液晶显示元件及其使用的层叠相位差片制造技术

一种无偏振片的明亮、反差大的反射型液晶显示元件及其使用的层叠相位差片。在上下基板１、２上形成一对电极３、４，将取向膜５印刷在两电极上，对两基板进行打磨处理后贴合形成空元件。在混合了微量手性试剂的手性扭转液晶中溶解１％的蒽醌系列的二色性色素１１，生成宾主型液晶，并将其注入空元件中制成液晶板１２。将１／４波片即相位差片１３及反射片１４配置在液晶面板１２的背后。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用宾主型液晶而不使用偏振片的明亮的反射型液晶显示元件及其使用的层叠相位差片。在使用向列液晶的显示元件中，随着液晶分子取向的不同而有若干种模式。最普及的是扭转向列(TN)模式，此外还有各向同性(垂直)取向或均匀(水平)取向的双折射模式、宾主模式等。TN液晶是将介电常数呈各向异性的正向列液晶夹在经过水平取向处理的带电极的基板之间而成的，液晶分子长轴在基板之间连续扭转90°的状态而为稳定状态。这时垂直于基板入射的线偏振光的偏振面沿液晶的取向旋转90°。因此，如果使起偏品和检振器正交，则显现白色。另外，若通过施加电压使液晶分子直立，则入射的线偏振光可直接进入液晶层，因被检偏器吸收而显现黑色。由于TN模式或双折射模式的液晶显示元件需要有偏振片，因此自然光中的一个方向的偏振光被吸收掉。从而，即使在理想状态下，透射率也达不到50％以上，通常约为20～30％。因此，特别是在利用外界光的反射型液晶的情况下，显示非常暗。作为不使用偏振片的明亮模式有如图4所示的相变宾主模式，现在研究得最充分的是明亮的反差大的模式。而且正在试制使用该模式的多色反射型TFT液晶板(例如S.Mitsui，Y.Shimada等人，SID92，pp437～440)。如果将二色性色素和螺旋螺距比较短的胆甾醇型液晶混合的宾主液晶夹在基板之间，则如图4(a)所示，扭转螺旋沿垂直于基板的方向取向。这时，入射光被色素吸收，例如，如果使用黑色素，则显现黑色。由于二色性色素有沿液晶分子的长轴方向的吸收轴，所以入射的线偏振光由于液晶分子的作用，沿无旋光方向的吸光度大。因此使用双折射率Δn尽可能小的主液晶。如果将电压加在该液晶上，首先如图4(b)所示，螺旋轴平行于基板，如果再加电压，螺旋松开，变成如图4(c)所示的垂直取向。这时，由于色素的吸光度小，所以底部反射板的颜色明亮可见。在宾主型液晶情况下，如果加大元件厚度d，增大色素浓度，反差就会增大，但亮度下降。另外，暗状态和亮状态的透射率(或反射率)的对数比率称为“二色性比”为宾主型液晶的性能指标。二色性比越大就越亮，能获得反差大的显示。在相变宾主型液晶模式情况下，为了提高二色性比，除了减小双折射率Δn外，增大元件厚度d与液晶螺旋螺距P的比率d/p是有效的。但是，如果越使d/p增大，则有使驱动电压变高的副作用。通常采用的d/p的值约为2，驱动电压高达10V左右，是TN模式的2倍以上。另外，电压升高时与下降时的阈值电压不同，表现出一种滞后现象。因此难以显示中间色调。另外，在无电压状态和饱和状态之间要经过改变螺旋轴方向的中间状态，因此不适合矩阵驱动。作为不用偏振片的另一模式，如图5所示，有将1/4波片31和反射板32配置在均匀(水平)取向的宾主型液晶的背后的模式(例如ァプライドフイジツクスレタ-ズ(应用物理通讯)，30卷，12号，619页，H.S.Cole和R.A.Kashnow(1977))。在无电压状态下，图5(a)所示的平行于水平取向的液晶分子入射的偏振光在入射途中被色素吸收掉。另外，垂直于水平取向的液晶分子的线偏振光透过液晶层后通过返回途中的1/4波片31后变成圆偏振光，在反射板32上反射后成为返回的圆偏振光。垂直于水平取向的液晶分子的线偏振光再通过返回途中的1/4波片31，相位移动1/2波长，变成平行于液晶分子的线偏振光，返回液晶层，被液晶中的二色性色素吸收掉。因此，显示变暗。另一方面，如果施加电压，则变成图5(b)所示的垂直取向，液晶层中光的吸收变少。因此，显示变亮。但是，使用上述以往的1/4波片的液晶显示元件的反差非常低，几乎注意不到。反差之所以这么低，是因为相位差随光的入射角的不同而不同，往复通过1/4波片的光不能完全变换成线偏振光，在返回途中产生不被色素吸收的成分。下面对此进行详细说明。即光在某一方向的偏振光(平行于液晶分子长轴)被二色性色素吸收。垂直于液晶分子长轴的偏振光透过液晶层，入射到相位差片上。通常采用1/4波片作为相位差片，设沿与偏振光之间成45°角度的滞后轴方向的主折射率为np，沿与偏振光正交的超前轴方向的主折射率为ns。透过液晶层的偏振光以与包含液晶分子的长轴和基板法线的面成θ的入射角入射时的相位差，用随着入射角θ的增大而减小的双折射率与随着入射角θ的增大而增大的距离之积表示，即下式(1){npns/(np2sin2θ+ns2cos2θ)1/21-ns}d/λcosθ上式(1)可近似地变为下式(2)，当入射角θ增大时，相位差与cosθ成比例地减小。(np-ns)dcosθ/λ 2与此不同，在包含液晶分子短轴和基板法线的面上，双折射与角度无关，因此相位差变为下式(3)，随入射角θ的增大，与cosθ成反比地急剧增大。(np-ns)d/λcosθ 3这样，例如即使设定入射角θ＝0°时，相位差片的相位差为λ/4，当入射角为30°时，相位差片的相位差变化就很大，在返回途中有未被色素吸收的光，反差变得极低。另外，在这种模式中，液晶的取向是均匀的，阈值特性的陡峭性不明显，可进行矩阵驱动的像素数很少。另一方面，作为现在广泛使用的一种模式，有将TN模式扭转很大的超扭转向列(STN)(Super Twisted Nematic))模式，而即使在该模式中，也使用相位差片。若将STN液晶夹在偏振片之间，则因为扭转螺距短而呈现双折射颜色。而且，其双折射量(相位差)随着电压的变化而变化，所显示的颜色也变化。为了不使STN液晶带颜色，近年来使用一种由高分子材料制成的相位差板的技术显著地发展起来。为了消除由STN液晶的双折射产生的附加色，通常使用相位差为400～500nm左右的高分子材料相位差片。可是，这种消色用的相位差板与入射角有关，存在由于视角方向不同而使得显示带色等缺点，因此提出了消除这种缺点的方法如下(例如，Y.Fujimura，T.Nagatuka，H.Yoshimi和T.ShimomuraSTD′91 Digest，35.1(1991))。通常，沿厚度方向的主折射率nz相对于相位差片面内的主折射率np、ns(np＞ns，np方向称为滞后轴方向，ns方向超前轴方向)来说，nz与ns相等，或稍小些。从正面看液晶板时，nz无影响，可是斜视液晶板时，nz的成分加进了双折射量中。由于沿相当于式(3)的方向，即相当于包含液晶分子短轴和基板法线的面内的方向，nz比ns大，因此斜视时的双折射率变小，光路变长，两者相抵消，使得相位差的变化变小。若根据长塚(前面已提到)等的模拟方法，当满足下式(4)时，相位差对入射角的依赖关系最小。nz＝(np+ns)/2 4作为实现式(4)所示关系的具有代表性的相位差片，有日束电工(株)制作的三维折射率控制相位差膜NRZ。在该相位差膜NRZ的情况下，通过对聚碳酸酯的延伸方法的研究，以控制厚度方向的主折射率nz。除此之外，通过贴双折射率Δn为正的和负的通常的相位差膜的方法，也能实现满足式(4)所示条件的相位差片。本专利技术就是鉴于上述情况而开发的，其目的是提供一种无偏振片的明亮的反差大的反射型液晶显示元件及其使用的层叠相位差片。为了达到上述目的，本专利技术的液晶显示元件的结构中至少备有通过取向膜将宾主型液晶夹在相对的电极之间的液晶层；配置在液晶层背后的相位差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶显示元件，它至少备有通过取向膜将宾主型液晶夹在相对的电极之间的液晶层、配置在液晶层背后的相位差片、以及配置在相位差片背后的反射片，这样设定相位差片的相位差，使通过液晶层的偏振光入射到相位差片上，被反射片反射，再次从相位差片射击时，上述偏振光的相位差改变１８０°，而且设定相位差片沿厚度方向的主折射率为面内的２个主折射率的中间值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：胁田尚英，山口久典，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]