垂直取向型液晶顯示元件的製作方法

2023-06-04 02:20:11 4

專利名稱：垂直取向型液晶顯示元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及液晶分子大致垂直於基板面而初始取向的垂直取向型液晶顯示元件。
背景技術：
作為液晶顯示元件，廣泛利用由以下部分構成的TN(twisted nematic)型液晶顯示元件電極，所述電極分別設置在相互對置的一對基板的對向內面上且由相互對向的區域形成多個像素；液晶層，所述液晶層設置在上述一對基板之間、由以相對於上述基板面實質上水平取向的均相取向(homogeneous alignment)狀態使液晶分子扭曲取向的、介電各向異性為正的液晶材料所構成；分別設置在上述一對基板外面的一對偏振片(參照特開平11-007048號公報)。
該TN型液晶顯示元件是通過液晶層的雙折射作用來控制入射光的偏光狀態而顯示的元件，在常白模式的液晶顯示元件上，當對上述像素的電極之間外加使液晶分子以初始扭曲取向狀態取向的OFF電壓時，入射光通過液晶層發生旋光而透過觀察側偏振片，該像素顯示成為明顯示，當對上述像素的電極之間外加使液晶分子的取向實際上垂直於基板面而豎立的ON電壓時，透過液晶層的光被上述觀察側偏振片吸收，像素的顯示成為暗顯示。
但是，因為液晶分子在相對於基板面實際上水平倒伏的狀態下而扭曲取向，所以TN型液晶顯示元件的顯示視角較窄。
另外，關於上述TN型液晶顯示元件，基板近旁的液晶分子受到水平取向膜引起的取向限制力的強烈作用，即使外加ON電壓也幾乎不能從其初始的水平取向狀態立起來，所以即使當外加ON電壓時，液晶層也具有殘留延遲，為此，常白模式的TN型液晶顯示元件的暗顯示的暗度不夠充分，顯示的對比度較低。

發明內容
本發明的目的是提供一種能獲得寬視角、高對比度顯示的液晶顯示元件。
另外，本發明的另一目的是提供一種液晶顯示元件，不僅能寬視角、高對比度地顯示圖像，還能進行基於反射顯示的彩色圖像顯示，和基於透射顯示的彩色圖像顯示這兩種顯示，並且，顯示的這兩種彩色圖像均足夠明亮且顯示質量幾乎無差異，其中反射顯示利用外部環境的光、即外界光進行，透射顯示利用來自配置在觀察側對側的光源的照明光進行。
為了達到上述目的，基於本發明的第1觀點的液晶顯示元件，其特徵在於，具備垂直取向型液晶元件， 夾隔上述垂直取向型液晶元件而配置在其兩側的一對偏振片，和分別配置在上述垂直取向型液晶元件和上述一對偏振片之間的2片λ/4板；其中上述垂直取向型液晶元件具備相互對向配置的一對基板，分別設置在上述一對基板的相互對向的內面上、並由相互對向的區域形成多個像素的多個電極，和配置在上述一對基板之間、由液晶分子實際垂直於上述基板面而取向的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。
這種基於第1觀點的液晶顯示元件是通過垂直取向型液晶元件的液晶層的雙折射作用和分別配置在上述垂直取向型液晶元件兩側和上述一對偏振片之間的λ/4板的相位差來控制入射光的偏振光狀態而顯示的元件，上述液晶層的液晶分子相對於基板面的取向實際上是垂直的，所以該液晶顯示元件的視角較寬。
而且，該液晶顯示元件，上述液晶元件的液晶層由使液晶分子的取向實際上垂直於基板面的、介電各向異性為負的液晶材料構成，所以當在上述像素的電極之間外加OFF電壓時，液晶分子以初始的垂直取向狀態取向，當外加ON電壓時，實際上一對基板之間的所有液晶分子都變成相對於基板面在倒伏方向上取向的狀態。
為此，通過該液晶顯示元件，當在上述像素的電極間外加能使液晶分子以初始的垂直取向狀態取向的OFF電壓時，被觀察側對側的λ/4板(λ/4retadation plate)變成圓偏振光(circular polarized light)的入射光可以幾乎不受上述液晶層的雙折射作用的影響而透過上述液晶層，偏振光狀態通過上述λ/4板的相位差而變成實際上與觀察側的偏振片的吸收軸一致的直線偏振光，併入射到上述觀察側的偏振片上，所以液晶顯示元件的透射率極低。另外，當在上述像素的電極之間外加使液晶分子相對於基板面倒伏取向的ON電壓時，圓偏振光狀態的入射光可以通過上述液晶層的雙折射作用和上述λ/4板的相位差來控制偏振光狀態，變成實際上與上述觀察側偏振片的透射軸一致的直線偏振光，併入射到上述觀察側的偏振片上，所以使液晶顯示元件的透射率升高。因此，能得到高對比度的顯示。
在該液晶顯示元件中，優選在上述垂直取向型液晶顯示元件的一對基板的形成有多個電極的內面上，形成垂直取向膜，且在事先規定的方向上對上述一對基板的至少一個基板的內面進行摩擦處理，由此，可規定外加ON電壓時的液晶分子的倒伏方向，得到更高的對比度。
更優選分別形成在上述垂直取向型液晶元件的上述一對基板的內面上的垂直取向膜，分別以相互平行的方向而被摩擦處理，由此，通過使外加ON電壓時的液晶分子倒伏的方向在前後的基板之間保持一致，能提高液晶分子的排列程度，從而得到更高的對比度。
在該液晶顯示元件中，優選在使上述2片λ/4板的滯相軸相互垂直的情況下配置上述2片λ/4板，而且，所配置的上述2片λ/4板的任何一片的滯相軸相對於上述一對偏振片中的任何一片的光學軸來說，實際上交叉所成的角度為45°，而且，所配置的上述2片λ/4板的任何一片的滯相軸相對於上述垂直取向膜的摩擦方向來說是垂直的。
在上述液晶顯示元件中，優選進而具備反射機構，該反射機構配置在上述垂直取向型液晶元件的上述一對基板當中的與觀察側基板對向的對側基板的內面，把多個像素的每個像素分別區分成把從所述觀察側入射的光向所述觀察側反射的反射顯示部、和把從所述對側基板入射的光向所述觀察側透射的透射顯示部。由此，能夠進行利用外部環境的光即外界光的反射顯示和利用來自配置於觀察側對側的光源的透射顯示兩種顯示。
而且，優選上述垂直取向型液晶顯示元件具備用於調整上述液晶層厚度的間隙調整膜。
由本發明的第2觀點形成的液晶顯示元件，其特徵在於，具備垂直取向型液晶元件，夾隔上述垂直取向型液晶元件而配置在其兩側的一對偏振片，和配置在上述一對基板和上述一對偏振片之間當中的、至少觀察側基板和偏振片之間的1片λ/4板；其中上述垂直取向型液晶元件具備相互對向配置的一對基板，分別設置在上述一對基板的相互對向的內面上、並由相互對向的區域形成多個像素的電極，設置在上述一對基板中的一片基板的內面上並分別對應於上述多個像素的紅、綠、藍3色濾色器，設置在與上述一對基板的觀察側基板對向的對側基板上、並把上述多個像素的每個像素分別區分成把從上述觀察側入射的光向上述觀察側反射的反射顯示部、和把從上述對側基板入射的光向上述觀察側透射的透射顯示部的反射機構，和封入上述一對基板之間且由液晶分子的取向實際上垂直於上述基板面的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。
通過這種由第2觀點形成的液晶顯示元件，因為具備紅、綠、藍3色濾色器、把上述多個像素的每個像素區分成把從上述觀察側入射的光向上述觀察側反射的反射顯示部和把從上述對側基板入射的光向上述觀察側透射的透射顯示部的反射機構，所以能夠進行利用外部環境的光即外界光進行反射顯示的彩色圖像顯示和利用來自配置在觀察側對側的照明光進行透射顯示的彩色圖像顯示兩種顯示。
在該液晶顯示元件中，優選上述反射機構由對應於上述多個像素的每個像素上的上述反射顯示部而設置的多個反射膜構成，而且，這些反射膜的反射面形成凹凸形狀。
另外，在該液晶顯示元件中，優選在3色濾色器各自的每個上述反射顯示部形成透明的開口部，而且優選在該開口部形成透明部件，該透明部件形成覆蓋上述彩色濾色器並用於調整液晶層的層厚的間隙調整膜。
由本發明的第3觀點形成的液晶顯示元件，其特徵在於，具備垂直取向型液晶元件，夾隔上述垂直取向型液晶元件而配置在其兩側的一對偏振片，和配置在上述一對基板和上述一對偏振片之間當中的、至少觀察側基板和偏振片之間的1片λ/4板；其中上述垂直取向型液晶元件具備相互對向配置的一對基板，分別設置在上述一對基板的相互對向的內面上、並由相互對向的區域形成多個像素的電極，設置在上述一對基板中的一片基板的內面上並分別對應於上述多個像素的紅、綠、藍3色濾色器，設置在與上述一對基板的觀察側基板對向的對側基板上、並把上述多個像素的每個像素分別區分成把從上述觀察側入射的光向上述觀察側反射的反射顯示部、和把從上述對側基板入射的光向上述觀察側透射的透射顯示部的反射機構，和封入上述一對基板之間且由液晶分子的取向實際上垂直於上述基板面的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。
這種由第3觀點形成的液晶顯示元件，設置有使上述多個像素的上述反射顯示部的液晶層厚小於上述透射顯示部的液晶層厚的透明部件，所以能夠減小上述液晶層對往復透過上述反射顯示部的液晶層的光的雙折射作用和上述液晶層對只一次透過上述透射顯示部的液晶層的光的雙折射作用之間的差異，幾乎沒有質量差異地顯示上述反射顯示的彩色圖像和上述透射顯示的彩色圖像。
而且，在上述液晶顯示元件中，優選上述垂直取向型液晶元件的上述濾色器在對應於上述反射顯示部的位置形成用於對入射到上述反射顯示部的光的一部分不經著色而進行反射的開口部。而且，優選上述透明部件由填埋上述濾色器的開口部且在對應於上述反射顯示部的區域內設置的用於使該反射顯示部的液晶層厚變薄的透明材料構成。
另外，在該液晶顯示元件中，優選上述垂直取向型液晶元件的上述多個電極分別由透明電極構成，上述反射機構比上述對側基板的上述透明電極更靠基板側，其中透明電極由透明導電部件形成。
而且，優選上述液晶顯示元件，在使上述2片λ/4板的滯相軸相互垂直的情況下配置上述2片λ/4板，而且，所配置的上述2片λ/4板的任何一片的滯相軸相對於上述一對偏振片中的任何一片的光學軸來說，實際上交叉所成的角度為45°。


圖1是表示本發明的第1實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖。
圖2是表示上述液晶顯示元件的一對基板的摩擦方向、觀察側和其對側的偏振片的透射軸的方向、以及觀察側和其對側的λ/4板的滯相軸的方向的圖。
圖3A、圖3B分別是表示第1實施例中外加OFF電壓時和外加ON電壓時液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖4A、圖4B分別是表示通過上述液晶顯示元件進行透射顯示時透射光的偏轉狀態變化的示意圖，圖4A是表示外加OFF電壓時的圖，圖4B是表示外加ON電壓時的圖。
圖5是表示本發明的第2實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖。
圖6是表示本發明的第3實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖。
圖7A、圖7B分別是表示有關用於本發明的液晶元件的液晶層的、可應用的液晶分子的取向狀態的示意圖，圖7A是表示外加OFF電壓時的取向狀態的示意圖，圖7B是表示外加ON電壓時的取向狀態的示意圖。
圖8A、圖8B分別是表示有關用於本發明的液晶元件的液晶層的、可應用的液晶分子的其他取向狀態的示意圖，圖8A是表示外加OFF電壓時的取向狀態的示意圖，圖8B是表示外加ON電壓時的取向狀態的示意圖。
圖9A、圖9B分別是表示有關用於本發明的液晶元件的液晶層的、可應用的液晶分子的其他取向狀態的示意圖，圖9A是表示外加OFF電壓時的取向狀態的示意圖，圖9B是表示外加ON電壓時的取向狀態的示意圖。
圖10是表示本發明的第4實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖。
圖11是表示本實施例中液晶顯示元件的一對基板的摩擦方向、觀察側和其對側的偏振片的透射軸的方向、以及觀察側和其對側的λ/4板的滯相軸的方向的圖。
圖12A、圖12B分別是表示第4實施例中外加OFF電壓時和外加ON電壓時液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖13A、圖13B分別是表示在第4實施例中通過上述液晶顯示元件進行反射顯示時反射光的偏轉狀態變化的示意圖，13A是表示外加OFF電壓時的圖，圖13B是表示外加ON電壓時的圖。
圖14A、圖14B分別是表示在第4實施例中通過上述液晶顯示元件進行透射顯示時透射光的偏轉狀態變化的示意圖，圖14A是表示外加OFF電壓時的圖，圖14B是表示外加ON電壓時的圖。
圖15A、圖15B分別是表示有關用於本發明的液晶元件的液晶層的、可應用的液晶分子的其他取向狀態的示意圖，圖15A是表示外加OFF電壓時的取向狀態的示意圖，圖15B是表示外加ON電壓時的取向狀態的示意圖。
圖16A、圖16B分別是表示有關用於本發明的液晶元件的液晶層的、可應用的液晶分子的其他取向狀態的示意圖，圖16A是表示外加OFF電壓時的取向狀態的示意圖，圖16B是表示外加ON電壓時的取向狀態的示意圖。
圖17是表示本發明的第5實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖。
具體實施例方式
圖1～圖4表示本發明的第1實施例，圖1是液晶顯示元件的一部分的截面圖。
如圖1所示，本實施例的液晶顯示元件具備垂直取向型液晶元件100，夾隔上述液晶顯示元件100而設置的觀察側和其對側的一對偏振片101、102，在上述液晶元件100和上述一對偏振片101、102之間分別配置的2片λ/4板103、104。
上述垂直取向型液晶顯示元件100是由下述部分構成，即相互對置的觀察側(在圖1的上側)和其對側(在圖1的下側)的一對透明基板20、30，分別設置在上述一對基板的對向內面上、且由相互對向的區域形成多個像素1的透明電極21、31，在上述一對基板20、30中的一方、例如觀察側基板20的內面上分別對應於上述多個像素1而設置的紅、綠、藍3種顏色的濾色器22R、22G、22B，由在上述一對基板20、30之間使液晶分子10a與上述基板20、30的面實際呈垂直取向並密封的、介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層10。
該液晶元件100是在觀察側基板20的內面設置一片膜狀對向電極21、且在對側基板30的內面、在行方向和列方向上呈矩陣狀排列設置有多個像素電極31的有源矩陣液晶元件，上述多個像素電極31分別連接在設置於上述對側基板30內面的多個TFT 32上。
並且，圖1中簡化地表示了上述TFT 32，該TFT 32由如下部分構成在對側基板30的基板面上形成的柵極、覆蓋該柵極且在上述基板30的大致整個面上形成的透明柵極絕緣膜、在上述柵極絕緣膜上與上述柵極對向形成的I型半導體膜、介由n型半導體膜而在上述I型半導體膜的兩側部之上形成的源極和漏極。
另外，雖然在圖1中予以省略，但在上述對側基板30的內面上設置有給各行TFT 32提供門信號的多個門配線、和給各列TFT 32提供數據信號的多個數據配線，通過在對側基板30的基板面上和上述TFT 32的柵極形成一體的上述柵極絕緣膜覆蓋上述門配線，上述數據配線形成在上述柵極絕緣膜上並連接在上述TFT 32的漏極上。
另外，上述多個像素電極31形成在上述柵極絕緣膜之上，且與上述TFT 32的源極連接在一起。
另一方面，在上述觀察側基板22的基板面上，形成設置於觀察側基板2內面的紅、綠、藍的三種顏色的濾色器22R、22G、22B；在上述濾色器22R、22G、22B上形成上述對向電極21。
而且，在上述觀察側基板20和對側基板30的內面分別覆蓋上述電極21、31而形成垂直取向膜23、33，在相互平行的方向上對這些基板20、30的內面，即上述垂直取向膜23、33的膜面進行摩擦處理。
介由圍繞上述多個像素1呈矩陣狀排列的顯示區域的框形密封材料(未圖示)而連接上述觀察側基板20和對側基板30，在這些基板20、30之間的由上述密封材料所圍繞的區域，填充介電各向異性為負的液晶材料，如介電各向異性為負的向列液晶而形成液晶層10。
該液晶層10的液晶分子10a相對於一對基板20、30的取向實際上是垂直的，當在上述多個像素1的電極21、31之間外加ON電壓時，相對於上述基板20、30的面，使分子長軸和沿著上述摩擦方向的方向一致而進行倒伏取向。
在本實施例中，通過選擇上述一對基板20、30的間隙(垂直取向膜23、33之間的間隙)和上述液晶材料，將外加ON電壓時，即液晶分子10a的分子長軸和上述摩擦(rubbing)方向一致並倒伏取向時的液晶層10的液晶折射率各向異性Δn和液晶層厚度d的積Δnd值，設定為Δnd＝270±40nm。
另外，上述觀察側和其對側的一對偏振片101、102分別是具有相互垂直的透射軸和吸收軸的吸收偏振片，觀察側偏振片101對向配置在上述液晶元件100的觀察側基板20的外面，對側偏振片102對向設置在上述液晶元件100的對側基板30的外面。
另外，上述的2片λ/4板103、104分別是給予透射光1/4波長(140±40nm)的相位差(retadation)的相位差板(retadation plate)，其中一片λ/4板(下面，稱為觀察側λ/4板)103配置在上述液晶元件100的觀察側基板20和上述觀察側偏振片101之間，另一片λ/4板(下面，稱為對側λ/4板)104配置在上述液晶元件100的對側基板30和上述對側偏振片102之間。
圖2表示上述液晶顯示元件100的一對基板20、30內面(垂直取向膜(hemotropic alignment film)23、33的膜面)的摩擦方向23a、33a，觀察側和其對側的偏振片101、102的透射軸101a、102a的方向，以及觀察側和其對側的λ/4板103、104的滯相軸103a、104a的方向。
如圖2所示，在相互平行且相同的方向上對上述液晶元件100的一對基板20、30的內面進行摩擦處理，使觀察側偏振片101的透射軸101a與上述一對基板20、30內面的摩擦方向23a、33a實際成45°角斜向交叉而配置觀察側偏振片101，使對側偏振片102的透射軸102a實際垂直於上述觀察側偏振片101的透射軸101a而配置對側偏振片102。
另外，使觀察側λ/4板103的滯相軸103a實際平行或實際垂直於上述一對基板20、30內面的摩擦方向23a、33a，且相對於上述觀察側偏振片101的透射軸101a實際成45°角斜向交叉而配置觀察側λ/4板103；使對側λ/4板104的滯相軸104a實際垂直於上述觀察側λ/4板103的滯相軸103a(實際垂直或實際平行於一對基板20、30的內面的摩擦方向23a、33a)，且相對於上述對側偏振片102的透射軸102a實際成45°角斜向交叉而配置對側λ/4板104。
該液晶顯示元件是通過設置在上述液晶元件100的觀察側和其對側的一對基板20、30之間的液晶層10的雙折射作用，和在上述一對基板20、30和觀察側及其對側的偏振片101、102之間分別設置的2片上述觀察側偏振片101的透射軸101a實際成45°角斜向交叉而配置觀察側λ/4板103、104的相位差來控制入射光的偏光狀態並顯示的元件，因上述液晶層10的液晶分子10a相對於基板20、30面的取向實際上是垂直的，所以該液晶顯示元件的視角較寬。
該液晶顯示元件，其上述液晶層10由將液晶分子10a相對於基板20、30的面實際上垂直取向的、介電各向異性為負的液晶材料構成，和水平取向膜相比，形成於該上述基板20、30內面的垂直取向膜23、33的取向限制力較小。為此，當在上述像素1的電極21、31之間外加OFF電壓時，液晶分子10a實際以垂直取向狀態而取向，當外加ON電壓時，實際上一對基板20、30之間的所有液晶分子10a變成在相對於基板面倒伏的方向上取向的狀態。
圖3是表示上述液晶分子10a在外加OFF電壓時和外加ON電壓時的取向狀態的示意圖，在本實施例中，以相互平行且相同的方向對上述液晶元件100的一對基板20、30的內面進行摩擦處理，所以如圖3B所示，通過外加ON電壓，上述液晶分子10a從圖3A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態，變成相對於上述基板20、30的面使分子長軸與沿著上述摩擦方向23a、33a的方向一致而倒伏的外張(splay)取向狀態。
為此，根據該液晶顯示元件，當在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向的OFF電壓時，被觀察側對側的λ/4板104轉變成圓偏振光的入射光可以幾乎不受上述液晶層10的雙折射作用的影響而透過上述液晶層10，通過觀察側λ/4板103的相位差而使偏振光狀態變成與觀察側的偏振片101的吸收軸101a實際上一致的直線偏振光(linearly polarized light)，併入射到上述觀察側的偏振片101上，使液晶顯示元件的透射率降到極低。另外，當在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a相對於基板20、30的面倒伏取向的ON電壓時，圓偏振光狀態的入射光可以通過上述液晶層10的雙折射作用和上述λ/4板103的相位差控制偏振光狀態，變成實際上與上述觀察側的偏振片101的透射軸101a一致的直線偏振光，併入射到上述觀察側的偏振片101上，使液晶顯示元件的透射率升高。因此，能得到高對比度的顯示。
圖4是表示通過上述液晶顯示元件進行透射顯示時透射光的偏轉狀態的變化的示意圖，表示上述液晶元件100的一個像素1的顯示。
該液晶顯示元件是利用來自配置於該觀察側的對側的面光源105的照明光而進行透射顯示的元件，圖4A表示在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向的OFF電壓時的顯示，圖4B表示在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a倒伏取向的ON電壓時的顯示。
下面說明該液晶顯示元件的顯示動作，如圖4A、4B中的箭頭線所示，來自上述面光源105的照明光a0由對側偏振片102變成與其透射軸102a平行的直線偏振光a1，接著由對側λ/4板104轉變偏振光狀態而成為從該光的前進方向來看左旋或右旋的圓偏振光a2，然後入射到上述液晶元件100的液晶層10中。
然後，當外加OFF電壓時，因上述液晶層10的液晶分子10a實際上成垂直取向，所以由上述對側λ/4板104而成為圓偏振光a2併入射到上述液晶元件100的光，幾乎不受上述液晶層10的雙折射作用的影響，直接以上述圓偏振光a2透過上述液晶層10，如圖4A所示從上述液晶元件100的觀察側射出。
從上述液晶元件100的觀察側射出的上述圓偏振光a2，通過上述λ/4板103的相位差將偏振光狀態改變成與實際垂直於觀察側偏振片101的透射軸101a的吸收軸相一致的直線偏振光，即、將偏振光狀態變成實際上和透過上述對側偏振片102而入射的上述直線偏振光a1相同的直線偏振光a3，併入射到觀察側偏振片101，被該觀察側偏振片101吸收，上述外加OFF電壓的像素1的顯示變成黑色的暗顯示。
當外加ON電壓時，因上述液晶層10的液晶分子10a如同上述地在其分子長軸與沿著基板20、30的面的摩擦方向23a、33a的方向一致的情況下而倒伏取向，所以由上述對側λ/4板104而成為圓偏振光a2併入射到上述液晶元件100的光，在上述液晶層10的雙折射作用下改變偏振光狀態，從上述液晶元件100的觀察側射出。
在外加該ON電壓時的上述液晶層10的雙折射作用，使液晶分子10a倒伏取向時的Δnd的值如同上述為270±40nm，所以實際上和/2板相同，因此，由上述對側λ/4板104而成為圓偏振光a2併入射到液晶元件100的光，由上述液晶層10成為旋轉方向與原來相反的圓偏振光a4，如圖4B所示從上述液晶元件100的觀察側射出。
從上述液晶元件100的觀察側射出的上述圓偏振光a4，由觀察側λ/4板103，利用上述液晶層10的雙折射作用和上述λ/4板103的相位差改變偏振光狀態，而變成實際上與上述觀察側偏振片101透射軸101a相一致的直線偏振光，即變成實際上垂直於透過上述對側偏振片102併入射的上述直線偏振光a1的直線偏振光a5，併入射到觀察側偏振片101，透過該觀察側偏振片101並從觀察側射出，外加上述OFF電壓的像素1的顯示變成由上述濾色器22R、22G、22B著色的紅、綠、藍中任意一種顏色的明顯示。
即，該液晶顯示元件是進行常黑模式顯示的元件，當通過外加OFF電壓而使液晶分子10a成為初始垂直取向狀態時，其顯示成為最暗的黑色的暗顯示，當通過外加ON電壓而使上述液晶分子10a倒伏取向時，其顯示成為最明亮的明顯示(著色的紅、綠、藍的顯示)。
因此，根據該液晶顯示元件，能得到寬視角、高對比度的顯示。
另外，該液晶顯示元件，在上述液晶元件100的一對基板20、30的內面分別形成垂直取向膜23、33，且在相互平行的方向上對各自的內面(垂直取向膜23、33的膜面)進行摩擦處理，所以能使外加上述ON電壓時的液晶分子10a的倒伏方向與沿著上述摩擦方向23a、33a的方向一致，從而獲得更高對比度。
(第2實施例)圖5是表示本發明的第2實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖，該液晶顯示元件是具備在觀察側對側的基板30的內面上設置有反射機構34的垂直取向型液晶元件100a的元件，其中反射機構34把多個像素1分別區分成使從上述觀察側入射的光向上述觀察側反射的反射顯示部1a，和使從上述對側入射的光向上述觀察側透射的透射顯示部1b。
上述反射機構34a由多個鏡面反射膜34a構成，所述鏡面反射膜34a在上述未圖示的柵極絕緣膜上對應於多個像素1的每個像素的上述反射顯示部1a而設置，多個像素電極31將其一部分在上述反射膜34a上重疊而形成於上述柵極絕緣膜上。
並且，在本實施例中，與上述像素1的大致一半的區域對應設置上述反射膜34a，把上述多個像素1的大致一半區域作為反射顯示部1a，其他大致一半區域作為透射顯示部1b。
而且，在上述液晶元件100a的觀察側基板20的內面上分別對應於上述多個像素A而設置的紅、綠、藍3色濾色器22R、22G、22B上，分別在對應於上述像素1的反射顯示部1a部分的一部分上設置有開口22Ra、22Ga、22Ba。
而且，在上述濾色器22R、22G、22B上，向上述開口22Ra、22Ga、22Ba內填充而形成由透明絕緣膜構成的平面化膜24，在該平面化膜24上形成有對向電極21。
另外，在上述液晶元件100a的一對基板20、30的內面分別形成垂直取向膜23、33，並以相互平行且相同方向對這些基板20、30的內面(垂直取向膜23、33的膜面)進行摩擦處理。
而且，在上述一對基板20、30之間設置液晶層10，所述液晶層10由使液晶分子10a相對於上述基板20、30的面實際上垂直取向且介電各向異性為負的液晶材料構成，該液晶層10在外加ON電壓時，即液晶分子10a的分子長軸和上述摩擦方向一致且倒伏取向時的液晶層10的Δnd的值被設定為Δnd＝195±40nm。
另外，本實施例的液晶顯示元件，在上述液晶元件100a和觀察側λ/4板103之間設置有擴散層106。該擴散層106是使從一方的面入射的光擴散並從另一方射出的前方擴散層，由混入有光擴散微粒的粘合劑或樹脂薄膜構成。
本實施例的液晶顯示元件與上述第1實施例的液晶元件100相比，儘管在上述液晶元件100a和觀察側λ/4板103之間具備擴散層106這一點上兩者有所不同，但是偏振片101、102和λ/4板103、104的配置狀態和第1實施例相同，所以對同樣的部件附加相同的符號，並省略重複的說明。
該液晶顯示元件在上述液晶元件100a的觀察側對側的基板30的內面上設置有反射機構34，該反射機構34分別把上述多個像素1區分成使從上述觀察側入射的光向上述觀察側反射的反射顯示部1a，和使從上述對側入射的光向上述觀察側透射的透射顯示部1b，所以能夠進行基於反射顯示的彩色圖像顯示、以及基於透射顯示的彩色圖像顯示這兩種顯示。其中反射顯示利用外部環境的光即外界光進行，透射顯示利用來自配置在觀察側對側的面光源105的照明光進行。
即，該液晶顯示元件可進行反射顯示和透射顯示，所述的反射顯示是指在從觀察側入射、透過觀察側偏振片101和觀察側λ/4板103並向液晶元件100a入射的光當中，入射到上述液晶元件100a的多個像素1的反射顯示部1a並透過液晶層10的光由上述反射機構34的反射膜34a反射，並再次使該反射光透過上述液晶元件100a的液晶層10、觀察側λ/4板103和觀察側偏振片101，從上述觀察側射出；所述的透射顯示是指在從觀察側對側入射、透過對側偏振片102和對側λ/4板104並向液晶元件100a入射的光當中，使入射到上述液晶元件100a的多個像素1的透射顯示部1b的光透過上述液晶層10、觀察側λ/4板103和觀察側偏振片101，從上述觀察側射出。
該液晶顯示元件，其上述液晶元件100a的液晶層10的液晶分子10a相對於基板20、30的面的取向實際上是垂直的，所以上述反射顯示時和透射顯示時都能得到寬視角。
而且，在上述的反射顯示時，該液晶顯示元件通過上述液晶元件100a的液晶層10的雙折射作用和觀察側λ/4板103的相位差控制入射光的偏振光狀態而顯示。另外，在上述的透射顯示時，和上述第1實施例一樣，該液晶顯示元件通過對側λ/4板104的相位差、上述液晶元件100a的液晶層10的雙折射作用和觀察側λ/4板103的相位差控制入射光的偏振光狀態而顯示。因此，能夠得到高對比度的顯示。
而且，該液晶顯示元件，如上所述，把在上述液晶元件100a的液晶分子10a的分子長軸和上述摩擦方向一致而倒伏取向時的液晶層10的Δnd的值設置為195±40nm，所以能夠進行常黑模式的顯示，即無論是上述的反射顯示時還是透射顯示時，當通過外加OFF電壓而使液晶分子10a成為初始垂直取向狀態時，成為最黑暗的暗顯示，當外加ON電壓而使上述液晶分子10a成為倒伏取向時，成為最明亮的明顯示(由濾色器22R、22G、22B著色的紅、綠、藍的顯示)。
另外，該液晶顯示元件在上述液晶元件100a的觀察側對側的基板30的內面上設置有分別把多個像素1區分成反射顯示部1a，和透射顯示部1b的反射機構34，所以當利用上述外界光進行反射顯示時，只是由觀察側的偏振片101吸收，因此，可使上述反射顯示的彩色圖像也足夠明亮。
而且，在該液晶顯示元件中，在上述濾色器22R、22G、22B上分別設置有部分對應於上述像素1的反射顯示部1a的開口22Ra、22Ga、22Ba，所以在上述的反射顯示時，從多個像素1的反射顯示部1a分別射出由上述濾色器22R、22G、22B著色的紅、綠、藍中任何一種顏色的著色光、和透過上述濾色器22R、22G、22B的開口22Ra、22Ga、22Ba內的非著色光，而觀察到這些光混合的光。因此，能夠顯示明亮的反射顯示的彩色圖像。
如此，通過這種液晶顯示元件能夠得到寬視角、高對比度的顯示，而且能夠進行利用外界光進行反射顯示的彩色圖像顯示和利用來自配置在觀察側對側的面光源105的照明光進行透射顯示的彩色圖像顯示這兩種顯示，並且能使該兩種彩色圖像足夠明亮。
並且，當利用外界光進行反射顯示時，能把上述面光源105作為輔助光源使用，此時，上述反射顯示和透射顯示兩者都是常黑模式，所以能得到高對比度的顯示。
而且，由於該液晶顯示元件在上述液晶元件100a和觀察側λ/4板103之間設置有擴散層106，所以當進行上述的反射顯示時，由反射膜34a反射的光通過上述擴散層106擴散並出射，反射顯示進一步變亮，同時能夠進一步增大反射顯示和透射顯示兩者的視角。
另外，在上述實施例的液晶顯示元件中，也可以在液晶元件100a和一對偏振片101、102之間的任何一方只設置一片λ/4板103、104。
(第3實施例)在上述第2實施例的液晶顯示元件中，也可以在形成上述反射機構34的反射膜的反射面上形成凹凸形狀，並省略上述擴散層106。
圖6是表示本發明的第3實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖，該液晶顯示元件具備通過在反射面上形成有凹凸形狀的反射膜35a形成反射機構35的垂直取向型液晶元件100b。
在本實施例中，上述液晶元件100b是在觀察側基板20的內面上設置有多個像素電極31、TFT32以及未圖示的門配線和數據配線，並在對側基板30的內面上設置有上述反射機構35、紅、綠、藍3色濾色器22R、22G、22B、平面化膜24、對向電極21的有源矩陣液晶元件，形成上述反射機構35的反射膜35a被覆在設置於對側基板20基板面上的、整個表面形成為凹凸面的透明凹凸面膜36上。
並且，本實施例的液晶顯示元件的液晶元件100b的結構與上述第2實施例的液晶元件100a不同，另外，省略了第2實施例的液晶顯示元件中的擴散層106，但上述液晶元件100b的液晶層10和多個像素1的反射顯示部1a的Δnd1和透射顯示部1b的Δnd2的值和上述第2實施例相同，另外，偏振片101、102和λ/4板103、104的配置狀態也和第2實施例相同，所以省略重複部分的說明。
該液晶顯示元件通過對應於上述液晶元件100b的多個像素的每個像素的上述反射顯示部1a而設置、且反射面形成為凹凸形狀的多個反射膜35a，形成把上述多個像素1分別區分成反射顯示部1a和透射顯示部1b的反射機構35，所以能夠使利用外界光進行的反射顯示進一步變亮，並進一步擴大其視角。
另外，在本實施例中，在上述液晶元件100b的對側基板30的基板面上設置將整個表面形成為凹凸形狀的凹凸面膜36，並在其上面形成上述反射膜35a，所以當利用來自面光源105的照明光進行透射顯示時，也能射出通過上述凹凸面膜36擴散的光，擴大視角。
並且，在本實施例中，通過在上述凹凸面膜36上被覆反射膜35a而使上述反射膜35a的反射面形成凹凸形狀，但也可通過其他方法在上述反射膜35a的反射面上形成凹凸結構，另外，當進行上述透射顯示時，也可射出非擴散光。
另外，在上述各實施例中，以相互平行且相同的方向對上述液晶元件100、100a、100b的一對基板20、30的內面(垂直取向膜23、33的膜面)進行摩擦處理，但也可在其他方向上對上述一對基板20、30的內面進行摩擦處理，另外，也可只對上述一對基板20、30的任何一片的內面進行上述的摩擦處理。
即，如用示意圖表示液晶分子10a在外加OFF電壓時和外加ON電壓時的取向狀態的圖7A和圖7B所示，也可在相互平行且相反的方向上對液晶元件的一對基板20、30的內面進行摩擦處理。此時，通過外加ON電壓，液晶分子10a會從圖7A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態轉變成如圖7B所示的、其分子長軸與沿著一對基板20、30的摩擦方向23a、33a的方向相一致而倒伏的、非扭曲的均相取向狀態取向的狀態，所以可以把外加ON電壓時的液晶分子10a的倒伏方向規定為沿著上述摩擦方向的方向，得到高對比度。
另外，如圖8所示，僅對液晶元件的一對基板20、30中的任何一片，如對側基板30的內面進行了摩擦處理。
此時，通過外加ON電壓，液晶分子10a會從圖8A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態轉變成如圖8B所示的、其分子長軸與沿著作為上述一方的基板30的摩擦方向33a的方向相一致而大致水平倒伏的取向狀態，所以能得到高對比度，並且還能進一步擴大顯示的視角。
而且，如圖9所示，在斜向交叉的方向上對液晶元件的一對基板20、30的內面進行了摩擦處理。
此時，通過外加ON電壓，液晶分子10a會從圖9A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態轉變成如圖9B所示的、以和一對基板20、30的摩擦方向23a、33a的交角相對應的扭轉角扭曲而倒伏取向的狀態，所以能得到高對比度。
如此，在通過外加ON電壓而使液晶分子10a以扭曲取向狀態倒伏取向的情況下，優選當外加ON電壓時，以液晶分子10a按65°±10°的扭轉角扭曲並倒伏取向的方式設定一對基板20、30的摩擦方向23a、33a，使一對偏振片101、102的透射軸101a和102a實際上成垂直狀態且任一偏振片的透射軸都實際垂直或平行於該偏振片的配置側的基板的摩擦方向，使一對λ/4板103、104的滯相軸103a和104a實際上成垂直狀態且實際上任一λ/4板的滯相軸都和該λ/4板的配置側的基板的摩擦方向交叉成45°角，由此，能得到高對比度。
(第4實施例)圖10～圖14A、14B表示本發明的第4實施例。
如圖10所示，本實施例的液晶顯示元件具備液晶元件100c，夾隔上述液晶元件100c而配置的觀察側和其對側的一對偏振片101、102，分別配置在上述液晶元件100c的一對基板20、30和上述一對偏振片101、102之間的2片λ/4板103、104，設置在上述液晶元件100c的觀察側基板20和觀察側λ/4板103之間的擴散層106，這些液晶顯示元件的構造因是和圖5所示的實施例相同的構造，所以對同一部件附加相同的符號，並省略詳細的說明。另外，關於構成上述液晶元件100c的對側基板30的構造、觀察側基板20的濾色器22R、22G、22B、對向電極21、垂直取向膜23，因是和圖5所示的實施例相同的結構，所以對同一部件附加相同的符號，並省略詳細的說明。
本實施例的液晶顯示元件在紅、綠、藍3色濾色器22R、22G、22B上分別對應於上述多個像素1的反射顯示部1a而設置著基板間隙調整用透明膜26，其中，所述的紅、綠、藍3色濾色器22R、22G、22B設置在液晶元件100c的觀察側基板20的內面上，所述的基板間隙調整用透明膜26使上述反射部1a的基板間隙小於上述像素1的透射顯示部1b的基板間隙。
另外，在上述濾色器22R、22G、22B上，分別在對應於上述像素1的反射顯示部1a的區域的一部分上設置開口22Ra、22Ga、22Ba，把上述基板間隙調整用透明膜26填充到上述濾色器22R、22G、22B的開口22Ra、22Ga、22Ba中。
在該液晶元件的液晶層10的液晶分子10a，其取向實際上垂直於一對基板20、30，當在上述多個像素1的電極21、31之間外加ON電壓時，相對於上述基板20、30面，液晶分子10a在其分子長軸和沿著上述摩擦方向的方向一致的情況下而倒伏取向。
而且，在本實施例中，通過形成上述基板間隙調整用透明膜26，使上述反射顯示部1a的基板間隙厚度大致是透射顯示部1b的基板間隙的1/2，從而使上述反射顯示部1a的液晶層厚d1大致是上述透射顯示部1b的液晶層厚d2的1/2，同時，通過適當選擇這些液晶層厚d1、d2的值和液晶材料的折射率各向異性Δn，當外加ON電壓時，即液晶分子10a在分子長軸與上述摩擦方向一致的情況下倒伏取向時上述反射顯示部1a的Δnd1和上述透射顯示部1b的Δnd2被分別設為Δnd1＝140±40nm，Δnd2＝270±40nm。
圖11是表示形成於本實施例中液晶顯示元件100c的一對基板20、30內面的垂直取向膜23、33的膜面摩擦方向23a、33a，觀察側和其對側的偏振片101、102的透射軸101a、102a的方向、以及觀察側和其對側的λ/4板103、104的滯相軸103a、104a的方向。
如該圖11所示，在相互平行且相反方向上對上述液晶元件100c的一對基板20、30的內面進行摩擦處理，使觀察側偏振片101的透射軸101a與上述一對基板20、30內面的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a實際上以45°角斜向交叉而配置觀察側偏振片101，使對側偏振片102的透射軸102a實際垂直於上述觀察側偏振片101的透射軸101a而配置對側偏振片102。
另外，使觀察側λ/4板103的滯相軸103a實際平行或實際垂直於上述一對基板20、30內面的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a，且相對於上述觀察側偏振片101的透射軸101a實際成45°角斜向交叉而配置觀察側λ/4板103；使對側λ/4板104的滯相軸104a實際垂直於上述觀察側λ/4板103的滯相軸103a(實際垂直或實際平行於一對基板的20、30內面垂直取向膜的摩擦方向23a、33a)，且相對於上述對側偏振片102的透射軸102a實際成45°角斜向交叉而配置對側λ/4板104。
圖12A、圖12B中示意表示了本實施例的液晶分子10a在外加OFF電壓時和外加ON電壓時的取向狀態。在該實施例中，因在相互平行且相反的方向上對上述液晶元件100的一對基板20、30的內面進行摩擦處理，所以通過外加ON電壓，則上述液晶分子10a如圖12B所示，從圖12A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態，轉變成相對於上述基板20、30的面、其分子長軸與沿著上述摩擦方向23a、33a的方向相一致而倒伏的、非扭曲的均相取向狀態。
這種液晶顯示元件和圖5所示的實施例相同，通過設置在上述液晶元件100c的觀察側和其對側的一對基板20、30之間的液晶層10的雙折射作用，以及分別設置在上述一對基板20、30和觀察側及其對側偏振片101、102之間的2片λ/4板103、104的相位差控制入射光的偏振光狀態而顯示，該液晶元件的上述液晶層10的液晶分子10a的取向實際上垂直於基板20、30的面，所以視角較寬。
另外，關於該液晶顯示元件，當在上述像素1的電極21、31之間外加OFF電壓時，液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向，當外加ON電壓時，實際上一對基板之間的所有液晶分子10a都相對於基板面變成在倒伏方向上取向的狀態，所以對比度增高。
對上述液晶顯示元件的利用外界光進行的反射顯示進行說明。圖13A、圖13B是表示上述液晶顯示元件的反射顯示的示意圖，表示上述液晶元件100c的1個像素1的反射顯示部1a的顯示。
圖13A是表示在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向的OFF電壓時的顯示，圖13B是表示在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a倒伏取向的ON電壓時的顯示。
當利用外界光進行反射顯示時，該液晶顯示元件是使配置於上述液晶元件100c的觀察側的觀察側偏振片101兼做偏振鏡和檢振鏡的1片偏振片型的顯示的元件，在該反射顯示時，如圖13A、13B的箭頭線所示，從觀察側入射的外界光a0通過觀察側偏振片101而變成與其透射軸101a平行的直線偏振光a1，接著由觀察側λ/4板103轉變成為從該光的前進方向來看左旋或右旋的圓偏振光a2，併入射到液晶元件100c的液晶層10中。
然後，當外加OFF電壓時，因上述液晶層10的液晶分子10a實際上成垂直取向，所以由上述觀察側λ/4板103而成為圓偏振光a2併入射到上述液晶層10的光，幾乎不受上述液晶層10的雙折射作用的影響，直接以上述圓偏振光a2透過上述液晶層10，其中，通過反射膜34a對入射到多個像素1的反射顯示部1a並透過上述液晶層10的光進行反射，並以上述圓偏振光a2的狀態直接透過上述液晶層10，且如圖13A所示從上述液晶元件100c的觀察側射出。
從上述液晶元件100c的觀察側射出的上述圓偏振光a2，由上述λ/4板103轉變成實際和從觀察側透過觀察側偏振片101而入射的上述直線偏振光a1垂直的直線偏振光a3，入射到上述觀察側偏振片101上，被該觀察側偏振片101吸收，上述外加OFF電壓的像素1的顯示變成黑色的暗顯示。
另外，當外加ON電壓時，因上述液晶層10的液晶分子10a如同上述地在其分子長軸與沿著基板20、30的面的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a的方向一致的情況下而倒伏取向，所以由上述觀察側λ/4板103而成為圓偏振光a2併入射到液晶層10的光，在上述液晶層10的雙折射作用下改變偏振光狀態，其中，入射到上述多個像素1的反射顯示部1a並透過上述液晶層10的光由反射膜34a反射，並再次改變偏振光狀態而透過上述液晶層10，然後從上述液晶元件100c的觀察側射出。
在外加該ON電壓時的上述反射顯示部1a的液晶層10的雙折射作用，使液晶分子10a倒伏取向時的上述反射顯示部1a的Δnd1如同上述為140±40nm，所以實際上和λ/4板相同，因此，由上述觀察側λ/4板103而成為圓偏振光a2併入射到上述反射顯示部1a的液晶層10的光，由上述液晶層10而成為實際上和從觀察側透過觀察側偏振片101併入射的上述直線偏振光a1相同的直線偏振光(未圖示)，然後由反射膜34a反射，接著由上述液晶層10而成為旋轉方向和透過上述觀察側λ/4板103併入射到液晶層10的圓偏振光a2相反的圓偏振光a4，如圖13B所示從上述液晶元件100c的觀察側射出。
從上述液晶元件100c的觀察側射出的上述圓偏振光a4，由上述觀察側λ/4板103而成為實際上和從觀察側透過觀察側偏振片101而入射的上述直線偏振光a1相同的直線偏振光a5，併入射到上述觀察側偏振片101，透過該觀察側偏振片101而從觀察側射出，外加上述OFF電壓的像素1的顯示變成由上述濾色器22R、22G、22B所著色的紅、綠、藍中任意一種顏色的明顯示。
並且，在該反射顯示時，在從觀察側入射的光當中，入射到上述多個像素1的透射顯示部1b並透過上述液晶層10的光從上述液晶元件100c的對側射出。
即，該液晶顯示元件是外加OFF電壓時的顯示為暗顯示的進行常黑模式的反射顯示的元件，當通過外加OFF電壓而使液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向時，該顯示成為最暗的黑色的暗顯示，當通過外加ON電壓使上述液晶分子10a為倒伏取向時，該顯示成為最明亮的明顯示(由濾色器22R、22G、22B著色的紅、綠、藍的顯示)。
另外，因該液晶顯示元件在上述液晶元件100c的觀察側對側的基板30上設置有分別把上述多個像素1區分成反射顯示部1a和透射顯示部1b的反射機構34，所以能使上述反射顯示的彩色圖像足夠明亮。
而且，該液晶顯示元件，在上述濾色器22R、22G、22B上，在對應於上述像素1的反射顯示部1a的區域的一部分上分別設置開口22Ra、22Ga、22Ba，所以在上述的反射顯示時，可觀察到混合了從多個像素1的反射顯示部1a分別由上述濾色器22R、22G、22B著色的紅、綠、藍中任何一種顏色的著色光和透過上述開口22Ra、22Ga、22Ba內的非著色光的光，所以能夠顯示明亮的彩色圖像。
接著，對利用來自上述面光源105的照明光進行的透射顯示進行說明。圖14A、圖14B是表示上述液晶顯示元件的透射顯示的示意圖，表示上述液晶元件100c的1個像素1的透射顯示部1b的顯示。
圖14A是表示在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向的OFF電壓時的顯示，圖14B是表示在上述像素1的電極21、31之間外加使液晶分子10a倒伏取向的ON電壓時的顯示。
在利用來自上述面光源105的照明光進行透射顯示時，該液晶顯示元件把配置在液晶元件100c對側的對側偏振片102作為偏振鏡、把配置在液晶元件100c的觀察側的觀察側偏振片101上作為檢振鏡而顯示，在該透射顯示時，如圖14A、14B的箭頭線所示，從觀察側對側入射的照明光b0由對側偏振片102而變成與其透射軸102a平行的直線偏振光b1，接著由對側λ/4板104而轉變為從該光的前進方向來看左旋或右旋的圓偏振光b2，入射到像素1的透射顯示部1b的光，入射到液晶元件100c的液晶層10中。
然後，當外加OFF電壓時，因上述液晶層10的液晶分子10a實際上成垂直取向，所以由上述對側λ/4板104而成為圓偏振光b2併入射到上述像素1的透射顯示部1b的光，幾乎不受上述液晶層10的雙折射作用的影響，直接以上述圓偏振光b2透過上述液晶層10，且如圖14A所示從上述液晶元件100c的觀察側射出。
從上述液晶元件100c的觀察側射出的上述圓偏振光b2，由觀察側λ/4板103轉變成具有實際上和觀察側偏振片101的吸收軸一致的振動面的直線偏振光，即轉變成實際上和透過上述對側偏振片102併入射的上述直線偏振光b1相同的直線偏振光b3，入射到觀察側偏振片101上，被該觀察側偏振片101吸收，上述外加OFF電壓的像素1的顯示變成黑暗的暗顯示。
另外，當外加ON電壓時，因上述液晶層10的液晶分子10a如同上述地在其分子長軸與沿著基板20、30面所形成的垂直取向膜的摩擦方向23a、33a的方向一致的情況下而倒伏取向，所以由上述對側λ/4板104而成為圓偏振光b2併入射到上述像素1的透射顯示部1b的光，在上述液晶層10的雙折射作用下改變偏振光狀態，從上述液晶元件100c的觀察側射出。
在外加該ON電壓時的上述反射顯示部1a的液晶層10的雙折射作用，使液晶分子10a倒伏取向時的上述透射顯示部1b的Δnd2如同上述為270±40nm，所以實際上和λ/2板相同，因此，由上述對側λ/4板104而成為圓偏振光b2併入射到上述透射顯示部1b的液晶層10的光，由上述液晶層10而成為實際上旋轉方向相反的圓偏振光b4，如圖14B所示從上述液晶元件100c的觀察側射出。
從上述液晶元件100c的觀察側射出的上述圓偏振光b4，由上述觀察側λ/4板103而成為具有實際上和觀察側偏振片101的透射軸101a一致的振動面的直線偏振光，即實際上垂直於透過上述對側偏振片102併入射的上述直線偏振光b1的直線偏振光b5，併入射到上述觀察側偏振片101，透過該觀察側偏振片101而從觀察側射出，成為由上述濾色器22R、22G、22B所著色的紅、綠、藍中任意一種顏色的明顯示。
即，該液晶顯示元件在利用來自上述面光源105的照明光進行透射顯示時也進行常黑模式的顯示，當通過外加OFF電壓使液晶分子10a以初始垂直取向狀態取向時，該顯示成為最暗的黑色的暗顯示，當通過外加ON電壓使上述液晶分子10a為倒伏取向時，該顯示成為最明亮的明顯示(著色的紅、綠、藍的顯示)。
因此，通過該液晶顯示元件，能得到寬視角、高對比度的顯示，而且，能進行利用外界光反射顯示的彩色圖像顯示和利用來自配置在觀察側對側的面光源105的照明光透射顯示的彩色圖像顯示這兩種顯示，並且能使這兩種彩色圖像足夠明亮。
並且，也能把上述面光源105作為利用外界光進行反射顯示時的輔助光源，此時，因上述的反射顯示和透射顯示都是常黑模式，所以能得到高對比度的顯示。
另外，該液晶顯示元件，使上述多個像素1的反射顯示部1a的液晶層厚d1小於透射顯示部1b的液晶層厚d2，所以可減小上述液晶層10對往復透過上述反射顯示部1a的液晶層10的光的雙折射作用和上述液晶層10對只一次透過上述透射顯示部1b的液晶層10的光的雙折射作用之間的差異，能夠幾乎沒有質量差異地顯示上述反射顯示的彩色圖像和上述透射顯示的彩色圖像。
在本實施例中，使上述反射顯示部1a的液晶層厚d1大致是上述透射顯示部1b的液晶層厚d2的1/2，當外加ON電壓時(液晶分子10a在其分子長軸與上述摩擦方向一致的情況下倒伏取向時)的上述反射顯示部1a的Δnd1和上述透射顯示部1b的Δnd2被分別設為Δnd1＝140±40nm，Δnd2＝270±40nm，所以如上所述，無論是上述反射顯示時還是上升透射顯示時，都能通過外加OFF電壓得到最暗的黑色的暗顯示，通過外加ON電壓得到最明亮的明顯示。
而且，在本實施例中，在上述液晶元件100c的一對基板20、30中的一方、例如觀察側基板20的內面上，對應於多個像素1的反射顯示部1a，設置有用於使上述反射顯示部1a的基板間隙厚度小於上述像素1的透射顯示部1b的基板間隙的透明膜26，所以能夠以簡單的構造使上述多個像素1的反射顯示部1a的液晶層厚d1小於透射顯示部1b的液晶層厚d2。
並且，在上述實施例中，對上述液晶元件100c的一對基板20、30的內面(垂直取向膜23、33的膜面)所進行的摩擦處理，可以在相互平行且相同的方向上進行，此時也和上述實施例相同，規定外加ON電壓時的液晶分子10a的倒伏方向為沿著上述摩擦方向的方向，從而能得到更高的對比度。
另外，上述摩擦處理可以僅對上述一對基板20、30中的任意一片的內面實施，或者對上述一對基板20、30均不實施。
圖15A、15B中用示意圖表示僅對上述一對基板的20、30中的任意一片，如對側基板30的內面進行摩擦處理時的液晶分子10a在外加OFF電壓時和外加ON電壓時的取向狀態。如此，只在對側基板30的內面進行摩擦處理時，通過外加ON電壓，液晶分子10a會從圖15A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態，如圖15B所示，其分子長軸與沿著上述對側基板30的垂直取向膜的摩擦方向33a的方向相一致而大致水平倒伏。此時，因存在相對於未進行摩擦處理的觀察側基板20的內面傾斜方向相反的取向狀態，所以能進一步擴大顯示的視角。
另外，圖16A、16B中用示意圖表示對上述一對基板的20、30都未進行摩擦處理時的液晶分子10a在外加OFF電壓時和外加ON電壓時的取向狀態。如此，當對一對基板20、30都不進行摩擦處理時，通過外加ON電壓，液晶分子10a會從圖16A所示的外加OFF電壓時的垂直取向狀態，轉變成如圖16B所示的、存在相對於一對基板20、30的內面的傾斜方向相反的2種取向狀態，所以能進一步擴大顯示的視角。
(第5實施例)另外，在上述實施例中，也可以在把液晶元件100c的多個像素1分別區分成反射顯示部1a和透射顯示部1b的反射機構34的反射面34a上形成凹凸形狀，並省略上述擴散層106。
圖17是表示本發明的第5實施例的液晶顯示元件的一部分的截面圖。該液晶顯示元件是具備通過在反射面上形成凹凸形狀的反射膜35a形成反射機構35的液晶元件100d的元件。
在本實施例中，上述液晶元件100d是在觀察側基板20的內面上設置有多個像素電極31、TFT32以及未圖示的門配線和數據配線，在對側基板30內面上設置有上述反射機構35、紅、綠、藍3色濾色器22R、22G、22B、基板間隙調整用透明膜36、對向電極21的有源矩陣液晶元件，形成上述反射機構35的反射膜35a被覆在設置於對側基板30的基板面上的、整個表面形成為凹凸面的透明凹凸面膜36上。
並且，本實施例的液晶顯示元件，上述液晶元件100d的液晶層10及多個像素1的反射顯示部1a的Δnd1和透射顯示部1b的Δnd2的值和上述第4實施例相同，另外，偏振片101、102和λ/4板103、104的配置狀態也和第4實施例相同，所以省略重複部分的說明。
本實施例的液晶顯示元件通過對應於上述液晶元件100d的多個像素1的每個像素的上述反射顯示部1a而設置、且反射面形成為凹凸形狀的多個反射膜35a，形成把上述液晶元件100d的多個像素1分別區分成反射顯示部1a和透射顯示部1b的反射機構35，所以能夠使利用外界光的反射顯示進一步變亮，並進一步擴大視角。
另外，在本實施例中，在上述液晶元件100d的對側基板30的基板面上設置整個表面形成凹凸形狀的凹凸面膜36，並在其上面形成上述反射膜35a，所以在利用來自面光源105的照明光進行透射顯示時，能射出由上述凹凸面膜36擴散的光，並擴大視角。
並且，也可通過其他方法在上述反射膜35a的反射面形成凹凸結構，另外，在上述透射顯示時，也可射出非擴散光。
權利要求
1.一種液晶顯示元件，其特徵在於，具備垂直取向型液晶元件，夾隔所述垂直取向型液晶元件而配置在其兩側的一對偏振片，和分別配置在所述垂直取向型液晶元件和所述一對偏振片之間的2片λ/4板；其中所述垂直取向型液晶元件具備相互對向配置的一對基板，分別設置在所述一對基板的相互對向的內面上、並由相互對向的區域形成多個像素的多個電極，和配置在所述一對基板之間、由液晶分子實際垂直於所述基板面而取向的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。
2.如權利要求1所述的液晶顯示元件，其特徵在於，在一對基板的形成有多個電極的內面上分別形成垂直取向膜，且在預先規定的方向上對所述一對基板當中的至少一片基板的內面進行摩擦處理。
3.如權利要求2所述的液晶顯示元件，其特徵在於，對分別形成在一對基板的內面上的垂直取向膜，在各自相互平行的方向上進行摩擦處理。
4.如權利要求1所述的液晶元件，其特徵在於，所述2片λ/4板，以使其各自的滯相軸相互垂直的方式配置。
5.如權利要求4所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述2片λ/4板當中的任意一片，以使其滯相軸相對於所述一對偏振片當中的任意一片的光學軸的交角實際成45°角的方式配置。
6.如權利要求5所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述2片λ/4板當中任意一片，以使其滯相軸垂直於所述垂直取向膜的摩擦方向的方式配置。
7.如權利要求1所述的液晶顯示元件，其特徵在於，進而具備反射機構，該反射機構配置在所述一對基板當中的與觀察側基板對向的對側基板的內面，把多個像素的每個像素分別區分成把從所述觀察側入射的光向所述觀察側反射的反射顯示部、和把從所述對側基板入射的光向所述觀察側透射的透射顯示部。
8.如權利要求1所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述垂直取向型液晶元件進而具備用於調整所述液晶層厚度的間隙調整膜。
9.一種液晶顯示元件，其特徵在於，具備垂直取向型液晶元件，夾隔所述垂直取向型液晶元件而配置在其兩側的一對偏振片，和配置在所述一對基板和所述一對偏振片之間當中的、至少觀察側基板和偏振片之間的1片λ/4板；其中所述垂直取向型液晶元件具備相互對向配置的一對基板，分別設置在所述一對基板的相互對向的內面上、並由相互對向的區域形成多個像素的電極，設置在所述一對基板中的一片基板的內面上並分別對應於所述多個像素的紅、綠、藍3色濾色器，設置在與所述一對基板的觀察側基板對向的對側基板上、並把所述多個像素的每個像素分別區分成把從所述觀察側入射的光向所述觀察側反射的反射顯示部、和把從所述對側基板入射的光向所述觀察側透射的透射顯示部的反射機構，和封入所述一對基板之間且由液晶分子的取向實際上垂直於所述基板面的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。
10.如權利要求9所述的液晶顯示元件，其特徵在於，把多個像素分別區分成反射顯示部和透射顯示部的反射機構，由對應於上述多個像素的每個像素的所述反射顯示部而設置的多個反射膜構成。
11.如權利要求10所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述反射膜的反射面上形成凹凸形狀。
12.如權利要求9所述的液晶顯示元件，其特徵在於，在分別對應於所述多個像素而設置的3色濾色器各自的每個所述反射顯示部上形成透明的開口部。
13.如權利要求11所述的液晶顯示元件，其特徵在於，在所述濾色器各自的每個所述反射顯示部上形成的透明開口部形成有透明部件。
14.如權利要求12所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述透明部件由覆蓋所述濾色器並用於調整液晶層的層厚的間隙調整膜構成。
15.一種液晶顯示元件，其特徵在於，具備垂直取向型液晶元件，夾隔所述垂直取向型液晶元件而配置在其兩側的一對偏振片，和分別配置在所述垂直取向型液晶元件和所述一對偏振片之間的2片λ/4板；其中所述垂直取向型液晶元件具備相互對向配置的一對基板，分別設置在所述一對基板的相互對向的內面上、並由相互對向的區域形成多個像素的電極，設置在所述一對基板中的一片基板的內面上並分別對應於所述多個像素的紅、綠、藍3色濾色器，設置在與所述一對基板的觀察側基板對向的對側基板上、並把所述多個像素的每個像素分別區分成把從所述觀察側入射的光向所述觀察側反射的反射顯示部、和把從所述對側基板入射的光向所述觀察側透射的透射顯示部的反射機構，在所述濾色器的各像素上對應於所述反射顯示部而設置、用於調整液晶層的層厚的透明部件，和封入所述一對基板之間且由液晶分子的取向實際上垂直於所述基板面、且上述多個像素的上述反射顯示部的層厚小於上述透射顯示部的層厚地形成的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。
16.如權利要求15所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述濾色器在對應於所述反射顯示部的位置上，形成用於使入射到所述反射顯示部的光的一部分不經著色而反射的開口部。
17.如權利要求15所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述透明部件由填埋所述濾色器開口部且在對應於所述反射顯示部的區域內所設置的用於使該反射顯示部的液晶層厚變薄的透明材料構成。
18.如權利要求15所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述多個電極分別由透明電極構成，所述反射機構比所述對側基板的所述透明電極更靠基板側，其中透明電極由透明導電部件形成。
19.如權利要求2所述的液晶顯示元件，其特徵在於，在各自相互平行的方向上對分別形成在所述一對基板內面上的垂直取向膜進行摩擦處理。
20.如權利要求4所述的液晶顯示元件，其特徵在於，所述2片λ/4板，使其各自的滯相軸相互垂直的方式配置；並且，所述2片λ/4板當中的任意一片，以使其滯相軸相對於所述一對偏振片當中的任意一片的光學軸的交角實際成45°角的方式配置。
全文摘要
本發明提供一種液晶顯示元件。由以下部分構成垂直取向型液晶元件一對基板、分別設置在所述一對基板的對向的內面上並用於形成多個像素的相互對向的多個電極、封入所述一對基板之間並由用於使液晶分子實際上垂直取向的介電各向異性為負的液晶材料構成的液晶層。夾隔該垂直取向型液晶元件而配置一對偏振片，並在所述垂直取向型液晶元件和夾隔該元件而配置的一對偏振片之間分別配置λ/4板。在所述垂直取向型液晶元件的相對向的一對基板之間，形成用於在透射顯示區域和反射顯示區域之間調整液晶層厚的液晶層厚調整膜。
文檔編號G02F1/137GK1603899SQ200410085729
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月30日 優先權日2003年9月30日
發明者小林君平, 荒井則博, 西野利晴 申請人:卡西歐計算機株式會社