(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
前記粒子の色が画素毎に異なり、カラー表示を実現する
請求項２に記載の反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【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（Ｃ２７Ｈ４５−）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（Ｃ２７Ｈ４５−）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
１０    ＴＦＴ
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
【図１】
0003631067.tif 000002
【図２】
0003631067.tif 000003
【図３】
0003631067.tif 000004
【図４】
0003631067.tif 000005
【図５】
0003631067.tif 000006
【図６】
0003631067.tif 000007
【図７】
0003631067.tif 000008
【図８】
0003631067.tif 000009
【図９】
0003631067.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003631067.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003631067.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003631067.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0003631067.tif 000018