid crystal display device can be realized.
[0151]
In the first embodiment, the active matrix liquid crystal display device has been described as an example of the reflective liquid crystal display device. However, the present invention is not limited to this, and the simple active matrix liquid crystal display device. May be used.
[0152]
Furthermore, although the example which used the nematic liquid crystal was mainly demonstrated as a liquid crystal, the kind of liquid crystal is not limited to this.
[0153]
In addition, regarding the matters described in the following (1) to (23), a part is described in the claims, but other inventions are also included in the present invention.
[0154]
(1) The first and second substrates for the reflective liquid crystal display device, which are opposed to each other with an interval, are filled between the first substrate and the second substrate, and include liquid crystal molecules. A liquid crystal layer, and a plurality of particles dispersed in the liquid crystal layer, wherein either one of the refractive index of the normal axis and the refractive index of the abnormal axis of the liquid crystal molecule and the average refractive index of the particles are A reflection-type liquid crystal display device, which is substantially equal, and the other refractive index of the liquid crystal molecules is different from the average refractive index of the particles.
[0155]
(2) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the large number of particles are distributed in layers on the first and / or second substrate.
[0156]
(3) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the large number of particles are distributed in layers on the second substrate.
[0157]
(4) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the large number of particles are distributed in layers on the first substrate and the second substrate.
[0158]
(5) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the particle has a radius of 780 nm or less which is a visible light limit.
[0159]
(6) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the large number of particles have a substantially spherical shape.
[0160]
(7) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the plurality of particles are formed of a polymer.
[0161]
(8) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein each of the plurality of particles has a laminated structure.
[0162]
(9) The reflective liquid crystal display device according to (8), wherein the laminated structure is a laminated structure of styrene and acrylic.
[0163]
(10) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the liquid crystal molecules are nematic liquid crystal molecules.
[0164]
(11) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the liquid crystal layer includes a chiral material.
[0165]
(12) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the liquid crystal molecules are liquid crystal molecules including a cholesteric liquid crystal.
[0166]
(13) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the plurality of particles include colored particles.
[0167]
(14) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules is negative, and the first and second substrates have vertical alignment films.
[0168]
(15) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules is positive, and the first and second substrates have a horizontal alignment film.
[0169]
(16) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein a difference between the other refractive index and the average refractive index of the particles is 0.05 or more.
[0170]
(17) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein a difference between the other refractive index and the average refractive index of the particles is 0.1 or more.
[0171]
(18) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein a difference between the other refractive index and the average refractive index of the particles is 0.2 or more.
[0172]
(19) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein a difference between the one refractive index and the average refractive index of the particles is 0.02 or less.
[0173]
(20) The reflective liquid crystal display device according to (1), wherein a difference between the one refractive index and the average refractive index of the particles is 0.01 or less.
[0174]
(21) (a) a step of preparing first and second substrates for a reflective liquid crystal display device; (b) particles are dispersed in a dispersion medium, and the particles are dispersed in at least the first and second substrates. Spin coating on one substrate and evaporating the dispersion medium to form a film of the particles on the substrate; (c) first and second spacer particles having a diameter larger than the particles; Placing on one of the substrates; (d) forming a seal on the other periphery of the first and second substrates; and (e) bonding the first and second substrates together. And (f) a step of injecting liquid crystal between the first and second substrates.
[0175]
(22) First and second substrates for a reflection type liquid crystal display device having opposed surfaces spaced apart from each other, a reflective electrode formed on the first substrate, and an opposed surface of the second substrate A transparent electrode formed on the opposing surface, a first alignment film formed on the reflective electrode surface, a second alignment film formed on the transparent electrode transparent surface, A voltage applying means capable of applying a voltage between the reflective electrode and the transparent electrode; a liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate and containing liquid crystal molecules; and the liquid crystal A plurality of particles dispersed in the layer, wherein either one of the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecules and the refractive index of the abnormal axis is substantially equal to the average refractive index of the particles, and the liquid crystal molecules The refractive index of the normal axis and the refractive index of the extraordinary axis are the other refractive index and the average refractive index of the particles. Comprising reflection type liquid crystal display device.
[0176]
(23) Either one of the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule and the refractive index of the extraordinary axis is substantially equal to the average refractive index of the particles, and the normal axis refractive index and the extraordinary axis refraction of the liquid crystal molecule The other refractive index of the refractive index is different from the average refractive index of the particles, the alignment of the first and second alignment films is horizontal alignment, and the surface free energy of the particles is a liquid crystal on the surface of the particles The reflective liquid crystal display device according to the above (22), which is below the threshold value of the surface energy when the orientation changes from the horizontal direction to the vertical direction.
[0177]
As described above, the reflective liquid crystal display device has been exemplarily described according to the present embodiment, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
[0178]
【The invention's effect】
In the liquid crystal display device of the present invention, a polarizing plate is unnecessary and high reflectance can be obtained. Bright liquid crystal display becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an operation principle of a reflective liquid crystal display device of the present invention. 1A and 1B show a state where the difference in refractive index between liquid crystal molecules and particles is large, and FIGS. 1C and 1D show a state where the difference in refractive index between liquid crystal molecules and particles is small. Indicates.
FIG. 2 is a diagram theoretically obtained from a relationship between normalized scattering intensity and scattering angle in the apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a particle layer is formed on a substrate on which an electrode and an alignment film are formed.
4 is a plan view of the structure of FIG. 3 observed from above. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display structure in which a particle layer is formed only on a lower substrate.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display structure in which a particle layer is formed only on an upper substrate.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display structure in which particle layers are formed on both upper and lower substrates.
8 shows a structure in which means for applying a voltage between upper and lower electrodes is provided in addition to the structure of FIG. FIG. 8A shows a state where no voltage is applied between the upper and lower electrodes. FIG. 8B shows a state in which a voltage is applied between the upper and lower electrodes.
9 shows the relationship between the voltage applied between the upper and lower electrodes and the reflectance in the structure shown in FIG. FIG. 9A is a graph in the case where the particle layer is provided only on the lower substrate, and FIG. 9B is a graph in the case where the particle layer is provided on both the upper and lower substrates.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the reflective liquid crystal display device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 11 is a plan view of the reflective liquid crystal display device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional reflective liquid crystal display device.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device according to a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device according to a third embodiment of the invention.
FIG. 17 is a plan view of a reflective liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the invention, showing the structure of the surface of the first or second substrate.
[Explanation of symbols]
A Reflective liquid crystal display structure
B reflective liquid crystal display
C Peripheral circuit
E Liquid crystal layer (material)
EM liquid crystal molecules
F Display section
P particles
PX pixel
O Observation position
1 First substrate
3 Second substrate
5 Reflective electrode
7, 15 Alignment film
10 TFT
11 Transparent electrode
17 Incident light
19a, 19b scattered light
21 Power supply (voltage application means)
25 switch (voltage application means)
61 Particle layer

Claims

対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、
前記液晶層中に分散される、積層構造を有する多数の粒子と
を有し、
前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なり、前記多数の粒子が前記第１及び／又は第２の基板上に層状に分布している反射型液晶表示装置。First and second substrates for a reflective liquid crystal display device with opposing surfaces facing each other at an interval;
A liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate and containing liquid crystal molecules;
Having a large number of particles having a laminated structure dispersed in the liquid crystal layer,
Either one of the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule and the refractive index of the extraordinary axis is substantially equal to the average refractive index of the particles, and the refractive index of the normal axis and the extraordinary axis of the liquid crystal molecule other refractive index Ri mean and the Do modified refractive index of the particles, the number of particles is the first and / or reflective liquid crystal display device which is distributed in layers on the second substrate.

対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、
前記第１の基板上に形成された反射電極と前記第２の基板の対向面上に形成された透明電極と、
前記対向面上にそれぞれ形成され、前記反射電極面上に形成される第１の配向膜と前記透明電極透面上に形成される第２の配向膜と、
前記反射電極と前記透明電極との間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、
前記液晶層中に分散される、着色された積層構造を有する多数の粒子と
を有し、
前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なる
反射型液晶表示装置。First and second substrates for a reflective liquid crystal display device with opposing surfaces facing each other at an interval;
A reflective electrode formed on the first substrate and a transparent electrode formed on the opposing surface of the second substrate;
A first alignment film formed on the opposing surface and formed on the reflective electrode surface; and a second alignment film formed on the transparent electrode transparent surface;
Voltage applying means capable of applying a voltage between the reflective electrode and the transparent electrode;
A liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate and containing liquid crystal molecules;
A large number of particles having a colored laminated structure dispersed in the liquid crystal layer,
Either one of the refractive index of the normal axis of the liquid crystal molecule and the refractive index of the extraordinary axis is substantially equal to the average refractive index of the particles, and the refractive index of the normal axis and the extraordinary axis of the liquid crystal molecule A reflective liquid crystal display device in which the other refractive index is different from the average refractive index of the particles.

前記粒子の色が画素毎に異なり、カラー表示を実現するThe color of the particles is different for each pixel, realizing color display
請求項２に記載の反射型液晶表示装置。The reflective liquid crystal display device according to claim 2.