反射器及其制造方法和包含反射器的反射式液晶显示装置的制作方法

专利名称：反射器及其制造方法和包含反射器的反射式液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无背面光的反射式液晶显示装置中所包含的反射器和制作这种反射器的方法，以及含这种反射器的的反射式液晶显示装置。
近年来，液晶显示装置已被广泛应用于个人计算机、电视机、文字处理器、摄像机等。但存在进一步改进这些设备的需求，如小型化、节能、降低成本等。在为满足这些要求的尝试中，已开发出无背面光的反射式液晶显示装置，它通过反射环境光来显示图像。
为了用无背面光的反射式液晶显示装置实现明亮显示，重要的在于有效地利用环境光。因此，这种反射式液晶显示装置所包含的反射器起着非常重要的作用。于是，就要设计具有最适宜的反射性能并能有效地利用从各个方向入射到所述装置上的环境光的反射器，而且还要开发以高精度及高重复性制作这种反射器的方法。
日本未审专利申请6-75238公开一种反射式液晶显示装置，该反射器包括由光敏树脂制成的凸/凹部分和一个比该凸/凹部分薄且位于整个凸/凹部分上的薄膜，从而使包含所述凸/凹部分的反射器表面光滑。这种反射器被用在结合有宾主型(以下简称“GH”型)的液晶显示装置中。
图20G-20L均为顶视图，每一个表示一个传统反射器106的制作步骤，而图20A-20F分别是沿图20G-20L中A-A′线的剖面图。图20L中的虚线表示反射器106的等高线。
首先，如图20A和20G所示，在玻璃基片101上涂以光敏树脂，形成光敏树脂层102a。然后，如图20B和20H所示，在整个玻璃基片101上放置一个包含环形区的光掩模103，再使所述基片曝光并显影，于是如图20C和20I所示那样，在基片101上形成圆柱形突起102b。继而，使整个基片经受热处理，使突起102b适当地熔融，形成平滑的凸部102c，即如图20D和20J所示。此后，再将光敏树脂涂在带平滑凸部102c的基片101的整个表面上，从而形成比树脂层102a薄的光敏树脂层104，于是像图20E和20K所示那样，得到一个带平滑的凸/凹部分的表面。最后，将一薄金属膜淀积在树脂层104上，形成如图20F和20L所示的反射膜105。于是，就制成一个传统的反射器106。
如图20L所示，通过传统制作方法制成的反射器106包含大量的平面区域。因而这种反射器106的光学特性是，尽管不发生干涉，但入射到反射器106上的大部分光都被反射到平面反射的方向。例如，当光从垂直于传统反射器106的方向射入其上时，大部分光被反射到垂直于反射器106的方向，这相当于平面反射的方向。因此，只存在一个极为有限的能在其中得到高强度反射光的方向区域。换句话说，采用这种传统反射器106，不可能在较宽的方向区域内得到高强度反射光。所以，当把这样的反射器用于反射型液晶显示装置中，并进行多色显示时，就实用而言，显示亮度势必不够充足。
传统的液晶显示装置的制作没有充分考虑液晶显示方式、滤色片以及反射器之间的兼容性。所以，就存在不合要求的情况，如显示虽亮，对比度却低；对比度虽高，亮度则低；或者亮度和对比度都高，但响应速度慢、阈值电压高、或者由于液晶分子的内部取向而使显示不均匀。
为确保实际使用所需的显示质量，这种传统液晶显示装置的应用限于黑白显示，或者最好是四色显示。于是，这显然不能满足对于日益增加信息变化而进行多色显示的需求。
为实现能为实际所用的多色显示，当改进反射器的反射特性时，就需要考虑反射器、液晶显示方式、滤色片以及其它因素之间的适应性。与带背面光的透射式液晶显示装置不同，反射式液晶显示装置在很大程度上依赖于环境光。因而，必须适当考虑反射器的光学特性和凸/凹结构；还需从多种显示方式中适当地选择显示方式，以最佳地配合反射器的光学特性；又需优选显示方式的各种参数和适当地设计滤色片。但是，即使采用这些被优选的因素，由于反射器的反射特性并非充分，还是不能实现多色显示。
按照本发明的一种情况，一种反射器包括基片、在所述基片上形成的许多凸/凹部分、和一个在所述各凸/凹部分上形成的反射薄膜。当光以相对于法线方向的第一入射角入射到反射器上时，在相对于平面反射的反射光方向大约-45°到+45°视角范围内的反射光强度是参考强度的大约60％或更高，其中参考强度是以相对于法线方向的第二入射角入射到标准白色平板上的光并被反射到法线方向的光强。
在本发明的一种具体实施例中，各凸/凹部分至少部分地包括一个连续曲面。与反射器表面的倾角小于2°的基片的这些部分的总面积相对于所述基片的总面积总共占大约40％或更小。
在本发明的另一种具体实施例中，各凸/凹部分均由光敏树脂形成。
在本发明的又一种具体实施例中，各凸/凹部分均由无机氧化物和光敏树脂形成。
在本发明的再一种具体实施例中，各凸/凹部分均由微小颗粒和光敏树脂形成。
在本发明的再一种具体实施例中，通过在基片上形成的光敏树脂层中形成多个圆柱形凹洼并加热各圆柱形凹洼来形成所述凸/凹部分。
按照本发明的另一种情况，一种制作包括基片、基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成有反射薄膜的反射器的方法包括如下步骤进行多个光刻过程和热处理过程的循环，用以形成凸/凹部分；还包括在整个凸/凹部分上形成反射薄膜的过程。
在本发明的一种具体实施例中，由光刻过程的单个循环中形成的凸/凹部分的形状是一样的。
在本发明的另一种具体实施例中，在光刻过程的一个循环中形成的凸/凹部分的形状与在光刻过程的另一个循环形成的凸/凹部分的形状不同。
在本发明的又一种具体实施例中，作为多个光刻过程循环中所用的光敏树脂，先用一种负光敏树脂，继而再用一种正光敏树脂。
按照本发明的又一种情况，一种制作包括基片、基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成有反射薄膜的反射器的方法，包括如下步骤进行光刻过程和热处理过程，用以形成所述凸/凹部分；在整个凸/凹部分上形成反射薄膜的过程。所述方法还包括在所述基片上形成一种氧化物的步骤和蚀刻该氧化物的步骤。
按照本发明的再一种情况，一种制作包括基片、基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成有反射薄膜的反射器的方法包括如下步骤进行光刻过程和热处理过程，用以形成所述凸/凹部分；在整个凸/凹部分上形成反射薄膜的过程，其中，所述方法还包括在所述基片上施用混有微小颗粒的有机绝缘树脂。
按照本发明的再一种情况，一种制作包括基片、基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成有反射薄膜的反射器的方法包括如下步骤在所述基片上形成光敏树脂层；进行光刻过程，以便在所述光敏树脂层上形成多个圆柱形凹洼；加热所述多个圆柱形凹洼，以便在所述基片上形成所述凸/凹部分；并在整个凸/凹部分上形成反射薄膜。
按照本发明的再一种情况，一种反射式液晶显示装置包括上述反射器。
在本发明的一种具体实施例中，所述反射型液晶显示装置还包括基片和介于所述基片与反射器之间的液晶层。所述液晶层包括一种宾主型液晶材料。
在本发明的另一种具体实施例中，液晶显示材料的双折射率(Δn)大约是0.15或更小；液晶显示材料介电常数的各向异性(Δε)符合表示式4＜Δε＜12；液晶显示材料的扭转角设定在大约180°至360°范围内；由基片、反射器及液晶层形成的液晶盒厚度在大约3-10μm范围内。
在本发明的再一种具体实施例中，所述反射型液晶显示装置还包括带三种不同颜色的着色部分的滤色片，其中相邻着色部分间的厚度差是大约0.3μm或更小。
于是，这里描述的本发明可带来如下的优点，(1)给出一个反射器，其反射特性最适合于反射式液晶显示装置或同类相应的反射器，从而有效地利用环境光，而无干涉；(2)给出一种制作这种反射器的方法；(3)给出一种具有极好显示质量的可靠的反射式液晶显示装置，可通过优选反射器、液晶层及滤色片之间的相容性而允许多色显示。
通过参照附图阅读和理解下面的详细描述，将使本发明的这些以及其它优点对于本领域的技术人员变得愈为清楚。


图1A至1M示出本发明实施例1的反射器的制作过程；图2A是表示实施例1反射器表面倾角分布的图；图2B是表示实施例2反射器表面倾角分布的图；图2C是表示比较例1反射器表面倾角分布的图；图2D是表示比较例2反射器表面倾角分布的图；图2E是表示实施例5反射器表面倾角分布的图；图3是表示测试反射器反射特性的示意图；图4A是表示实施例1反射器反射特性的曲线；图4B是表示实施例2反射器反射特性的曲线；
图4C是表示比较例2反射器反射特性的曲线；图4D是表示比较例2反射器反射特性的曲线；图4E是表示实施例5反射器反射特性的曲线；图5A至5I示出本发明实施例2的反射器的制作过程；图6A至6J示出比较例2反射器的制作过程，其中图6F至6J各是一个制作步骤的顶视图，而图6A至6E分别是沿图6F至6J中A-A′线所取的剖面图；图7A至7D示出本发明实施例3反射器的制作过程；图8A至8C示出本发明实施例4反射器的制作过程；图9A至9L示出本发明实施例5反射器的制作过程；其中图9G至9L各表示一个制作步骤的顶视图，而图9A至9F分别是沿图9G至9L中A-A′线所取的剖面图；图10是表示本发明实施例5反射器断面的曲线图；图11是表示本发明实施例6反射型液晶显示装置结构的剖面图；图12是表示液晶显示装置的双折射率Δn与对比度之间关系的曲线图；图13是表示实施例6和7中所用滤色片的断面示意图；图14A是表示当采用实施例6反射式液晶显示装置时反射光强和视角的相关性曲线图；图14B是表示当采用传统反射式液晶显示装置时反射光强和视角的相关性曲线图；图15A是表示实施例6反射式液晶显示装置对比度系数和视角的相关性曲线图；图15B是表示传统反射式液晶显示装置对比度系数和视角的相关性曲线图；图16A是表示从单一光源所得入射光的示意图；图16B是表示从多个光源所得入射光的示意图；图17A表示在单一光源情况下由本发明反射器反射的光的方向范围；图17B表示在单一光源情况下由传统反射器反射的光的方向范围；图18A表示在多个光源情况下由本发明反射器反射的光的方向范围；图18B表示在多个光源情况下由传统反射器反射的光的方向范围；
图19是本发明反射式液晶显示装置中的滤色片和传统反射型液晶显示装置中的滤色片的色品图；图20A至20L示出传统反射器的制造过程，其中图20G至20L各表示一个制作步骤的顶视图，而图20A至20F分别是沿图20G至20L中A-A′线所取的剖面图；图21A至21J示出比较例1反射器的制作过程，其中图21F至21J各表示一个制作步骤的顶视图，而图21A至21E分别是沿图21F至21J中A-A′线所取的剖面图；图22是表示反射器表面形状与反射光强之间关系的曲线图。
实施例1以下将描述本发明实施例1的反射器及其制作方法。
现在参照图1A至1M所示反射器制作过程描述制作本发明实施例1的反射器的方法。
如图1A所示，将光敏树脂(如TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.的“OFPR-8000”)最好在大约500-3000rpm条件下旋转涂敷在诸如玻璃基片(如CORNING INC.的“7059”)类的透明基片11的表面上，以形成光敏树脂层12a。在本实施例中，将作为光敏树脂的“OFPR-8000”(TOKYOOHKA KOGYO CO.,LTD.)加在作为基片的、厚度约为1.1mm的“7059”(CORNING INC.)上，在约1000rpm条件下旋转玻璃基片11，历时约30秒，从而在玻璃基片11上形成1.2μm厚的光敏树脂层12a。然后，在大约100℃条件下使所述基片预焙约30分钟，之后再如图1B所示，将一具有预先确定图形的光掩模13放在整个玻璃基片11上。继而，使该基片曝光，并用显影液(如2.38％的NMD-3:TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.)显影，从而如图1C所示那样形成微小的圆柱形突起12b。以下，将从涂敷光敏树脂层到曝光的一系列步骤简称为“光刻过程”。
图1B步骤中为形成圆柱形突起12b所用的光掩模13包含许多随机地分布于其中的微小圆形透光区。将光掩模13设计成使在单一的光刻过程中形成的相邻突起12b彼此至少隔开大约2μm的间隔，从而使任何一个突起12b均不致与相邻突起12b接触。另外，将光掩模13设计成使经过三个光刻过程循环所形成的所有突起的总面积大约为象素区总面积的80％。
在随后的120-250℃条件下的热处理过程后，使基片11上的突起12b成圆形，从而得到表面平滑、其上无任何明显边缘的凸部12c，如图1D所示。本实施例中的热处理是在约180℃条件下进行大约30分钟。以下把这个步骤简称为“热处理过程”。
然后，使如图1A-1D所示包括光刻过程和热处理过程的一系列步骤重复循环多次(如图1E至1H和1I值1L所示，本例中为大于两次循环)。
对于三个循环步骤中每次循环，这些制作步骤中的条件被示于下面的表1中。表1
按照本发明的实施例1，对于整个多次循环，将热处理过程的温度设定在大约180℃。不过，若采用具有较低交联特性的聚合物，则最好将后续循环的热处理温度设定得比前面循环的低，以使前面循环中形成的凸部12c的成形变得更加稳定。
然后如图1M所示，使所有形成的凸部12c上面形成一个薄金属膜14，它具有高反射特性(以下简称“反射膜”)。本实施例中的反射膜14是通过铝的真空蒸镀形成的。除铝以外，其它具有高反射率并且不难被淀积成薄膜的金属(如Ni、Cr、Ag)均可采用。最好使反射膜14的厚度形成约为0.01-1.0μm。
于是，通过上述制作过程即得到实施例1的反射器15。
当观察反射器15时，其表面上的凸部形状呈平缓起伏的锥形小团，至少其中部分呈连续的曲面，并具有随机分布的凸部峰端。进而，使用干涉显微镜，得到反射器15表面的倾角分布。对于实施例1的反射器来说，其结果被表示成图2A的曲线。如该曲线所示，反射器15表面上倾角为0°或大于0°但小于2°的区域(以下简称“平缓区”)总面积估计为象素区总面积的大约17％。
在真实情况下测试反射器15的反射特性，所述真实情况是使反射器15与一实际液晶显示装置结合在一起。图3示意地示出所述测试是如何进行的，图4A则表示对实施例1反射器15的测试结果。
图3中是将可紫外固化的胶黏剂加在反射器15的表面上，形成黏附玻璃基片17(测试用)的胶黏剂层16。为了实现实际使用液晶显示装置的真实情况，采用具有与液晶层及玻璃基片17基本相同的折射率(约1.5)的可紫外固化胶黏剂，以形成所述胶黏剂层16。应予说明的是，胶黏剂层16与玻璃基片17间的界面不会影响测试结果。于是，可将经如此测得的反射特性认为是反射器15与液晶层间实际界面处的反射特性。
在所述测试中，使光源18发出的光线19在一定角度下入射到反射器15上。反射器15表面处的反射光20由光电倍增管21检测，以测试反射器5的反射特性。特别是，当相对于方向22改变光光电倍增管21的倾斜角(如图3反向指向的箭头所表示的)时，反射光的强度得到测量，这里所说的方向22是按一定角度入射到反射器15上又按正常反射被反射的光所指的方向。光电倍增管21相对于正常反射方向22的倾斜角是测量倾斜角23，即是对应于观察者观察带有反射器15的反射式液晶显示装置的角度(也就是反射器15的视角)。
在整个图4A-4E中，X轴表示测量倾斜角，而Y轴表示测得的强度相对于参考强度的百分比(％)。这里，当光电倍增管21处在正常反射方向22时，所述测量倾斜角为0°。
按下述方式得到所述参考强度。首先，使光入射到标准白色平板(MgO)上。把光相对于垂直于标准白色平板方向入射到该板上的角度被设定为基本上与光入射到要进行测试的反射器上的角度相同。然后，再用光电倍增管21检测被标准白色平板反射的光，所述光电倍增管21被放置成用以接受部分向着垂直于标准白色平板方向被反射的光。将被光电倍增管21检测的这部分光的强度用为参考强度。
作为例子，描述使光相对于反射器法向以30°角入射到反射器上来对一确定的反射器进行测试的情况。在这种情况下，在相对于正常反射方向22改变光电倍增管21的位置的情况下使反射光的强度得到测试，所述方向22是一部分光按正常反射所指的方向。于是，就得到被测试的强度。除了光电倍增管21位置之外其它都以类似方式来得到参考强度。具体地说，在相对于标准白色平板法线方向成30°角的情况下使光入射到标准白色平板上。使光电倍增管21位于向着标准白色平板的法线方向，则得到所述参考强度为从标准白色平板向着法线方向反射的光强。在另一种情况下，例如利用在50°条件下入射到反射器上的先进行对反射器的测试，把光入射到标准白色平板上的入射角设定为50°。
在本实施例的反射器15的测试中，使光线19相对于垂直于反射器15的方向成30°角入射到反射器15上。测试结果被示于图4A中。如图4A所示，在大约0°的测量倾斜角处，反射器15表现出最大反射率。在相对于正常反射方向约-45到+45°的整个范围内，反射光的强度大于参考光强度的大约60％。特别是，在大约-30°到+30°范围内，反射光的强度大于参考光强度的大约160％。于是，实施例1的反射器15以如此宽范围视角的方式提供了亮的显示，而抑制了光线对正常反射方向(传统反射器对此方向反射大部分入射光线，从而大大增强沿该方向的反射光强的)的反射。
对反射器15所用光敏树脂材料并不限于上述树脂材料(TOKYO OHKAKOGYO CO.,LTD.的“OFPR-8000”)。事实上，可以采用任何一种光敏树脂，既可以是负型的又可以是正型的，它们起码能采用光刻过程被构图。作为这种材料的可能选择为OMR-83、OMR-850、NNR-20、OFPR-2、OFPR-830和OFPR-5000(TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.)；TF-20、1300-27和1400-27(SHIPLEY)；“Photoneece”(TORAY INDUSTRIES,INC.)或RW 101(SEKISUI FINE CHEMICAL Co.)；R101、以及R633(NIPPON KAYAKU K.K.)均可被用于本发明的反射器15。这里，必须根据所拟采用的光敏树脂究竟是正的还是负的，而把光掩模13的图板确定为正的或负的。
虽然本实施例中是将透明玻璃基片用为反射器15的基片11，采用诸如Si等不透光基片也能达到类似的效果。当使用不透光基片时，有一优点，即易于将要在基片上设置的电路(如驱动包含反射器的液晶显示器的电路)集成化。
此外，通过给反射器提供一个具有一个以上不同折射率的平面可达到类似的效果。在这种情况下，有一些优点，如改善反射器上各电极的印制，还改善液晶分子的取向。实施例2下面将讨论本发明实施例2的反射器及其制作方法。
现在将参照示出反射器制作过程的图5A-5I来描述制作本发明实施例2的反射器的方法。
如图5A所示，首先，将负型光敏树脂(如NIPPON STEEL CHEMICALCO.,Ltd.的“V259PA”)最好在大约500-3000rpm条件下旋转涂敷在透明基片，如玻璃基片(如CORNINGINC.的“7059”)31的一个表面上，以形成具有所需厚度的光敏树脂层32a。在本实施例中，将“V259PA”(NIPPONSTEEL CHEMICAL CO. Ltd.)作为光敏树脂，加在厚约1.1mm的“7059”(CORNING INC.)基片上，历时30秒，同时在大约1000rpm条件下旋转所述玻璃基片31，从而在玻璃基片31上形成厚约1.2μm的光敏树脂层32a。然后如图5B所示那样，在大约100℃条件下使所述基片预烘大约30分钟，之后，将一带预定图形的光掩模33置于整个玻璃基片31上。继而，使所述基片曝光，并用CaCO3溶液(4％)显影，从而如图5C所示那样，在基片31的许多光被遮断的区域形成微小突起32b。
在随后于200-240℃条件下的热处理过程之后，使基片31上的突起32b成圆形，从而得到表面平滑、其上无任何明显边缘的凸部32c，如图5D所示。本实施例中的热处理是在约220℃条件下进行大约30分钟。
然后，如图5E所示，将正型光敏树脂最好在约500-3000rpm条件下旋转涂敷在包含凸部32c的基片31上，形成具有所需厚度的光敏树脂层34a。本实施例中，使用“MFR”(日本SYNTHETIC RUBBER CO,.LTD制造)作为加在基片上的正型光敏树脂，历时30秒，同时在约2000rpm条件下旋转玻璃基片31，从而在所述玻璃基片31上形成厚约0.5μm的光敏树脂层34a。
然后，如图5F所示那样，在大约100℃条件下使所述基片预烘大约30分钟，之后，将一带预定图形的光掩模35置于整个玻璃基片31上。继而，使所述基片曝光。将所述光掩模35设计成使得没有光入射到第一循环中的光刻过程所形成的所述负型光敏树脂的凸部32c上。从而在第二循环中使凸部32c的形状得以保持。
本实施例中为形成突起32b和34b所用各光掩模33和35包含许多微小的圆形遮光区，它们随机地分布于其中。将所述光掩模33和35设计成使得以单一的光刻过程形成的相邻突起32b和34b彼此至少隔开大约2μm的间隔。另外，将光掩模33和35设计成使经过两个光刻过程循环形成的所有突起的总面积估计约为象素区总面积的80％。
然后，用KOH溶液(1％)显影，如图5G所示那样，在基片31上形成多个微小突起34b。如上所述，通过先用负型光敏树脂，再用正型光敏树脂，可以形成稳定形状的突起。其原因在于，在第二个循环中的曝光步骤，使得要入射到第一个循环中形成的凸部32c上的光被光掩模35所阻断。
如图5H所示，通过接下来的140-240℃条件下的热处理过程，使基片31上的突起34b成圆形，同时基片31上的突起34b被固化成具有平滑表面且无任何明显边缘的凸部34c。本实施例中是在约180℃条件下进行10分钟的热处理。
如图5I所示，在这些步骤之后，将一反射膜36形成于在基片31上所得的整个凸部32c和34c上。本实施例中的反射膜36是通过铝的真空蒸镀形成的。除铝以外，其它具有高反射率并且不难被淀积成薄膜36的金属(如Ai、Ni、Cr、Ag)均可被采用。最好使反射膜36的厚度形成约为0.01-1.0μm。
于是，通过上述制作过程得到实施例2的反射器37。
当观察反射器37时，其表面上的凸部形状呈平缓起伏的锥形小团，至少其中部分呈连续的曲面，具有随机分布的凸部峰端。凸部32c的直径大约是20μm，而凸部34c的直径大约是10μm。进而，使用干涉显微镜，得到反射器37表面的倾角分布。对于实施例2的反射器37来说，其结果被表示成图2B的曲线。在凸部32c和34c对应于光掩模33和35的图形被精确地形成之后，反射器37表面上的平坦区域(倾角为0°或大于0°但小于2°的总面积为象素区总面积的大约20％。
图4B表示本实施例2的反射器37反射特性的测试结果。正如实施例1那样进行所述测试。如图4B所示，在相对于正常反射方向约-45°到+45°的整个宽范围内，反射光的强度超过参考强度的大约60％。特别是，在相对于正常反射方向大约-30°到+30°范围内，反射光的强度大于参考强度大约150％。于是，实施例2的反射器37在如此宽范围视角的范围内给出亮的显示。换句话说，对正常反射方向(传统反射器对此方向反射大部分入射于其上的光线，从而过于增强沿该方向的反射光强)的光反射受到抑制。比较例1下面将讨论比较例1的反射器及其制作方法。
现在将参照图21A-21J描述制作比较例1的反射器的方法，其中图21F至21J各表示反射器125的一个制作步骤的顶视图，而图21A至21E分别是沿图21F至21J中A-A′线所取的各剖面图。
如图21A和21F所示，首先，将光敏树脂最好在大约500-3000rpm的条件下旋转涂敷在透明基片，如玻璃基片121的一个表面上，以形成具有所需厚度的光敏树脂层122a。在本实施例中，将“OFPR-800”(TOKYOOHKA KOGYO Co.,Ltd.)作为光敏树脂加在作为基片、厚约1.1mm的“7059”(CORNING INC.)上，历时30秒，同时在大约1000rpm的条件下旋转所述玻璃基片121，从而在玻璃基片121上形成厚约1.2μm的光敏树脂层122a。然后，如图21B和21G所示那样，在大约100℃条件下使所述基片预烘大约30分钟，之后，将一带预定图形的光掩模123置于整个玻璃基片121上。继而，使所述基片曝光并显影，从而如图21C和21H所示那样，在基片121形成微小的圆柱形突起122b。
图21B和21G的步骤中为形成圆柱形突起122b所用的光掩模123包含许多随机地分布于其中的微小圆形挡光的区域。将光掩模123设计成使在单一的光刻过程形成的相邻突起122b彼此至少隔开大约2μm的间隔，从而使任何一个突起122b均不致与相邻突起122b结合。另外，将光掩模123设计成使经过光刻过程所形成的所有突起的总面积大约为象素区总面积的40％。
通过随后的在约120-250℃条件下的热处理过程，如图21D和21I所示那样，使基片121上的各突起122b呈圆形，并被固化成多个表面平滑而无任何明显边缘的凸部122c。本实施例的热处理是在约180℃条件下进行约30分钟。
在图21E和21J所示的步骤之后，将一反射膜124形成于基片121上所制得的各凸部122c上面。本实施例中的反射膜124是通过铝的真空蒸镀形成的。除铝以外，其它具有高反射率并且不难被淀积成薄膜的金属(如Ai、Ni、Cr、Ag)均可被采用。最好使反射膜124的厚度形成约为0.01-1.0μm。
于是，通过上述制作过程即得比较例1的反射器125。
当观察反射器125时，其表面上的凸部122c的形状呈平缓起伏的锥形小团，至少其中部分呈连续的曲面，凸部122c的峰端随机分布。进而，使用干涉显微镜，得到反射器125表面的倾角分布。对于比较例1的反射器125来说，其结果被表示成图2C的曲线。此外，图4C表示对比较例1的反射器125的反射特性的测试结果。这种测试如实施例1那样进行。
如图2C所示，反射器125表面上平坦区域的总面积为象素区总面积的大约60％。
如图4C所示，反射器125的反射特性使得在相对于正常反射方向大约-15°到+15°范围内反射光强是非常高的，而在这个区域以外则快速减小。特别是，在相对于正常反射方向大约-5°到+5°范围内，与在其它测试倾角处相比，反射光的强度是极强的。
为什么不能在更宽的范围内得到高反射光强的原因在于平坦区域的面积过大，因而入射于其上的大部分光都通过正常反射而被反射。比较例2下面将讨论比较例2的反射器及其制作方法。
现在将参照图6A-6J描述制作比较例2的反射器的方法，其中参考标号111表示玻璃基片；标号112a表示光敏树脂；标号112b表示圆柱形突起；标号112c表示平滑的凸部；标号114表示反射膜；标号115表示反射器。用来形成圆柱形突起112b的光掩模113包含许多随机地分布于其中的微小圆形遮光区。本例中，将光掩模113设计成使所生成的相邻突起112b之间至少隔开大约0.5μm这样小的间隔，从而使所有突起的总面积相对于象素区总面积变得比较小。特别是将光掩模113设计成在光刻过程中形成的所有突起的总面积大约为象素总面积的80％。
除此之外，像比较例1那样通过光刻过程和热处理过程制作比较例2的反射器15。
使用干涉显微镜，得到具有如此结构的反射器115表面的倾角分布。对于比较例2的反射器115来说，其结果被表示成图2D的曲线。如该曲线所示，反射器115表面上平坦区的总面积大约为象素区总面积的50％。
图4D表示比较例2的反射器115反射特性的测试结果。这种测试以与实施例1所述同样的方式进行。如图4D的曲线所示，只在相对于正常反射方向大约-15°到+15°的较窄范围内反射光强较高。特别是，在大约-5°到+5°的范围内，比起其它测试倾角来，其反射光强特别高。
虽然将突起112b的总面积设定在相对于基片总面积的大约80％这样极高比例，但通过正常反射所反射的光量还是非常大的。这是由于通过单一光刻过程所形成的相邻突起112b间的间隔为约0.5μm这样小的缘故。如此小的间隔就使相邻的突起112b在熔融时互相连在一起，从而势必增大平坦区的总面积。具体地说，大量相邻突起112b形成一个整块的部分。只有该整块部分的边缘部分通过在进行加热时的变形而形成弯曲部分。因此，该整块部分的其余部分就必然形成一个平坦部分。实施例3下面将讨论本发明实施例3的反射器及其制作方法。
现在将参照表示反射器制作过程的图7A-7D来描述制作本发明实施例3反射器的方法。
如图7A所示，首先，通过溅射，在透明基片，如玻璃基片(如CORNINGINC.的“7059”)51的一个表面上形成一层氧化物，即形成氧化物薄膜52。作为形成氧化物薄膜52的材料，可以使用诸如SiO2、Al2O2、SiO、TiO2、SnO2、ITO(氧化铟锡)等无机氧化物。考虑到要用光敏树脂形成的突起的尺寸以及所要制作的反射器的反射特性，该氧化物薄膜52的厚度最好在大约0.01-1μm范围内。本实施例中，使用SnO2在作为厚约1.1mm的基片“7059”(CORNING INC.)上形成氧化物薄膜52，并使该氧化物薄膜52的厚度形成为约0.1μm。
然后，将进行以下光刻过程。通过在含重量比约为1∶100的氢氟酸(47％溶液)和硝酸(60％溶液)混合溶液中(在约25℃条件下)浸入约10分钟，使其上包含氧化物薄膜52的透明基片51被湿法蚀刻。从而，如图7B所示那样，在玻璃基片51的表面上形成大量微小的凸/凹部分53。
氧化物薄膜52像上面所说的那样受到蚀刻，从而在透明基片51上形成大量微小的凸/凹部分53。将光敏树脂加在这些凸/凹部分53上面。如图7C所示那样，在光刻过程和热处理过程之后，产生光敏树脂的凸/凹部分54。也可采用如实施例1或2所述的类似方法来形成凸/凹部分54。作为光敏树脂，可采用“MFR”(日本SYNTHETIC RUBBER CO,.LTD.制造)、“OFPR-800”(TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.制造)等。
然后，如图7D所示，在基片51上制得的凸/凹部分53和54的表面上形成反射膜55。本实施例中，通过铝的真空蒸镀使反射膜55形成约0.2μm厚。除铝以外，其它具有高反射率并且不难被淀积成薄膜的金属(如Ni、Cr、Ag)均可被采用。最好使所形成的反射膜55的厚度约为0.01-1.0μm。
于是，通过上述制作过程，得到实施例3的反射器56。
使用干涉显微镜，得到反射器56表面的倾角分布。反射器56的表面包含无机氧化物的凸/凹部分53和光敏树脂的凸/凹部分54。如上所述，在通过光刻过程和热处理过程形成凸/凹部分54之前就形成了微小的凸/凹部分53。由于凸/凹部分53形成在先，所以就使得尚未形成凸/凹部分54的反射器56上的平坦区面积要减小。结果，相对于象素区总面积，平坦区的总面积估计约为40％或更小。这就减少了按正常方向反射的光量。当以实施例1中所述的那种方法实际测试反射光强时，在相对于正常反射方向大约-45°到+45°的较宽范围内，反射器56表现出超过大约60％参考强度的反射光强度。
本实施例中，预先将基片51表面上拟形成的微小凸/凹部分53的直径设定为约2μm。但这一直径并不限于此，而是可为小于通过光刻过程和热处理过程所形成的凸/凹部分54的直径的任何值，并且不会造成相邻的凸/凹部分53互相搭接。实施例4下面将讨论本发明实施例4的反射器及其制作方法。
现在将参照表示反射器制作过程的图8A-8C描述制作本发明实施例4反射器的方法。
如图8A所示，首先将混有微小颗粒62的有机绝缘树脂63加在透明基片，如玻璃基片的一个表面上。本实施例中，把粒径约为0.5μm的球形SiO2用为所述颗粒62，而将“7059”(CORNING INC.)用作所述基片61。除SiO2外，所述颗粒62的材料还可以是玻璃、塑料、金属等。这种颗粒可以具有任何类型的固定或不固定的形状，如球状、纤维状、纺锤状等。要混入的颗粒62的多少最好为有机绝缘树脂63的10％。作为举例，有机绝缘树脂63可采用“OCD7”型(TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.制造)。各种其它树脂(如热固性树脂、光固化树脂)也可被用为有机绝缘树脂63。
最好在约500-3000rpm的条件下，将混有微小颗粒62的有机绝缘树脂63旋转涂敷于基片61的表面上，以得到具有所需厚度的层。本实施例中，在约1000rpm的条件下旋转所述基片，历时约30分钟，来将有机绝缘树脂63加于基片上。然后，在约90℃条件下进行大约3分钟的热处理，随后再在约250℃条件下进行大约60分钟的另一热处理，这之后，树脂被固化，在玻璃基片61上形成约1μm厚的有机绝缘树脂层63。
如图8A所示，通过上述步骤，在玻璃基片61上形成大量微小的颗粒62的凸/凹部分。
此后，如图8B所示，采用与实施例1或2所述类似的方法，进一步在有机绝缘树脂层63的表面上形成光敏树脂凸/凹部分64。继而，如图8C所示，形成反射膜65，于是得到实施例4的反射器66。
利用颗粒62和光敏树脂形成反射器66上的凸/凹部分。如上所述，在通过光刻过程和热处理过程形成凸/凹部分64之前形成凸/凹部分63。由于凸/凹部分63形成在先，所以就使得尚未形成凸/凹部分64的反射器66上的平坦区面积要减小。结果，相对于象素区总面积，平坦区的总面积约为40％或更小。当以实施例1中所述的那种方法实际测试反射光强时，在相对于正常反射方向大约-45°到+45°的较宽范围内，反射器66表现出超过大约60％参考强度的反射光强度。
本实施例中，除了混入颗粒外，也可采用喷沙、抛光等作为预先在玻璃基片61上形成凸/凹部分的方法。本实施例中，把预先要在基片61表面上形成的微小凸/凹部分的直径设定为大约0.5μm。但并不限于此直径，而取决于所要采用的树脂的特性，可取任何小于经光刻过程形成的凸/凹部分64直径的值，以使得相邻的凸/凹部分不致相互搭接。实施例5下面将讨论本发明实施例5的反射器及其制作方法。
现在将参照图9A-9L描述制作实施例5的反射器的方法，其中图9G至9L各表示反射器76的一个制作步骤的顶视图，而图9A至9F分别是沿图9G至9L中A-A′线所取的各剖面图。
首先进行光刻过程。如图9A和9G所示，将光敏树脂旋转涂敷在透明基片，如玻璃基片71的一个表面上，以形成光敏树脂层72a。在本实施例中，将“OFPR-800”(TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.)作为光敏树脂，加在厚约1.1mm的作为基片的“7059”(CORNINGINC.)上，从而形成厚约1.2μm的光敏树脂层72a。然后如图9B和9H所示那样，在大约100℃条件下使所述基片预烘大约30分钟，之后，将一带预定图形的光掩模73置于整个玻璃基片71上。继而，使所述基片曝光并用显影液(如2.38％的NMD-3,TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.制造)显影，从而如图9C和9I所示那样，在光敏树脂层72a中形成微小的圆柱形凹洼72b。
本实施例中所用的光掩模73包含许多随机地分布于其中的微小圆形透光区。本实施例中所用的光敏树脂为负型的。但若使用正型光敏树脂，则要使光掩模73的图形颠倒过来。
通过下述在接下来的120-250℃条件下的热处理过程，使基片71上光敏树脂层72a中的圆柱形凹洼72b被弄圆，从而如图9D和9J所示那样，得到具有平滑的连续表面，其上无任何明显边缘的凸/凹部分72c。然后使树脂固化。本实施例中的热处理在大约200℃条件下进行约30分钟。
此后，如图9E和9K所示，为使凸/凹部分72c的表面更平滑，在凸/凹部分72c的表面上进一步形成光敏树脂。这种光敏树脂被旋转涂敷，它可以是与光敏树脂层72a所用的同样的树脂。最好将所形成的光敏树脂层的厚度设定为大约0.3-5.0μm。本实施例中，将这层光敏树脂层的厚度设定为约0.3μm。然后，通过另一次热处理，使这层光敏树脂变形，以形成第二凸层74。本实施例中的这次热处理在大约200℃条件下进行约30分钟。于是，给出一个包含具有已减小的平坦区域的凸/凹部分的平滑表面。
继上述步骤之后，如图9F所示，在基片71带凸/凹部分的表面上形成反射膜75。在图9L作，虚线表示反射膜75的等高线。本实施例中的反射膜75是通过铝的真空蒸镀形成的，厚约0.2μm。除铝以外，实施例1中所述的任何金属均可被采用。最好使反射膜75的厚度形成约为0.01-1.0μm。
于是，通过上述制作过程即得到实施例5的反射器76。
下面将描述实施例5的反射器76的特性。
图10表示使用干涉显微镜从上方测量反射器76的表面形状的结果。图中的X-轴表示离反射器上一个任意点的距离，而Y-轴表示凸/凹部分离基片71表面的高度。反射器76表面有许多具有平缓斜度的凹陷，它们分布在图10断面所示的一些随机的位置上。另外，对反射器76表面的倾角分布测试的结果表示在图2E中。如图2E所示，反射器76表面上平坦区的总面积只有象素区总面积的12％。
如实施例1那样来测试实施例5的反射器76的反射特性。结果如图4E的曲线所示。如该曲线所示，反射器76的反射特性使得反射光的强度在相对于正常反射方向大约-45°到+45°的较宽范围内都超过参考光强度的60％。特别是，在大约-35°到+35°范围内，反射器76表现出比参考强度更高的反射光强。
如上所述，实施例5中，当加热时，使在第二次使用树脂中加给凸/凹部分72c上面的光敏树脂熔融，从而填充了所述各凹陷的弯角和底部。此外，通过单一光刻过程所形成的具有平缓斜度的各凹陷被分布在一些随机的位置上。于是得到具有如同实施例1至4反射器的所需特性的反射器76。
本实施例中，由光刻过程所形成的各个凹陷(或凹部)为圆形的(在平行于基片的平面内的截面)。不过，采用具有多角形截面的凹部，也能达到同样的效果。
现在，讨论反射器光学特性与带该反射器的液晶显示装置的亮度间的关系。已经研究了最能影响带所述反射器的液晶显示装置的亮度的反射器光学特性(当制成这样的液晶显示装置并以人眼观察时)。结果是，已发现在单一光源情况下所测得的反射光强的视角相关性最能影响在多光源下观察的带所述反射器的液晶显示装置的亮度。以下将参照图16A到18B更为详细地描述这一点。
当如图16A所示那样只提供一个光源200时，光线201只从有限的方向范围内入射到反射器203上。因此，入射到反射器203上的光线201的强度只在该限定的范围内是较强的。另一方面，当如图16B所示那样，在不同位置设置多个光源200时，则光线201从各个方向入射到反射器203上。于是，与单一光源的情况相比，所述入射光201的强度变得比较均匀。
图17A表示一个反射器204a，它是实施例1至5的反射器之一，其在相对于正常反射方向大约-45°到+45°的较宽范围内都表现出约为参考光强的60％或更多的反射光强。在图16B所示的情况下，反射器204a可以朝着观察方向(图18A中的圆锥所示)的较宽范围内反射所述的入射光201。可以相信，由于光的路径具有可逆性，并因此可使入射光201被向着一个较宽的方向范围反射，所以将看到反射光202的强度得到改善的效果。另一方面，图17B所示的反射器204b是比较例1和2中的反射器之一，它通过正常方向反射入射于其上的大部分光，并因此而使光指向一个受到限制的方向范围。这样的反射器204b使入射光201只指向如图18B所示的限定的方向范围内，因此不能指望改善反射光202的亮度。
已经对带不同反射器的液晶显示装置测试了显示亮度，所述不同的反射器在按自正常反射方向偏离约45°的观察方向上具有不同的反射率。结果表示在下面的表2中。已经表示出，为实现亮显示，需要在45°偏角方向上具有约60％或更高反射率的反射器。
表2
×非常暗○亮△暗◎非常亮另外，还测试了反射器上凸/凹部分的形状与其光学特性之间的关系。特别还测试了相对于象素总面积的反射器上平坦区域总面积及在从正常反射方向倾斜45°时其上的反射率。这些结果表示在图22中。正像从图22所能看到的那样，随着平坦区域面积的增大，沿正常反射方向反射光量相对整个反射光量的比例增大，从而减少了反射器沿相对于正常反射方向倾斜大约45°方向的反射率。还表示出，为实现亮显示，平坦区域总面积是象素总面积的大约40％或更小。实施例6下面，将讨论本发明实施例6的具有本发明反射器的反射式液晶显示装置及其制作方法。
实施例6的反射式液晶显示装置与具有类似于实施例5的反射器表面的表面并按GH方式进行显示的反射器结合在一起，其中不用起偏器。
图11表示本发明实施例6的反射式液晶显示装置。
如图11所示，将起有源矩阵基片作用的反射器81附在相对的具有滤色片82的基片83上，它们之间有预定的间隔。液晶显示装置84位于反射器81与对面基片83之间，并被封于其中。本实施例中，对于液晶层84来说，使用一种GH型液晶显示材料。理由如下，反射器81并不对入射光保持很好的偏振。因此，当把反射器81用于按双折射方式进行显示的液晶显示装置(使用一个起偏器)中时，显示的反差比降低。由于这个理由，本实施例中采用GH方式。
现在描述实施例6的反射器81的结构。
在玻璃基片等绝缘基片85上面形成多个TFT(薄膜晶体管)86。设置象素电极87，用以连接各TFT86的漏极。形成光敏树脂层88，用以覆盖各TFT86和象素电极87。与实施例1至5的反射器的玻璃基片上所形成的光敏树脂层对应的光敏树脂层88具有用实施例1至5所述方法之一所形成的凸/凹部分。在光敏树脂层88上以矩阵形式形成与实施例1至5中反射膜对应的反射象素电极89，它们经接触孔90与各象素电极87电连接。形成一个调整膜91，用以覆盖整个所述反射象素电极89。具有如此结构的反射器81的表面类似于实施例5的反射器。
另一方面，对面的基片83有一个玻璃类的绝缘基片85。基片85上设有包括红色部分、绿色部分和蓝色部分的滤色片82。滤色片82的厚度依不同颜色部分而改变，从而在相邻的着色部分之间产生厚度差。为减小这种厚度差，在滤色片82上形成一层平坦层92。依相对的电极93和调整膜91的顺序在平坦层92上将它们进一步形成。
在制作上述反射型液晶显示装置时，优选各种条件(主要是关于所述液晶层的特性)，以便使用反射器81。
首先，考虑组成反射器81、对面的基片83以及液晶层84的液晶盒的厚度，当所述盒做得越厚时，被液晶层84中所含染料的分子的光吸收变得越多，于是相对于传统装置而言，显示就过暗。然而，更重要的是响应速率(即液晶的取向与液晶层中所含染料分子的取向变化的速率)按与所述盒厚度平方成正比的方式减小。因此，把这种响应变化率看成是最重要的条件，最好将盒厚度的最大值设定为约10μm(约7μm最好)，以便达到大约200ms的响应速率，对于实际应用而言，这种速率是必须的。另一方面，从显示的对比度与简化制作的角度出发，最好将单元厚度的最小值设定为约3μm(约4μm最好)。本实施例中，将所述盒制作成厚度约为5μm。这里所用的“液晶盒厚度”是从不存在凸/凹变化的所述接触孔处测得的厚度扣除树脂层和金属层的厚度所得到的值。
接下去，最好将液晶材料的扭曲角设定为大约180°到360°。当采用GH型液晶材料时，需要由染料分子吸收环境光，这种染料分子是作为“宾”包含在作为“主”的液晶材料中，并且按照液晶分子取向而进行取向的。为此，最好将扭曲角的最小值设定为大约180°。从液晶材料的双稳定性出发，最好将扭曲角的最大值设定为大约360°。本实施例中将扭曲角设定为大约240°。
考虑到液晶材料的双折射率Δn，由于入射光不能跟随在上述扭曲角范围内的液晶材料的扭曲，所以在实际使用时，显示质量(特别是反差比)变得与该双折射率Δn有关。图12表示液晶材料的双折射率Δn与反差比之间的关系。一般当反差比大约为4或更高时将被显示的图形看成是“观看舒适”，而当反差比小于3.5时为“观看不适”。所以，最好将液晶材料的双折射率Δn设定成约为0.15或更小(约0.10或更小则更好)。本实施例中是将液晶材料的双折射率Δn设定成约为0.09。
此外，在上述扭曲角范围内，哪怕所述液晶盒厚度略有不一致，也会容易造成条纹区，从而引起滞后现象。在这样的情况下，就不能实现灰度等级显示。进而，在本发明的液晶显示装置中，其表面带有凸/凹部分的反射器本身是与液晶层接触的。所以，反射器上的凸/凹部分加重了条纹区，从而引起滞后现象，哪怕是在设定有比率d/p(d液晶盒厚度，p液晶材料的正常螺距)以致在平坦的反射器上不会发生条纹区的液晶材料中。鉴于这些缺点，为使反射器具有优良的光学特性并减少条纹区的发生，已对凸/凹部分的合适形状作了研究。
将一种旋光物质加到双折射率Δn约为0.09的液晶材料中，用以将d/p比率调节成约为0.58。利用这种液晶材料制作实施例6的反射式液晶显示装置。液晶显示装置的液晶盒厚度约为5μm，扭曲角约为240°。当通过显微镜观察其中加有电压的这种液晶显示装置时，所述条纹区沿着各个凸部之间的槽发生在G(绿色)象素和B(蓝色)象素中。这是由于R(红)象素比G、B象素厚的缘故，即如表示本实施例所用滤色片的图13的剖视图所示的那样。这里的G、B、R象素分别是设置滤色片的绿色部分、蓝色部分和红色部分的象素。滤色片各着色部分之间厚度的最大差别被观察到约在0.3μm。因此，可以相信在液晶盒厚度小于R象素的G和B象素中产生条纹区。
已制成一种具有d/p比率约为0.60的类似的液晶显示装置。当把电压加给该装置时，不产生条纹区。这就表明，考虑到液晶盒厚度不一致性的容差和滤色片厚度不同的容差，为了不产生条纹区，必须使液晶显示装置的d/p比率为0.60或更高。
当在凸/凹部分直径各为约9μm和5μm的两种液晶显示装置(二者的d/p比率均为0.58，螺距8.6μm)之间进行比较时，表明具有凸/凹部分直径约为5μm的装置比起另一种凸/凹部分直径约为9μm的装置来，前者产生较小的条纹区。所以，可以相信，当装置中所用液晶材料的螺距基本上等于所示凸/凹部分的直径时，更易产生条纹区。
另外，考虑到驱动电路的电压电阻、转换元件(TFT)和液晶层的可靠性，以及所示装置的轻便性，需使本装置在低能耗条件下工作。为此，最好将介电常数的各向异性Δε设为4到12。如表3所示，若Δε小于4并且液晶盒厚度大约为5μm，则阈值电压要超过大约3V。在这种情况下，需要一种具有高电压电阻的驱动器。然而，这种驱动器对于所示转换元件和液晶层是一种不良的负载。当Δε超过大约12时，很可能发生沾污和存留图形，哪怕只老化很短的时间。本实施例中的Δε设为大约7。表3<
>(*)出现线状存留图象前的时间×小于200hrs○200-500hrs◎大于500hrs于是，使用本发明制作的反射器并采用GH型液晶显示材料可制得反射式液晶显示装置，并使其参数得以优化。图14A和15A表示实施例6的反射式液晶显示装置的视角特性；图14B和15B表示与传统反射器结合的反射式液晶显示装置的视角特性。
参见图14A和15A，实施例6的反射式液晶显示装置进行了所希望的显示，即具有大约3.5或更高的反差比，并且在相对于正常反射方向大约-45°到+45°的较宽范围内有约40％或更高的亮度。另一方面，如图14B和15B，与传统反射器结合的液晶显示装置进行的显示具有大约3.5或更高的反差比，并且在相对于正常反射方向大约-15°到+15°的有限范围内有约40％或更高的亮度，但在这个范围以外亮度即急剧降低。
另外，当像实施例5所述那样在多个光源下用人眼观察时，实施例6的反射式液晶显示装置不但表现出扩展的视角，而且还表现得比较亮。
由于本发明的反射器和通过将其结合到具有被优化的参数的GH型液晶材料的反射式液晶显示装置内，得到了比传统装置亮、其反差高且无滞后的显示。从而实现多灰度级的显示。因此，能够如将在图7中所述的那样，使液晶显示装置与滤色片结合在一起。于是，实现能够实际应用的多色反射式液晶显示装置。实施例7本发明的实施例7中将讨论适于与滤色片结合的实施例6的反射式液晶显示装置。
图19表示配用在实施例7的反射式液晶显示装置中的滤色片的色度图以及配用在传统反射式液晶显示装置中的滤色片。在图19中，传统的滤色片(用△表示)只表现不鲜明的颜色，并且由于必须使透射光量增加，所以颜色的数目仅限于两种。实施例7的滤色片(用○和●表示)表现三种颜色(红、绿和蓝)，它们比传统滤色片所表现的颜色鲜艳。
图13表示实施例7中所用滤色片的截面图。
如图13所示，所述滤色片相邻着色部分间具有约0.6μm的最大厚度差。当把这样的滤色片附在相对的基片上，并且用这样相对的基片制作液晶显示装置而不作任何特殊措施时，由于相邻着色部分间的厚度差别，因而将产生条纹区。为了减少这种缺陷，在所述滤色片上面设置一层平坦膜，从而使相邻着色部分间的厚度差减小到约为0.3μm。当滤色片的相邻着色部分间厚度差小于0.3μm时，则无需平坦膜，所述滤色片即可被使用。
于是，可以实现与滤色片结合在一起的液晶显示装置，而无任何滞留。这就使得能够实现具有任何灰度级的显示。因此，使液晶显示装置的颜色再现得到改善。本实施例的液晶显示装置已表示在低能耗水平的条件下提供具有256种或更多种颜色的多色显示，这种显示在亮度、对比度、响应速率、可靠性等方面都是良好的。
如上所述，按照本发明，一种反射器设有基片、在所述基片上形成的许多凸/凹部分、在整个凸/凹部分上形成的薄反射膜。当光从特定的方向入射到这种反射器上时，在相对于入射光的正常反射方向约-45°到+45°视角范围内的反射光强度是参考光强的60％或更多。于是，与传统反射器相比，可以在较宽的范围内得到高强度反射光。在环境光下，光从各个方向入射于反射器上，可使光由反射器而指向一个较宽的视角。于是，使反射光的总强度得到改善。
通过至少在部分地包括一个连续曲面条件下形成各个凸/凹部分，其反射器表面的倾角小于2°的基片的总面积相对于总的基片面积约为40％或更小。于是，可以使按正常方向反射的光量相对整个反射光相应减小，从而在较宽视角范围内得到高反射光强。进而，在环境光下，光从各个方向入射于反射器上，可使光由反射器而指向一个较宽的视角。于是，使反射光的总强度得到改善。
所述各凸/凹部分可由光敏树脂形成。于是，可以通过光刻过程形成所需的凸/凹部分，而不需要用于附加构图工艺的光敏树脂。另外，作为选择，所述凸/凹部分可由无机氧化物和光敏树脂形成。在此情况下，可由简单的过程形成所需的凸/凹部分。
另外，按照本发明，可通过以下步骤制作一种包括基片、在基片上所形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成的反射薄膜的反射器，所述步骤包括进行多个光刻过程和热处理过程的循环，以形成所述凸/凹部分；以及在整个凸/凹部分上形成一层薄的反射膜。于是，可以控制基片上凸/凹部分的密度。结果，可以很高的重复性制得具有所需反射特性的反射器。
使得通过单独一个光刻过程循环所形成凸/凹部分的形状恒定，即可基于简单的设计，就以很高的重复性制得具有所需反射特性的反射器。此外，使在一个光刻过程循环中形成的凸/凹部分的形状不同于其它光刻过程循环中形成的凸/凹部分的形状，就可在所述基片上形成不同形状的凸/凹部分。于是，由于不出现凸/凹图样的干涉，所以可抑制反射光的着色(coloring)。
此外，作为多个光刻过程循环中所用的光敏树脂，首先使用负型光敏树脂，其后再使用正型光敏树脂。因此，可使前面步骤中所形成的凸/凹部分的形状保持不变。
另外，通过以下步骤制作一种包括基片、在基片上所形成的凸/凹部分和凸/凹部分上形成的反射薄膜的反射器，所述步骤包括进行一个光刻过程和热处理过程的循环，以形成所述凸/凹部分；以及在整个凸/凹部分上形成一层薄的反射膜。所述方法还包括在所述基片上形成氧化物和蚀刻该氧化物的步骤。于是，可通过简单过程形成所需的凸/凹部分。
另外，通过以下步骤制作一种包括基片、在基片上所形成的凸/凹部分和凸/凹部分上形成的反射薄膜的反射器，所述步骤包括进行一个光刻过程和热处理过程的循环，以形成所述凸/凹部分；以及在整个凸/凹部分上形成一层薄的反射膜，其中所述方法还包括将一种混入微小颗粒的有机绝缘树脂加在所述基片上的步骤。于是，可通过简单过程形成所需的凸/凹部分。
进而，通过将本发明的反射器配用在反射式液晶显示装置中，能够实现具有高亮度和高对比度的显示。另外，所述反射式液晶显示装置还可包括一层插在基片与反射器之间的宾主向列相型液晶材料。在这种情况下，能够实现具有高亮度和高对比度的显示。
另外，液晶材料的双折射率(Δn)约为0.15或更小；液晶显示材料的介电常数的各向异性(Δε)符合表示式4＜Δε＜12；液晶显示材料的扭转角被设定在大约180°至360°范围内；由基片、反射器及液晶层组成的液晶盒厚度在大约3-10μm范围内。于是，可以实现低能耗、可靠、明亮、高对比度、快速响应显示，这是一种可实现具有多灰度等级的显示。
此外，反射式液晶显示装置还可以包括滤色片，它有三种不同颜色的着色部分，其中相邻着色部分间的厚度差大约为0.3μm或更小。因而能够实现实际应用的多色显示。
采用本发明的反射器，能够利用环境光，在较宽的视角范围内获得较高的反射光强，而对于整个反射光能抑制沿正常反射方向的反射光量的比例。所以，尽管环境光沿各个方向的强度都是均匀的，但可在如此环境光情况下达到亮显示。另外，根据本发明制作反射器的方法，可将上述反射器准确地制成具有良好重复性的反射器设计。
进而，与本发明反射器结合在一起的液晶显示装置比起传统技术来能够更为有效地利用环境光，从而实现具有理想对比度的显示。此外，通过优选所述液晶层的特性，能够给出多灰度等级的反射式液晶显示装置，它在亮度、对比度、响应速度、可靠性、能耗等方面具有理想的特性，而且不会发生任何滞后。将滤色片结合到这种装置中，还能实现表现出理想色彩的多色反射式液晶显示装置。
在不致脱离本发明的范围和精髓的情况下，各种其它改型对于那些熟悉本领域的人来说将是显而易见的并易于被制造的。因此，不应该以所附各权利要求的范围作为对以前描述的限制，而应使这些权利要求得到广义的解释。
权利要求
1．一种反射器，包括基片、在所述基片上形成的许多凸/凹部分、和在所述各凸/凹部分上形成的反射薄膜，其中，当光以相对于法线方向的第一入射角入射到反射器上时，由反射器向着相对于光的正常反射方向大约-45°到+45°范围内的方向的反射光强度是参考强度的大约60％或更高，其中参考强度是以相对于法线方向的第二入射角入射到标准白色平板上并被向着法线方向反射的光强，第一入射角及第二入射角基本上彼此相等。
2．一种如权利要求1所述的反射器，其中，各凸/凹部分至少部分地包括一个连续曲面；以及与反射器表面的倾角小于2°的基片的这些部分的总面积相对于所述基片的总面积占大约40％或更小。
3．一种如权利要求1所述的反射器，其中，各凸/凹部分均由光敏树脂形成。
4．一种如权利要求1所述的反射器，其中，各凸/凹部分均由无机氧化物和光敏树脂形成。
5．一种如权利要求1所述的反射器，其中，各凸/凹部分均由微小颗粒和光敏树脂形成。
6．一种制作包括基片、在基片上形成的多个凸/凹部和在整个凸/凹部分上形成的反射薄膜的反射器的方法，包括如下步骤进行多个光刻过程和热处理过程循环，以形成所述凸/凹部分；在整个凸/凹部分上形成反射膜薄。
7．一种如权利要求6所述的制作反射器的方法，其中，通过单独一个光刻过程循环所形成的凸/凹部分的形状是一样的。
8．一种如权利要求6所述的制作反射器的方法，其中，在一次光刻过程循环中所形成的凸/凹部分的形状不同于在其它光刻过程循环中所形成的凸/凹部分的形状。
9．一种如权利要求6所述的制作反射器的方法，其中，作为在多个光刻过程循环中所用的光敏树脂，首先使用负型光敏树脂，其后再使用正型光敏树脂。
10．一种制作包括基片、在基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成的反射膜薄的反射器的方法，包括如下步骤进行光刻过程和热处理过程，用以形成所述凸/凹部分；在整个凸/凹部分上形成反射薄膜；其中所述方法还包括以下步骤，在基片上形成氧化物；以及蚀刻该氧化物。
11．一种制作包括基片、在基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成的反射薄膜的反射器的方法，包括如下步骤进行光刻过程和热处理过程，用以形成所述凸/凹部分；在整个凸/凹部分上形成反射薄膜；其中，所述方法还包括在所述基片上加上混有微小颗粒的有机绝缘树脂。
12．一种反射式液晶显示装置，包括权利要求1所述的反射器。
13．一种如权利要求12所述的反射式液晶显示装置，还包括基片和插在所述基片与反射器之间的液晶层，其中所述液晶层包括一种宾主型液晶材料。
14．一种如权利要求13所述的反射式液晶显示装置，其中，液晶显示材料的双折射率(Δn)大约是0.15或更小；液晶显示材料介电常数的各向异性(Δε)符合表示式4＜Δε＜12；液晶显示材料的扭转角设定在大约180°至360°的范围内；由基片、反射器及液晶层形成的液晶盒厚度在大约3-10μm范围内。
15．一种如权利要求12所述的反射式液晶显示装置，还包括带三种不同颜色的着色部分的滤色片，其中相邻着色部分间的厚度差是大约0.3μm或更小。
16．一种如权利要求1所述的反射器，其中，通过在基片上的光敏树脂层中形成大量圆柱形凹洼，并加热所述大量圆柱形凹洼，来形成所述凸/凹部分。
17．一种制作包括基片、在基片上形成的许多凸/凹部分和在整个凸/凹部分上形成的反射薄膜的反射器的方法，包括如下步骤在所述基片上形成光敏树脂层；进行光刻，以便在所述光敏树脂层上形成多个圆柱形凹洼；加热所述大量圆柱形凹洼，以便在所述基片上形成所述凸/凹部分；以及在整个凸/凹部分上形成反射薄膜。
全文摘要
一种反射器,包括基片、经多次光刻和热处理过程循环在基片上形成的许多凸/凹部分和在各凸/凹部分上形成的反射薄膜。当光从一定方向入射到反射器上时,在相对于入射光的正常反射方向大约－45°到+45°视角范围内的反射光强度是参考光强的大约60%或更高,其中所述参考光强是指以相对垂直于标准白色平板方向大约30°入射到标准白色平板上并被反射到垂直于标准白色平板方向的光强。
文档编号G02F1/13GK1212379SQ97120688
公开日1999年3月31日 申请日期1997年9月20日 优先权日1997年9月20日
发明者津田和彦, 中村正子, 藤井晓义, 伴真理子, 伊藤康尚, 中村浩三, 木村直史 申请人:夏普公司