CN1219233C - 液晶显示装置及其制造方法，以及电子仪器 - Google Patents

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Abstract

提供一种特别是提高透过模式时的显示亮度的可视性优异的半透过反射型的液晶显示装置。液晶显示装置(10)是一种将液晶层(16)夹持在上基板(14)与下基板(13)之间，在下基板(13)上设置半透过反射层(18)，同时在下基板(13)的外侧设置后照光(12)的半透过反射型的液晶显示装置。同时，在上基板(14)的外面一侧上设置上偏光板(36)，并且在下基板(13)的外面一侧上设置下偏光板(28)，依次设置仅在下基板(13)的内表面侧的反射显示区域(R)具有1/4波长的位相偏移的位相差层(20)和保护层(21)，设定成在不外加电压时的透过显示区域(T)的液晶层(16)的位相偏移为1/2波长，反射显示区域(R)的液晶层(16)的位相偏移为1/4波长。

Description

液晶显示装置及其制造方法，以及电子仪器
技术领域
本发明涉及液晶显示装置及其制造方法以及电子仪器，特别是，涉及在半透过反射式以及显示装置中，不仅在反射模式，在透过模式时也能够十分明亮地显示的具有优异的可视性的液晶显示装置的结构。
背景技术
在现有技术中，提出了一种在明亮的场所与通常的反射型的液晶显示装置一样利用外部光线，而在暗的场所则能够利用内部光源识别显示的液晶显示装置。这种液晶显示装置采用反射式和透过式兼备的显示方式，通过根据周围的亮度切换成反射显示或透过显示中的一种显示方式，在降低电力消耗的同时，在周围较暗的情况下，也能够进行清楚的显示。下面，在本说明书中，将这种液晶显示装置称之为“半透过反射式液晶显示装置”。作为半透过反射式液晶显示装置的一种形式，有人提出了将在铝等金属膜上形成光透过用开口部的反射膜配备在下基板的内表面上，使该反射膜具有作为半透过反射膜的功能的方案。该液晶显示装置通过将金属膜设置在下基板的内表面上而防止下基板的厚度造成的视差的影响，特别是在备有彩色滤光片的结构中，具有防止彩色混合的效果。此外，在本发明的说明书中，将构成液晶显示装置的各基板的液晶侧的面称之为“内表面”，与其相反侧的面称之为“外表面”。
图7是表示利用这种半透过反射膜的半透过反射式液晶显示装置的一个例子。
在该液晶显示装置100中，液晶层103被夹持在一对玻璃基板101、102之间，在下基板的内表面上，叠层具有开口部104a的半透过反射层104和由氧化铟锡(Indium Tin Oxide，下面称之为ITO)等透明导电膜叠层构成的透明电极108，并以覆盖透明电极108的方式形成有取向膜107。另一方面，在上基板102的内表面上，形成由ITO等透明导电膜形成的透明电极112，以覆盖该透明电极112的方式形成有取向膜113。此外，在上基板102的外表面侧，从上基板102一侧开始，依次配置两个位相差板118、119(这些位相差板起着1/4波长片120的作用)以及上偏光板114，在下基板101的外表面一侧依次设置1/4波长片115以及下偏光板116。此外，将光源122，导光板123，反射板124等构成的后照光(照明机构)配置在下偏光板116的下方。此外，1/4波长板115，120可以在某一波长区域将直线偏振光基本上变成圆偏振光。
下面，用图8说明图7所示的半透过反射式液晶显示装置100的显示原理。此外，在图8中，在图7的液晶显示装置的结构要素中，只表示出为了说明显示原理所必须的部件。
首先，在进行暗显示的情况下，在液晶层103上外加电压(接通状态)，处于在液晶层103上没有位相偏移的状态。在反射显示时，当令上偏光板114的透过轴垂直于纸面时，从上偏光板114上方入射的光透过上偏光板114后，变成垂直于纸面的直线偏振光，进一步透过1/4波长片120之后，变成左旋圆偏振光，并保持这种状态透过液晶层103。同时，当在下基板101上的半透过反射层104的表面上反射时，旋转方向反转，变成右旋圆偏振光，并保持这种状态透过液晶层103，在透过1/4波长片120后，变成与纸面平行的直线偏振光。这里，由于上偏光板114具有垂直于纸面的透过轴，所以反射光被上偏光板114吸收，不返回到外部(观察者一侧)，成为暗显示。
另一方面，在透过显示中，从后照光117射出的光在使下偏光板116的透过轴平行于纸面时透过下偏光板116，之后，变成平行于纸面的直线偏振光，进一步透过1/4波长片115后，变成右旋圆偏振光，并保持这种状态透过液晶层103。然后，右旋圆偏振光透过1/4波长片120后，保持平行于纸面的直线偏振光，与反射模式一样，被上偏光板114吸收，成为暗显示。
其次，在进行明显示的情况下，为不向液晶层103上外加电压的状态(断开状态)，设定成利用这时的液晶层103的双折射效应使相位偏差为1/4波长。在反射显示中，从上偏光板114的上方入射的、透过上偏光板114、1/4波长片120后的左旋圆偏振光透过液晶层103，在到达半透过反射层104的表面的阶段变成平行于纸面的直线偏振光。然后，在半透过反射层104的表面反射，当透过液晶层103时，再次变成左旋圆偏振光，透过1/4波长片120后，变成垂直于纸面的直线偏振光。这里，由于上偏光板114具有垂直于纸面的透过轴，所以，反射光透过上偏光板114返回到外部(观察者一侧)，成为明显示。
另一方面，在透过显示中，从后照光117入射、透过下偏光板116、1/4波长片115后的右旋圆偏振光在透过液晶层103的阶段变成垂直于纸面的直线偏振光。然后，当垂直于纸面的直线偏振光透过1/4波长片120时变成左旋圆偏振光，由于上偏光板114具有垂直于纸面的透过轴，所以，在左旋圆偏振光中，只有垂直于纸面的直线偏振光透过上偏光板114，成为明显示。
专利文献1
特许第3235102号公报
这样，根据图7，图8所示的液晶显示装置100，尽管与有无外部光无关，都能够进行可视的显示，但是，存在着与反射显示相比，透过显示的亮度不足的问题。
作为原因之一，如图8的显示原理的说明中所述，在以透过显示进行明显示的情况下，由于透过液晶层103，1/4波长片120(相位差板118、119)而入射到上偏光板114的光成为圆偏振光，所以其圆偏振光的大致一半被上偏光板114吸收，无助于显示的缘故。
此外，作为另外的原因之一，当从后照光117射出的光中不通过半透过反射层104的开口部104a的光在半透过反射层104的背面被反射时，旋转方向反转，成为左旋圆偏振光，当透过1/4波长片115时成为垂直于纸面的直线偏振光。然后，该直线偏振光被具有平行于纸面的透过轴的下偏光板116吸收。就是说，假如从后照光117射出的光中的不通过开口部的光不被下偏光板116吸收，而是透过下偏光板116返回到后照光117的话，该返回的光再次向液晶盒射出，会有效地提高后照光117的亮度，但在实际上，在半透过反射层104的背面被反射后，基本上被下偏光板116全部吸收，不能再次加以利用。
进而，在图7所示的液晶显示装置中，由于必须在夹持液晶层的一对基板的两个外表面上粘贴多个位相差板或偏光板，所以，存在着结构复杂，部件数目多，制造成本高，难以薄型化的问题。
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的是提供一种在可以进行反射显示和透过显示两种显示的半透过反射式液晶显示装置中，特别是提高在透过模式时的显示亮度的可视性优异的液晶显示装置的制造方法。此外，本发明的目的是，提供配备了具有优异的可视性的液晶显示部的电子仪器。
发明内容
为达到上述目的，本发明的液晶显示装置是一种在相互对向的上基板和下基板之间夹持液晶层，在一个基点的区域内具有透过显示区域和反射显示区域的半透过反射型的液晶显示装置、在前述透过显示区域中的前述液晶层的厚度大于在前述反射显示区域中的前述液晶层的厚度，其特征为，在前述上基板的外面侧设置上偏光板，同时，在前述下基板的外面侧设置下偏光板，在前述下基板的内面侧的前述反射显示区域上，从基板侧起依次设置反射层和位相差层，在外加选择电压时和不外加选择电压时的任一种情况下，在前述透过显示区域的前述液晶层的位相差大于前述反射显示区域中的前述液晶层的位相差。
在降低透过显示的亮度的几个主要原因中，需要解决从后照光射出的、在半透过反射层的背面反射的光被下偏光板吸收而不能再次利用的问题，本申请人已经提出只在下基板的内表面侧的透过显示区域中设置位相差层(1/4波长)的液晶显示装置的申请。根据这种结构，在下基板与后照光之间不设置位相差板(1/4波长板)，在半透过反射层的背面反射的光原封不动地透过下偏光板，由后照光的反射板反射，再次入射到液晶面板内，所以，可以有效地利用后照光。不过，在这种结构中，由于只将下侧位相差板配置在液晶面板的内表面上，上侧的位相差板、偏光板等的结构不变，并且，透过显示的原理也不变，所以，并没有解决圆偏振光的大约一半被上偏光板吸收，透过显示变暗的问题，以及结构复杂，部件数目多等问题。
以下，本发明人等想出了一种结构，这种结构与上述结构相反，只在下基板的内表面的反射显示区域内设置位相差层，为了补偿由于该位相差层的存在只附加在反射显示区域上的位相差，使透过显示区域的液晶层的位相差大于反射显示区域中的液晶层的位相差。在这种结构中，通过位相差层，液晶层的位相差等设定条件，可以在透过显示中只用直线偏振光进行显示，不仅没有下侧的位相差板，也可以不要上侧位相差板。其结果是，可以解决现有技术的结构中由于圆偏振光的大约一半被上偏光板吸收而透过显示变成暗显示的问题，与现有技术相比，可以进行明亮的透过显示。此外，与现有技术相比，其结构简单，可以将装置薄型化。此外，关于本发明的液晶显示装置的显示原理，在“具体实施方式”中进行说明。
作为使透过显示区域的液晶层的位相差大于反射显示区域的液晶层的位相差的手段，例如，当令液晶层厚度为d，液晶的折射率各向异性为Δn时，位相差(延迟)由乘积Δn·d表示，所以可以使液晶层的厚度d，液晶的折射率各向异性Δn至少其中之一在透过显示区域和反射显示区域不同即可。但是，在实际上，由于很难使透过显示区域和反射显示区域的液晶的折射率各向异性Δn有大的变化，所以很容易将在透过显示区域的液晶层的厚度设定得大于反射显示区域的液晶层的厚度。
此外，前述位相差层对透过光给予大致1/4波长的位相偏移，在透过显示区域的液晶层的层厚约为反射显示区域的液晶层的层厚的2倍，优选地，使在外加选择电压时，不外加选择电压时任何一种情况下的液晶层的位相偏移在反射显示区域基本上为0，在透过显示区域基本上为0，同时，在另外一种情况下使液晶层的位相偏移在反射显示区域基本上为1/4波长，在透过显示区域基本上为1/2波长。
这里，所谓“1/4波长的位相偏移”指的是当直线偏振光入射到光学各向异性体(例如液晶和位相差板)上时射出光变为圆偏振光，所谓“1/2波长的位相偏移”指的是射出光变成具有与入射光的直线偏振光的方向垂直的直线偏振光，“0位相偏移”或“没有位相偏移”指的是射出光变成具有和入射光的直线偏振光的方向平行的方向的直线偏振光。
采用这种结构，可以在反射显示和透过显示中，使透过上偏光板的偏光状态成为基本上同一方向的直线偏振光，令在反射显示区域的位相偏移和透过显示区域的位相偏移基本上相等。借此，可以成为光的利用效率提高到最高，透过显示最为明亮的结构。此外，可以获得反差高的显示。
前述位相差层可以用高分子液晶构成。
采用这种结构，可以在基板的内表面侧比较容易地形成位相差层。
此外，优选地，在前述位相差层上设置绝缘层。
在本发明的液晶显示装置中，特别是在用高分子液晶形成位相差层的情况下，当在位相差层上设置绝缘层时，绝缘层起着保护膜的作用，可以防止位相差层变质等。此外，在本发明的结构中，由于只在反射显示区域设置位相差层，所以如果在该位相差层上形成绝缘膜的话，可以很容易实现使反射显示区域的液晶层的层厚小于透过显示区域的液晶层的层厚的结构。同时，通过调整绝缘层的膜厚，例如可以比较容易地将透过显示区域的液晶层的层厚制成反射显示区域的液晶层的层厚的2倍。
如上述绝缘层那样，优选地，在前述位相差层上在透过显示区域和反射显示区域设置调整液晶层的层厚用的液晶层厚度调整层。
在制成这种结构的场合，通过调整液晶层厚度调整层的层厚，可以很容易实现使反射显示区域的液晶层的层厚小于透过显示区域的液晶层的层厚。同时，例如可以比较容易地使透过显示区域的液晶层的层厚为反射显示区域的液晶层的层厚的大致2倍。
此外，前述位相差层也可以具有在透过显示区域和反射显示区域调整液晶层的层厚用的液晶层厚度调整层的功能。
即，由于位相差层只设在反射显示区域，所以，通过调整位相差层的层厚，可以使位相差层本身具有作为将反射显示区域侧的液晶层的厚度减小用的液晶层厚度调整层的功能。采用这种结构，由于不必另外设置由绝缘层等构成的液晶层厚度调整层，所以，可以简化装置的结构或制造工艺。
上基板的摩擦(ラビング)轴和上偏光板的透过轴垂直或者平行，优选地，液晶层的液晶分子在不外加选择电压时，在上基板和下基板之间扭转大约90°。
采用这种结构，在透过显示区域外加选择电压时或者不外加选择电压时的位相偏移因旋光性而变成1/2波长或者0。即，由于透过显示成为利用直线偏振光的TN(Twisted Nematic：扭转向列)旋光性模式的显示，所以，光的利用效率高，可以进行明亮的显示，同时还可以加宽视角。
此外，这时，优选地，使反射显示区域的液晶层的位相差在130nm以上，340nm以下。
采用这种液晶层的位相差非常小的结构，不进行充分的旋光，在反射显示区域的液晶层外加选择电压或者不外加选择电压时的位相偏移为1/4波长或者0。借此，可以充分确保反射显示的可视性。另外，后面描述上述位相差的数值范围是优选的理由。
进而，在下偏光板的外面侧优选地设置具有与下偏光板的透过轴大致平行的透过轴的反射偏光板。
采用这种结构，在从后照光射出的光中，在没有反射偏光板时本应被下偏光板吸收的直线偏振光被反射偏光板反射返回到后照光，该光可以再次用于透过显示。该直线偏振光之所以透过反射偏光板而有助于显示，是由于由反射偏光板反射的直线偏振光在反复进行反射当中，偏光轴方向变化，变换成具有与当初不同方向的偏光轴的直线偏振光的缘故。当采用这种结构时，可以使透过显示进一步变得明亮。
本发明的液晶显示装置的制造方法的特征为，它包括：在前述下基板上的相当于前述反射显示区域的区域上形成反射层的工序，在依次形成高分子液晶层和感光性树脂层之后，通过利用光刻法将前述感光性树脂层形成图形，以形成图形的感光性树脂层作为掩模，对前述高分子液晶层进行蚀刻，在局部上残留有前述高分子液晶层，在前述反射层的上方形成由前述高分子液晶层构成的位相差层的工序。
本发明的液晶显示装置的制造方法的特征为，它包括：在前述下基板上的相当于前述反射显示区域的区域上形成反射层的工序，在形成了由液晶性单体构成的层之后，通过利用光刻法使前述液晶性单体局部光聚合，形成液晶性单体聚合物，在前述反射层的上方形成由前述液晶性单体聚合物构成的位相差层的工序。此外，这里所说的“液晶性单体”是指其本身可以取液晶相，或者其本身不取液晶相，但在混入液晶相内时，不使之失去混合物的液晶状态的单体。
在任何一种方法中，可以用通常的光刻方法比较容易地实现仅在反射显示区域局部地形成位相差层的结构。同时，例如在形成位相差层之后，形成感光性树脂，通过利用光刻法将感光性树脂形成图形，使位相差层的上方残留感光性树脂层的话，可以很容易地实现令反射显示区域的液晶层的层厚小于透过显示区域的液晶层的层厚的结构。
本发明的电子仪器的特征为，具备上述本发明的液晶显示装置。
采用这种结构，可以提供一种具有在透过模式时的显示也很明亮、可视性优异的液晶显示部的电子仪器。
如上面详细说明的，根据本发明的结构，可以不要现有技术的装置中的位相差板，可以解决透过液晶层的圆偏振光的大致一半被上偏光板吸收、透过显示变暗的现有技术中的问题，与可以再次利用半透过反射层的下表面反射的光的效果相结合，在维持反射显示的亮度的同时可以使透过显示变得明亮。此外，与现有技术相比，结构简单，可以将液晶显示装置薄型化。
附图说明
图1是表示本发明的第一种实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
图2是用于说明本发明的第一种实施方式的液晶显示装置的显示原理的图示，图中只表示出说明显示原理所必须的结构要素。
图3是表示本发明的第二种实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
图4是表示根据本发明的电子仪器的一个例子的透视图。
图5是表示根据本发明的电子仪器的另一个例子的透视图。
图6是表示根据本发明的电子仪器的再一个例子的透视图。
图7是表示现有技术的液晶显示装置的一个例子的简略结构的剖面图。
图8是用于说明现有技术的液晶显示装置的显示原理的图示，图中只表示出为说明显示原理所必须的结构要素。
图9是表示本发明的第三种实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
图10是表示本发明的第四种实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
图11是表示本发明的另外一种实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
图12是表示本发明的另外一种实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
图13是表示在本发明的液晶显示装置中反射显示区域的Δn·d与反射率的相关关系的模拟结果。
具体实施方式
[第一种实施方式]
下面参照图1，图2说明本发明的第一种实施方式。
图1是表示本实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。图2是用于说明其显示原理的图示，只表示出了说明显示原理所必须的结构要素。本实施方式是有源阵列式的半透过反射型的彩色液晶显示装置的例子。此外，在下面所有的图中，为了易于看图，使各结构要素的膜厚及尺寸的比例适当地不同。
本实施方式的液晶显示装置10如图1所示，备有液晶盒11和后照光12(照明装置)。液晶盒11是，对向地配置下基板13和上基板14，将TN(Twisted Nematic：扭转向列)液晶等封装到由上基板14和下基板13夹持的空间内，形成液晶层16。
然后，在液晶盒11的后面侧(下基板13的外面侧)配置后照光12。
在由玻璃或塑料等透光材料构成的下基板13的内表面侧上形成铝、银、或者它们的合金等高反射率的金属膜构成的半透过反射层18。在半透过反射层18上，按每个象素设置使从后照光12射出的光透过用的开口部18a，在半透过反射层18的形成区域中，实际上存在金属膜的部分构成反射显示区域R，开口部18a的部分构成透过显示区域T。
在反射显示区域R的半透过反射层18上，从基板一侧开始，依次叠层位相差层20和保护层21。位相差层20例如由高分子液晶构成，给予入射到液晶盒11上的可见光以1/4波长的位相偏移。保护层21例如由丙烯酸系感光树脂等绝缘膜构成。
这些位相差层20和保护层21例如可以用以下两种方法形成。
第一种方法，首先一开始，利用旋转法或者丝网印刷法在形成半透过反射层18的基板上涂布取向膜材料SE-3140(商品名，日产化学(株)制)，烧结后，进行摩擦(ラビング)处理。其次，利用旋转法(例如转速为700rpm，30秒钟)在该取向膜上涂布高分子液晶溶液。这里使用的高分子液晶例如是PLC-7023(商品名，旭电化工业(株)制)的8％溶液，溶媒为环己酮和甲基-乙基甲酮的混合液，各向同性转变温度为170℃。折射率各向异性Δn为0.21。
其次，在80℃下进行1分钟的高分子液晶层的预烘干，进而，在高分子液晶的各向同性转变温度(170℃)以上的180℃下加热30分钟，徐徐地冷却，使高分子液晶取向。本发明者等人在这种条件下进行实际制造，所得膜厚为630nm，位相差133nm。
其次，用旋转法(例如转速700rpm，30秒钟)涂布作为保护层的材料的丙烯酸系感光性树脂NN-525(商品名，JSR(株)制)。这时的膜厚为2.3μm。其次，在80℃下进行3分钟的保护层的预烘干之后，利用光掩模进行曝光(例如曝光强度为140mJ/cm2，该强度为利用在350nm具有灵敏度的紫外线光量计测定的值)，在碱性显影液中与室温下浸渍90秒钟进行显影，使之只在反射显示区域残存保护层。此外，由于上述丙烯酸系感光性树脂是负型的，所以，为了在反射显示区域进行曝光必须预先形成光掩模。
其次，为了使保护层完全硬化，用2000mJ/cm2的曝光强度进行后续曝光。此外，在1000mJ/cm2以下时，在以后的工序的高分子液晶显影时保护层会发生剥离，但当在1300mJ/cm2以上时未发生问题，因此设定为2000mJ/cm2。其次，在N甲基-2吡咯烷构成的蚀刻液中，于室温下浸渍30分钟，进行高分子液晶的蚀刻。其次，通过将该基板在80℃下干燥3分钟，形成由高分子液晶构成的位相差层和由丙烯酸系感光性树脂构成的保护层21。
第二种方法和第一种方法一样，在形成取向模的基板上，利用旋转法(例如转速700rpm，30秒钟)涂布作为液晶性单体的可用紫外线固化的液晶UCL-008-K1商品名，大日本インキ化学工业(株)制)的溶液。这里使用的液晶性单体溶液是用N甲基-2吡咯烷和γ-丁内酯的混合溶媒中稀释到25％的溶液，各向同性转变温度69℃，折射率各向异性Δn为0.20。
其次，使液晶性单体在60℃下干燥5分钟，在各向同性转变温度(69℃)以上的90℃下加热5分钟之后，慢慢冷却，使液晶性单体取向。本发明人等在这种条件下进行了实际的制造，获得膜厚为650nm。然后，透过用光掩模进行曝光(例如曝光强度3000mJ/cm2)，将液晶性单体局部光聚合后，在碱性显影液或者酮系有机溶剂中浸渍60秒钟进行显影，使得只在反射显示区域残存液晶性单体的聚合物。借此，形成由液晶性单体聚合物形成的位相差层20。然后，和第一种方法一样，在位相差层20上形成保护层21。
这样，在本实施方式的液晶显示装置10中，通过只在反射显示区域R上设置位相差层20、保护层21，在反射显示区域R和透过显示区域T之间形成阶梯差。同时，沿该阶梯差形成由ITO等透明导电膜构成的象素电极23，为了覆盖象素电极23叠层聚酰亚胺等构成的取向膜24。在本实施方式的场合，下基板13由形成了TFT等象素开关元件，数据线，扫描线等的元件基板构成，但在图1中，省略了象素开关元件，数据线，扫描线等。此外，在下基板13的外侧上设置下偏光板28，不设置现有技术中的位相差板。
另一方面，在由玻璃或塑料等透光性材料构成的上基板14的内表面一侧上，依次叠层由ITO等透明导电膜构成的公用电极32，聚酰亚胺等构成的取向膜33。此外，在上基板14的外面一侧上设置上偏光板36，不设置现有技术中的位相差板。此外，图中省略，在上基板的内表面一侧设置具有R(红)、G(绿)、B(蓝)各色素层的彩色滤光片。
夹持在上基板14和下基板13之间的液晶层16只在反射显示区域R设置位相差层20和保护层21，通过将这些层向液晶层16一侧突出地形成，在反射显示区域R和透过显示区域T的层厚度不同。在本实施方式的情况下，保护层21的厚度大致为位相差层20的膜厚的4倍左右，液晶层16的层厚主要由保护层21的膜厚进行调整。具体地说，透过显示区域T的液晶层16的厚度大致是反射显示区域R的液晶层16的层厚的2倍。同时，作为液晶材料利用正型晶体，在外加选择电压(电压接通)时，液晶分子沿电场方向竖立，液晶层16的位相偏移在反射显示区域R、透过显示区域T均为0，另一方面，在不外加选择电压(电压断开)时，液晶分子成为躺倒状态，以使得液晶层16的位相偏移在反射显示区域R为1/4波长，在透过显示区域T为1/2波长的方式，设定液晶折射率各向异性Δn和液晶层厚d。上基板14的摩擦轴和上偏光板36的透过轴垂直或者平行，在不外加选择电压时，液晶层16的液晶分子在上基板14和下基板13之间处于扭转90°的状态。
此外，后照光12具有光源37，反射板38和导光板39，在导光板39的下侧(与液晶面板1的相反侧)上，设置使透过导光板39中的光向液晶盒11一侧射出的反射板40。
下面，用图2说明本实施方式的液晶显示装置10的显示原理。
首先，在进行暗显示的情况下，是将电压外加到液晶层16上的状态(外加选择电压的状态)，液晶层16处的位相偏移为0(没有位相偏移)。在反射显示时，当令上偏光板36的透过轴垂直于纸面时，从上偏光板36入射的光透过上偏光板36之后，变成垂直于纸面的直线偏振光，由下基板13上的位相差层20给予1/4波长的位相差，透过位相差层20之后，变成左旋圆偏振光。其次，当该圆偏振光在半透过反射层18的表面上反射时，旋转方向反转，成为右旋圆偏振光。再次透过位相差层20之后，变成平行于纸面的直线偏振光，在这种状态下透过液晶层16。这里，由于上偏光板36具有垂直于纸面的透过轴，所以，平行于纸面的直线偏振光被上偏光板36吸收，不返回到外部(观察者一侧)，成为暗显示。
另一方面，在透过显示时，从后照光12射出的光在下偏光板28的透过轴平行于纸面的场合透过下偏光板28，之后，变成平行于纸面的直线偏振光，以这种状态透过液晶层16。该光与反射模式一样，由于被上偏光板36吸收，成为暗显示。
其次，在明显示的情况下，是不向液晶层16外加电压的状态(不外加选择电压的状态)，在反射显示区域R的位相偏移为1/4波长，在透过显示区域T的位相偏移为1/2波长。在反射显示中，透过上偏光板114垂直于纸面的直线偏振光由液晶层16赋予1/4波长的位相偏移，在透过液晶层16到达位相差层20的表面的阶段成为左旋圆偏振光。同时，透过位相差层20之后，变成平行于纸面的直线偏振光，在半透过反射层18的表面以这种偏光状态反射，当再次透过位相差层20时，返回到左旋圆偏振光。其次，在该光再次透过液晶层16的阶段，返回到垂直于纸面的直线偏振光，透过具有垂直于纸面的透过轴的上偏光板36，返回到外部(观察者一侧)，成为明显示。
另一方面，在透过显示中，从后照光12射出的、透过下偏光板28的平行于纸面的直线偏振光由液晶层所具有的旋光性给予1/2波长的位相偏移，在透过液晶层16的阶段变成垂直于纸面的直线偏振光，透过具有垂直于纸面的透过轴的上偏光板36返回到外部，成为明显示。
此外，在透过显示中，在透过下偏光板28的平行于纸面的直线偏振光中，在半透过反射层18的背面反射的光原封不动透过下偏光板28返回到后照光12，由后照光12下面的反射片40反射，再次向液晶盒11射出，所以，可以再度利用在半透过反射层18的背面反射的光，有助于透过显示。
在本实施方式的液晶显示装置10中，只在下基板13内表面侧的反射显示区域R上设置具有1/4波长位相差的位相差层20，进而，使透过显示区域T的液晶层16的层厚大致为反射显示区域R的液晶层16的层厚的2倍，通过令不外加电压时的液晶层16的位相偏移在反射显示区域R为1/4波长，在透过显示区域T为1/2波长，使得对于透过显示可以只用直线偏振光进行，可以不要图7所示的现有技术的装置中使用的液晶盒的上下位相差板。
采用这种结构，由于可以同时解决在现有技术结构中从液晶层侧入射的圆偏振光的大致一半被上偏光板吸收使透过显示变暗的问题，以及在半透过反射层的背面被反射的照明光被下偏光板吸收而不能再次利用的问题，所以，与现有技术相比，可以使透过显示变亮。此外，在本实施方式的情况下，特别是，由于通过使透过显示区域T的位相差为反射显示区域R的2倍，可以在反射显示和透过显示中与透过上偏光板36之前的偏光状态统一成相同方向的直线偏振光，所以可以把光的利用效率提高到最高，可以制成最亮的透过显示结构。此外，可以获得高反差的显示。特别是，由于在本实施方式的场合，透过显示为利用直线偏振光的TN模式的显示，所以，光利用效率高，在可以进行亮的显示的同时，可以扩大视角。此外，即使在透过显示区域的盒的厚度不均匀，进而，即使其厚度相当厚，变成反射显示区域的盒厚的2倍以上(例如3倍，4倍)，由于利用旋光性，仍然可以进行高反差的显示。
采用本实施方式的结构，用高分子液晶形成位相差层20，但由于在其上形成绝缘膜，该绝缘膜起着作为保护膜21的作用，所以可以防止位相差层20的变质等。此外，由于只在反射显示区域R设置位相差层20，所以，通过在该位相差层20上形成保护层21，可以实现将反射显示区域R的液晶层16的层厚比透过显示区域T的液晶层16的层厚小的结构。进而，由于不必外加位相差板，所以比现有技术的结构简单，可以减少部件的数目，可以使装置薄型化。
本发明者，利用模拟求出了在本实施方式的液晶显示装置中反射显示区域的位相差(延迟R＝Δn·d)与反射率的相互关系。模拟的结果示于图13。图13的横轴为Δn·d[nm]，纵轴为反射率[-]。在本实施方式的情况下，由于透过显示为TN模式的显示，所以光的利用率高，成为明显示，另一方面，对于反射显示，作为在实用上所必须的亮度，至少要求反射率在20％以上。为了获得这种大小的反射率，反射显区域的位相差(Δn·d)需要在130nm≤Δn·d≤340nm的范围内。通过以满足这一条件的方式设定反射显示区域的Δn·d，可以确保反射显示的可视性。
[第二种实施方式]
下面，参照图3说明本发明的第二种实施方式。
图3是表示本实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。本实施方式的液晶显示装置的基本结构与第一种实施方式一样，不同之处为，在下基板的外面侧附加反射偏光板。从而，在图3中，与图1相同的结构部件赋予相同的标号，省略其详细说明。
如图3所示，本实施方式的液晶显示装置50在下基板13的外面侧、更具体地说是在下偏光板28的外面侧设置反射偏光板51。反射偏光板51具有透过规定方向的直线偏振光的透过轴，具有反射与其透过轴垂直的方向的直线偏振光的功能。反射偏振光51配置成其透过轴基本上平行于下偏光板28的透过轴。作为反射偏光板51，例如，使用D-BEF(商品名，住友スリ-エム(株)制)，PCF(商品名，日东电工(株)制，特开平10-319235号公报公开)等。
在本实施方式的液晶显示装置50中，与现有技术相比，也可以获得与第一种实施方式同样的效果，即能够进行明亮的透过显示，获得高反差的显示，减少部件数目，并使装置薄型化。
进而，在第一种实施方式中，在透过显示中，由于当来自后照光12的光入射到下偏光板28上时，只有与下偏光板28的透过轴一致的直线偏振光透过，除此之外的直线偏振光被下偏光板28吸收，所以，不能使用该光进行显示。与此相对，在本实施方式的情况下，由于来自后照光12的光在入射到下偏光板28上之前入射到反射偏光板51上，所以，在第一种实施方式中被下偏光板28吸收的直线偏振光在此前在反射偏光板51上反射，可以再次利用该光用于透过显示。从而，采用本实施方式的结构，在透过显示中，除具有第一种实施方式的效果，即，透过液晶层16的光不被上偏光板36吸收的效果，以及可以再次利用被半透过反射层18的表面反射的光进行显示的效果之外，与从后照光12射出的光不被下偏光板28吸收的效果相结合，可以进行比第一种实施方式更亮的透过显示。
[第三种实施方式]
下面，参照图9说明本发明的第三种实施方式。
图9是表示本实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。
本发明的实施方式的液晶显示装置的基本结构与第一种实施方式相同，不同之处在于，在下基板上分别备有反射显示用和透过显示用彩色滤光片。从而，在图9中，与图1相同的结构部件赋予相同的标号，省略其详细说明。
如图9所示，本实施方式的液晶显示装置60在下基板13的内表面侧形成具有光透过用开口部18a的半入射反射层18，在相当于反射显示区域R的半透过反射层18上形成反射显示用的彩色滤光片的色素层61R，另一方面，在相当于透过显示区域T的开口部18a上形成透过显示用的彩色滤光片的色素层61T。将反射显示用彩色滤光片的色素层61R调整得比透过显示用彩色滤光片61T彩色的色度低。反射显示用彩色滤光片的色素层61R上形成由丙烯酸树脂等构成的绝缘层62，该绝缘层62具有使反射显示区域R处的液晶层厚小于透过显示区域T的液晶层厚用的液晶层厚度调整层的功能。在绝缘层62上，形成和第一种实施方式同样的位相差层20，在其上依次叠层象素电极23和取向膜24。上基板14一侧的结构与第一、第二种实施方式一样。
在本实施方式的液晶显示装置60中，与现有技术相比，可以获得与第一和第二种实施方式相同的效果，即能够进行明亮的透过显示、获得反差高的显示，减少部件的数目，并使装置薄型化。进而，在本实施方式的液晶显示装置60中，在反射显示区域R，光两次透过彩色滤光片，在透过显示区域T，光仅一次透过滤光片。从而，假如在反射显示区域R和透过显示区域T中，采用相同的彩色滤光片的话，反射显示的彩色会比透过显示的彩色浓，彩色的色度平衡变差。关于这一问题，由于在本实施方式中，将反射显示用彩色滤光片和透过显示用彩色滤光片分开制作，并设定得反射显示用彩色滤光片的色素层61R比透过显示用彩色滤光片的色素层61T的彩色的色度低，所以，在反射显示和透过显示中，显示的彩色的色度平衡良好。
[第四种实施方式]
下面，参照图10说明本发明的第四种实施方式。
图10是表示本实施方式的液晶显示装置的简略结构的剖面图。本实施方式的液晶显示装置的基本结构与第一种实施方式的相同，不同之处仅在于不存在下基板上的绝缘层。从而，在图10中，与图1相同的结构部件赋予相同的标号，省略其详细说明。
如图10所示，本实施方式的液晶显示装置70在下基板13的内表面一侧形成半透过反射层18，在相当于显示区域R的半透过反射层18上形成反射显示用彩色滤光片的色素层61R，另一方面，在相当于透过显示区域T的开口部18a上形成透过显示用彩色滤光片的色素层61T。将反射显示用彩色滤光片的色素层61R调整成低于透过显示用彩色滤光片的色素层61T的彩色的色度。
到此为止的结构和第三种实施方式的结构相同。同时，在反射显示用彩色滤光片的色素层61R上形成位相差层20，该位相差层20本身具有用于使反射显示区域R的液晶层厚小于透过显示区域T的液晶层厚的液晶层厚度调整层的功能。在其上依次叠层象素电极23和取向膜24。上基板14一侧的结构与第一～第三种实施方式相同。
在本实施方式的液晶显示装置70中，与现有技术相比，可以获得和上述实施方式相同的效果，即能够进行明亮的透过显示，获得反差高的显示，减少部件数目，使装置薄型化，反射显示和透过显示中的显示彩色的色度平衡良好。进而，在本实施方式的情况下，由于位相差层20兼作液晶层厚度调整层，所以，不必另外形成绝缘膜，例如，与第三种实施方式相比，可以进一步简化制造工艺。
此外，关于起着液晶层厚度调整层作用的绝缘层与半透过反射层的位置关系，如图11所示，可以采用在绝缘层62的上层侧形成半透过反射层18，进而，在半透过反射层18上形成位相差层20的结构。或者，也可以如图12所示，采用在下基板13一侧形成半透过反射层18和位相差层20，在上基板14一侧形成绝缘层62的结构。
[电子仪器]
下面说明配备有上述实施方式的液晶显示装置的电子仪器的例子。
图4是便携式电话的一个例子的透视图。在图4中，标号1000表示便携式电话主体，标号1001表示使用上述液晶显示装置的液晶显示部。
图5是手表型电子仪器的一个例子的透视图。在图5中，标号1100表示手表主体，标号1101表示利用上述液晶显示装置的液晶显示部。
图6是表示打字机，个人计算机等便携式信息处理装置的一个例子的透视图。在图6中，标号1200是信息处理装置，标号1202是键盘等输入部，标号1204是信息处理装置主体，1206是利用上述液晶显示装置的液晶显示部。
图4～图6中所示的电子仪器由于备有利用上述实施方式的液晶显示装置的液晶显示部，所以可以实现具有在透过模式获得明亮显示的显示部。
此外，本发明的技术范围并不局限于上述实施方式，在不超出本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，令反射显示区域上的位相差层的位相差为1/4波长，在透过显示区域的液晶层的层厚是反射显示区域的2倍，在外加选择电压时的液晶层的位相偏移在反射显示区域、透过显示区域均为0，在不外加选择电压时的液晶层的位相偏移在反射显示区域为1/4波长，在透过显示区域为1/2波长。这种设定是使透过显示最明亮、反差提高得最高的结构，但是，各部的位相偏移也可以不必一定像上述那样设定，至少只给予反射显示区域位相偏移，为了缓和该位相偏移，可以使透过显示区域的位相偏移大于反射显示区域的位相偏移。采用这种结构，至少与现有技术相比可以进行明亮透过显示。
此外，在上述实施方式中，对利用正型液晶，其初始状态为水平取向，在外加电压时相位偏移为0，在不外加电压时反射显示区域的位相偏移为1/4波长，透过显示区域的位相偏移为1/2波长的例子进行了说明，但与此相反，也可以采用利用负型液晶，初始状为垂直取向，在不外加电压时位相偏移为0，在外加电压时反射显示区域的位相偏移为1/4波长，透过显示区域的位相偏移为1/2波长的结构。进而，本发明并不局限于上述实施方式所述的有源阵列方式的半透过反射型的彩色液晶显示装置，可以适用于无源阵列方式，黑白显示的液晶显示装置。
实施例
本发明人等为了证实本发明的效果，实际制造了根据本发明的结构的液晶显示装置，测定透过率和反射率。对于其结果报告如下。
作为实施例1液晶显示装置，制作图1所示的上述实施方式的结构的液晶显示装置。作为面板的结构，基点数为160×(120×3(RGB))，基点间距为240μm×(80μm×3(RGB))，作为透过显示区域的开口部的面积为68μm×22μm(其中，一个基点形成2个开口部)。
制作面板的结构和实施例1的液晶显示装置相同，在下偏光板的外面一侧设置反射偏光板的液晶显示装置(图3所示的第二种实施方式的液晶显示装置)，将其作为实施例2。
作为现有技术例1的液晶显示装置，制作图7所示的现有技术结构的液晶显示装置。面板的结构和实施例1的液晶显示装置相同。
制作面板的结构和现有技术例1的液晶显示装置相同，在下偏光板的外面一侧设置反射偏光板的液晶显示装置，将其作为现有技术例2。
用这4个样品，在一定的条件下，分别测定透过率，反射率，结果示于表1。
表1
    结构 现有技术例1 现有技术例2   实施例1   实施例2
透过率(％)     1.4     2.4     4.3     7.5
反射率(％)     30     30     31     31
如表1所示，对于反射率，4个样品并无有意义的差别，可以说，本发明的液晶显示装置的反射显示的亮度与现有技术的水平相等。与此相对，关于透过率，当现有技术例1与实施例1，或者现有技术例2与实施例2比较时，为1.4％变为4.3％，2.4％变为7.5％，均增加3倍。从该结果可以证实，在本发明的结构中，通过透过液晶层的光不被上偏光板吸收的效果以及可以再次利用被半透过反射层的背面反射的光的效果，与现有技术相比，在保持反射亮度的同时，可以将透过显示的亮度提高3倍。
此外，当比较实施例1与实施例2时，透过率从4.3％增加到7.5％。从这一结果证实，通过在后照光与下偏光板之间插入反射偏光板，提高后照光的利用效率，可以进一步使透过显示更加明亮。

Claims (14)

1.一种液晶显示装置，在相互对向的上基板和下基板之间夹持液晶层、在一个基点的区域内具有透过显示区域和反射显示区域、在前述透过显示区域中的前述液晶层的厚度大于在前述反射显示区域中的前述液晶层的厚度的半透过反射型的液晶显示装置中，其特征为，
在前述上基板的外面侧设置上偏光板，同时，在前述下基板的外面侧设置下偏光板，在前述下基板的内面侧的前述反射显示区域上，从基板侧起依次设置反射层，相位差层，在外加选择电压时和不外加选择电压时的任一种情况下，在前述透过显示区域的前述液晶层的相位差大于在前述反射显示区域中的前述液晶层的相位差。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，前述相位差层赋予透过光1/4波长的相位差，在前述透过显示区域中的前述液晶层的厚度是前述反射显示区域中的前述液晶层的厚度的2倍，作为液晶材料利用正型液晶，在外加选择电压时前述液晶层的相位差在前述反射显示区域和前述透过显示区域为0，在不外加选择电压时前述液晶层的相位差在前述反射显示区域为1/4波长，在前述透过显示区域为1/2波长。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，前述相位差层赋予透过光1/4波长的相位差，在前述透过显示区域中的前述液晶层的厚度是前述反射显示区域中的前述液晶层的厚度的2倍，作为液晶材料利用负型液晶，在不外加选择电压时前述液晶层的相位差在前述反射显示区域和前述透过显示区域为0，在外加选择电压时前述液晶层的相位差在前述反射显示区域为1/4波长，在前述透过显示区域为1/2波长。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，前述相位差层由高分子液晶构成。
5.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，在前述相位差层上设置绝缘层。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，在前述相位差层上设置调整前述透过显示区域和前述反射显示区域内前述液晶层厚度的液晶层厚度调整层。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，前述相位差层具有调整前述透过显示区域和前述反射显示区域内前述液晶层厚度的液晶层厚度调整层的功能。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征为，前述上基板的摩擦轴和前述上偏光板的透过轴相互垂直或者平行，前述液晶层的液晶分子在不外加选择电压时在前述上基板与前述下基板之间扭转90°。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征为，在前述反射显示区域中的前述液晶层的相位差在130nm以上，340nm以下。
10.如权利要求1至9中任一项所述的液晶显示装置，其特征为，在前述下偏光板的外面侧设置反射偏光板，所述反射偏光板具有与前述下偏光板的透过轴平行的透过轴。
11.一种液晶显示装置的制造方法，是权利要求1所述的液晶显示装置的制造方法，其特征为，它具有以下工序：
在前述下基板上的相当于前述反射显示区域的区域上形成反射层的工序，
在依次形成了高分子液晶层、感光性树脂层之后，通过利用光刻法将前述感光性树脂层在前述反射显示区域上对应的区域上形成图形，以形成图形的感光性树脂层作为掩模，对前述高分子液晶层进行蚀刻，在前述反射层的上方局部地残留有前述高分子液晶层，形成由前述高分子液晶层构成的相位差层的工序。
12.一种液晶显示装置的制造方法，是权利要求1所述的液晶显示装置的制造方法，其特征为，它具有以下工序：
在前述下基板上的相当于前述反射显示区域的区域上形成反射层的工序，
在形成了由液晶性单体构成的层之后，通过利用光刻法使前述液晶性单体在前述反射显示区域上对应的区域上局部光聚合，形成液晶性单体聚合物，在前述反射层的上方形成由前述液晶性单体聚合物构成的相位差层的工序。
13.如权利要求12所述的液晶显示装置的制造方法，其特征为，在形成了前述相位差层之后，通过形成感光性树脂层，利用光刻法将前述感光性树脂层形成图形，使前述相位差层的上方残留感光性树脂层。
14.一种电子仪器，其特征为，具备权利要求1至9中任一项所述的液晶显示装置。
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