KR0154557B1

KR0154557B1 - 컬러 액정 표시장치

Info

Publication number: KR0154557B1
Application number: KR1019940007654A
Authority: KR
Inventors: 도시하루 니시노; 도시히꼬 모리; 야스시 니시다; 가즈요시 아라이; 유끼가즈 다나까; 히데시 사또
Original assignee: 가시오 가즈오; 가시오 게이상기 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1998-11-16
Also published as: US5585950A; MY144447A; CN1109178A; CN1076482C

Abstract

본 발명은 컬러필터를 사용하지 않고 투과광을 착색하여 빛의 투과율을 높게 하고, 표시의 밝기를 충분히 높게 할 수 있음과 동시에, 1개의 화소로 여러 가지 색을 표시할 수 있는 간단한 구조의 컬러액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 액정(38)을 180°∼270°로 트위스트 배향시켜 구성되는 STN형 액정셀(30)의 양측에 한쌍의 편광판(41,42)을 배치하고, 한쪽 편광판과 액정셀 사이에는 위상판(40)이 배치되고, 그 경우 위상판(40)의 광학축(40a)과 인접하는 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a)이 35°∼55°로 교차하도록 양자의 배치가 설정되어 있다. 한쌍의 편광판(41,42)은 각각의 투과축(41a,42a)이 서로 평행하게되 도록 배치되고, 위상판(40)의 광학축(40a)과 이것에 인접하는 기판측 액정분자의 배향방향(31a,32a)과는 소정각도 어긋나 교차하도록 액정셀(30)이 배치되어 있다. 그리고 액정셀(30)에는 액정(38)을 투과하는 타원 편광광의 편광상태를 변화시켜 출사광의 색이 변화되도록 색정보를 갖는 표시데이타에 따른 전압을 액정(38)에 인가하는 구동회로가 접속되어 있다.

Description

컬러액정표시장치

제1도는 본 발명 제1실시예로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제2도는 제1실시예에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

제3도는 제1실시예의 컬러액정표시장치에 의한 일표시예를 도시하는 설명도.

제4도는 제3도의 A부분을 상세히 도시하는 설명도.

제5도는 제1실시예의 일응용예에 있어서의 액정구동회로를 도시하는 블록도.

제6도는 제1실시예의 컬러액정표시장치를 구동하는 구동파형의 일례를 도시하는 타이밍챠트.

제7도는 본 발명 제2실시예로서의 컬러액정표시장치에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

제8도는 상기 제2실시예 배치구성의 일변형예를 도시하는 설명도.

제9도는 상기 제2실시예 배치구성의 다른 변형예를 도시하는 설명도.

제10a, 10b, 10c도는 각각 제2실시예의 컬러액정표시장치를 구동하는 주사전압파형의 일예를 도시하는 각 설명도.

제10d도는 제2실시예의 전극구성을 도시하는 설명도.

제11a, 11b, 11c도는 제10a도∼제10d에 도시하는 각 전압에 의해 각 화소에 인가되는 3종류의 인가전압파형을 도시하는 각 설명도.

제12a, 12b, 12c도는 각각 제2실시예의 컬러액정표시장치를 구동하는 주사전압파형의 다른 예를 도시하는 각 설명도.

제12d도는 그것에 대응하여 인가되는 신호전압파형을 도시하는 설명도.

제12e도는 제2실시예의 전극구성을 도시하는 설명도.

제13a, 13b, 13c도는 제12a도∼제12d도에 도시하는 각 전압에 의해 각 화소에 인가되는 3종류의 전압파형을 도시하는 각 설명도.

제14도는 본 발명 제3실시예로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

제15도는 제3실시예의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제16도는 제3실시예에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

제17a, 17b, 17c도는 제3실시예의 컬러액정표시장치를 구동하는 주사전압파형을 도시하는 각 설명도.

제18도는 제17a도∼제17c도의 주사전압에 대응하여 인가되는 신호전압을 도시하는 설명도.

제19a, 19b, 19c도는 제17a도∼제17c도와 제18도에 도시하는 각 전압에 의해 각 화소에 인가되는 3종류의 전압 파형을 도시하는 각 설명도.

제20도는 본 발명 제4실시예로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제21도는 제4실시예에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

제22도는 제4실시예에서 사용한 위상판의 광학축을 설명하는 사시도.

제23도는 제4실시예에서 사용한 위상판과 통상의 위상판 각각에 대하여 입사각 0°의 리텐션(retention)에 대한 리텐션비와 광입사각과의 관계를 도시한 그래프.

제24도는 제4실시예의 컬러액정표시장치와 통상의 위상판을 사용한 비교예장치 각각에 대해서 시각에 대한 색차이의 변화를 도시한 그래프.

제25도는 본 발명 제5실시예로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제26도는 제5실시예에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

제27도는 본 발명 제6실시예로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제28도는 제6실시예에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

제29도는 본 발명 제7실시예로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제30도는 제7실시예에 있어서의 각 광학소자의 광학적 배치구성을 도시하는 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 액정셀 31,32 : 기판

33,34 : 전극 35,36 : 배향막

38 : 액정 38a : 액정분자

40 : 위상판 40a : 광학축

41, 42 : 편광판 41a, 42a : 투과축

43 : 반사판 87 : 박막트랜지스터(TFT)

본 발명은 트위스터 네머틱 액정의 복굴절성을 이용하여 색표시를 하는 컬러액정표시장치에 관한 것이다.

종래 텔레비젼이나 퍼스널컴퓨터 또는 전자식탁상계산기 등의 표시장치로서 액정표시장치가 잘 알려져 있다. 그리고 최근에는 액정색텔레비젼이나 컴퓨터단말기의 색표시 등과 같이 유채색을 표시할 수 있는 컬러액정표시장치도 일반화하고 있다.

컬러액정표시장치로서는 액정셀을 한쌍의 편광판으로 끼우고, 한쪽 편광판의 외측에 백라이트(조명광원)를 배치한 투과형의 것이 일반적이다. 그 경우의 액정셀은 한쌍의 투명기판을 대향배치하고, 각 투명기판의 대향면에 투명전극을 각각 형성하고, 이들 투명기판 사이에 액정을 봉입(封入)하여 구성되고, 그 한쪽 투명기판 측에 특정의 파장광을 선택적으로 투과시키는 컬러필터가 설치되어 있다.

그리고 한쌍의 투명전극 간에 인가하는 구동전압을 온/오프하므로써 백라이트광의 출사를 제어한다. 백라이트광은 액정표시장치 내의 컬러필터를 투과할 때에 그 컬러필터에 의해 선택투과 되어 특정색으로 착색된다. 그 컬러필터에 의해 착색된 투과광에 의해 색표시가 된다.

그렇지만 컬러필터는 일반적으로 광투과율이 작으므로, 상기 종래의 컬리필터를 사용하는 컬러액정표시장치에서는 투과광의 광손실이 커져 표시가 어두워진다. 특히 전자식탁상시계나 손목시계 등 휴대형기기의 표시부에 자주 사용되고 있는 반사형의 액정표시장치는 전용의 광원을 구비하고 있지 않으며, 컬러필터를 설치했을 경우 반사전과 반사후 2번에 걸쳐 컬러필터를 투과하여 광손실을 받으므로 표시가 보다 어두워지고, 컬러필터에 의한 색화는 매우 곤란하다.

또 컬러필터는 편광판 등의 다른 광학소자와 마찬가지로 두께 등의 치수나 그 맞붙임에 고정도가 요구되고, 액정표시장치 생산원가상승의 원인이 된다.

또한 컬러필터를 사용한 컬러액정표시장치에서는 1개의 전극에 대응하는 한 개의 픽셀(pixel)이 그 전극에 설치된 한 개 컬러필터의 색만을 표시하므로, 다수의 색을 표시하려면 다른 색의 컬러필터를 구비한 복수개의 픽셀에 의해 한 개의 표시도트를 형성시켜야만 한다. 따라서 다수의 색을 표시하기 위해서는 픽셀의 수가 많아져 컬러액정표시장치의 구조가 복잡해진다. 특히 표시도트의 수가 많은 도트매트릭스 표시타입으로 다색표시를 할 경우에 구조가 보다 복잡화한다.

본 발명은 상술한 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 컬러필터를 사용하지 않고 투과광을 착색하여 빛의 투과율을 높게 하고, 표시의 밝기를 충분히 높게 할 수 있음과 동시에, 1개의 화소로 여러 가지 색을 표시할 수 있는 간소한 구조의 컬러액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 컬러액정표시장치는 대향하는 면 각각에 전극과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 형성된 한쌍의 기판과, 이들 한쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자가 한쪽 기판에서 다른쪽 기판을 향해 180°∼270°의 트위스트 각도로 비틀 수 있도록 나란히 배열한 액정층과, 한쌍의 기판을 끼우도록 각 기판의 외측에 1장씩 배치되고, 각각이 입사광을 직선편광으로 하는 투과층을 구비하고 있는 한쌍의 편광판과, 한쌍의 편광판 사이에 배치되고, 그 평면방향에 있어서 굴절률이 최대가 되는 광학축의 방향과 인접하는 편광판의 투과축이 이루는 각도가 35°∼55°인 위상판과, 전극에 접속되고 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 출사측 편광판의 투과광 색이 변하도록 액정층에 인가하는 전압을 변화시키는 액정구동수단을 갖는다.

상술한 바와 같이 구성한 컬러액정표시장치에 의하면 빛이 입사측 편광판을 투과하므로써 직선편광이 되고, 이 직선편광이 위상판과 액정층을 투과하므로써 각 파장마다 각각 편광상태가 다른 타원편광이 되고, 이 편광상태가 다른 타원편광상태의 각 파장광의 출사측 편광판의 투과축에 따른 성분(이하, 성분광이라고 함)이 출사측 편광판을 투과하므로, 출사측 편광판을 투과한 출사광은 성분광의 강도가 높은 파장광의 색을 나타낸다. 이 경우 액정층을 투과하는 각 파장광은 액정층의 분자배열상태에 따라 각각의 타원편광상태가 변화하므로, 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배열상태를 변화시킴으로써, 각 파장광마다의 타원편광상태를 변화시켜 출사광의 색을 변화시킬 수 있다.

상기 컬러액정표시장치에 있어서 액정분자의 트위스트 배향각도를 250°∼260°로 하면, 표시패턴을 도트매트릭스 타입으로 해서 이것을 용이하게 고시분할구동(高時分割驅動) 할 수 있다.

상기 컬러액정표시장치에는 위상판을 2장 설치해도 되고, 그 경우 한쌍의 기판 사이에 액정을 봉입하여 구성되는 액정셀에 대해서 한쪽에 2장 설치해도 되고, 액정셀을 사이에 두고 양측에 1장씩 배치해도 된다. 또 상기 컬러액정표시장치에 광반사판을 설치하여 반사형 액정표시장치로 해도 된다. 그 경우에도 2장의 위상판을 액정셀의 한쪽 또는 액정셀을 사이에 두고 그 양측에 1장씩 배치해도 된다.

그리고 상기 컬러액정표시장치에 사용하는 위상판으로서 소위 2축성위상판을 사용해도 된다. 본 발명에 사용하는 2축성위상판은 그 위상판을 포함하는 평면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 X, 위상판을 포함하는 평면내에서 상기 방향 X와 직교하는 방향 Y 및 두께 방향 Z의 각 굴절률을 nx, ny, nz라 했을 때, nx〉nz〉ny의 관계를 만족하는 위상판이고, 이것을 사용하므로써 시야각을 넓힐 수 있다.

상기 컬러액정표시장치는 각 기판에 형성하는 전극을 서로 직교방향으로 연장하여 형성하고, 쌍방 전극의 교차대향부가 화소가 되는 도트매트릭스형 표시패턴으로 해도 된다. 이 도트매트릭스형 전극에 인가하는 구동전압의 파형은 크기가 다른 복수의 전압에서 색정보를 포함하는 표시데이타에 따라 구동전압을 선택하여 형성된다.

또한 상기 컬러액정표시장치는 액정셀의 한쪽 기판에 여러개의 화소전극을 규칙적으로 배열하고, 화소전극에 접속된 소스전극과 표시신호를 공급하는 신호선에 접속된 드레인전극과 주사신호를 공급하는 주사선에 접속된 게이트전극으로 구성되는 박막트랜지스터를 스위칭 소자로서 각 화소전극에 배치한 TET 구동식 액티브 매트릭스형 컬러액정표시장치로 해도 된다.

그리고 액정표시수단으로서 시분할구동에 있어서의 소정수의 프레임시간을 1주기로 하고, 복수종류의 1 프레임마다 신호전압을 표시신호의 색데이타에 따라 조합하여 각 주기마다의 신호전압을 형성하는 인가전압 제어수단을 설치하고, 다수의 중간색을 표시할 수 있다.

상기 발명과는 다른 발명의 컬러액정표시장치는 상기 목적을 달성하기 위해 대향하는 면 각각에 전극과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 형성된 한쌍의 기판과, 이들 한쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자가 한쪽 기판에서 다른쪽 기판을 향해 180°∼270°의 트위스트 각도로 비틀 수 있도록 나란히 배열한 액정층과, 한쌍의 기판내 한쪽 외측에 배치되고, 입사광을 직선편광으로 하는 투과측을 구비하고 있는 편광판과, 한쌍의 기판에 대해 상기 편광판과 반사측에 배치된 광반사판과, 편광판과 광반사판 사이에 배치되고, 그 평면방향에 있어서 굴절률이 최대가 되는 광학축을 갖고, 이 광학축과 편광판의 투과축이 이루는 각도가 35°∼55°가 되도록 배치된 위상판과, 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정층을 투과하는 빛의 편광상태를 변화시키고, 출사측 편광판의 투과광 색을 변화시키는 액정구동수단을 갖는다.

이 반사판의 컬러액정표시장치에 의하면 단1장의 편광판이 입사측 편광판과 출사측 편광판 쌍방의 기능을 다하고, 전술한 컬러액정 표시장치와 같은 작용효과를 얻을 수 있다.

상기 반사형 컬러액정표시장치에 있어서, 액정분자의 트위스트 배향각도를 250°∼260°로 하면 표시패턴을 도트매트릭스 타입으로 해서 이것을 용이하게 고시분할구동할 수 있다.

상기 반사형 컬러액정표시장치에는 위상판을 2장 설치해도 되고, 그 경우 액정셀에 대해서 한쪽에 2장 설치해도 되고, 액정셀을 사이에 두고 양측에 1장씩 배치해도 된다.

그리고 상기 반사형 컬러액정표시장치에 사용하는 위상판으로서 상술한 2축성 위상판을 사용해도 된다. 그 2축성 위상판을 사용하므로써 시야각을 넓힐 수 있다.

상기 반사형 컬러액정표시장치는 각 기판에 형성하는 전극을 서로 직교방향으로 연장하여 형성하고, 쌍방의 전극이 교차한 대향부가 화소가 되는 도트매트릭스형 표시패턴으로 해도 된다. 이 도트매트릭스형 전극에 인가하는 구동전압의 파형은 크기가 다른 복수의 전압에서 색정보를 포함하는 표시데이타에 따라 구동전압을 선택하여 형성하면 된다.

또 상기 반사형 컬러 액정 표시 장치는 액정셀의 한쪽 기판에 복수의 화소전극을 규칙적으로 배열하고, 화소전극에 접속된 소스전극과 표시신호를 공급하는 신호선에 접속된 드레인전극과 주사신호를 공급하는 주사선에 접속된 게이트 전극으로 구성되는 박막트랜지스터를 스위칭 소자로서 각 화소전극에 배치한 TFT 구동식 액티브 매트릭스형 컬러 액정 표시 장치로 해도 된다.

상술한 2가지의 발명과는 다른 본 발명의 컬러액정표시장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 대향하는 면 각각에 전극과 이 전극을 덮고 소정 방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 형성된 한쌍의 기판과, 이들 한쌍의 기판 사이에 형성되고 액정 분자가 한쪽 기판에서 다른쪽 기판을 향해 180°∼270의 트위스트 각도로 비틀 수 있도록 나란히 배열한 액정층과, 한쌍의 기판내 한쪽 외측에 이들 기판을 사이에 두도록 배치되고, 각각이 입사광을 직선편광으로 하는 투과축을 구비하고 있는 한쌍의 편광판과, 한쌍의 평광판내 광입사측의 편광판에 인접시켜 배치되고, 편광판을 투과한 직선편광을 타원 편광으로 편광시키는 위상판과, 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태를 변화시켜 표시색이 3색 이상으로 변화하도록, 상기 액정층에 인가하는 전압을 3단계 이상으로 변화시키는 액정구동수단을 갖는다.

이하 본 발명의 실시예 에 대해서 제1도 내지 제30도에 의거하여 설명한다.

제1실시예의 컬러액정표시장치는 제1도에 도시하는 바와 같이 반사형의 액정표시장치 이 고, 액정셀(30)을 사이에 두고 한쌍의 편광판(41,42)을 배치함과 동시에 액정셀(30)과 한쪽 편광판(이 실시예에서는 상측에 도시된 상편광판)(41) 사이에 1장의 위상판(40)을 배치하고, 하편광판(42)의 액정셀(30)에 접하는 측과는 반대측(외측)에 반사판(43)을 배치하여 구성되어 있다.

상기 액정셀(30)은 STN(슈퍼 트위스트 네마틱)형의 것이다. 즉 이 액정셀(30)은 한쌍의 투명기판(31,32)에 투명 전극(33,34)을 각각 형성하고 그 위에 배향막(35,36)을 형성하고 이들 한쌍의 투명기판(31,32)을 배향막(35,36)을 형성한 면을 내측으로 해서 패널형의 실재(37)을 끼워 접합하고, 이 대향하는 배향막(35,36)과 실재(37)로 둘러싸인 영역에 액정(38)을 봉입 한 것이다. 각 배향막(35.36)에는 소정방향으로 예를들면 러빙법 등에 의해 배향처리를 각각 실시하고 있고, 이 배향처리 방향을 따라 근접하는 액정분자(38a)가 정렬한다. 이 대향하는 배향막(35,36)의 배향처리 방향을 교차시킴으로써, 액정(38) 전체의 분자(38a)가 하기판(32)에서 상기판(31)을 향해 교차각도에 따른 트위스트 각으로 비틀 수 있도록 나란히 배열된다. 본 발명은 액정분자(38a)가 180°∼270°의 트위스트 각으로 배향하고 있는 STN형의 액정 셀을 사용하는 것이다.

그리고 상기 위상판(40)은 그 재료분자의 장축방향이 고굴절률이 최대가 되는 광학축(진상축(進相軸) 또는 지상축(遲相軸))을, 상기 액정셀(30)의 위상판 인접 기판(상기판)(31) 측의 액정분자 배향방향에 대해 소정각도 기울어진 상태로 배치되어 있고, 상기 한쌍의 편광판(41,42)은 각각 그 투과축을 상기 위상판(40)의 광학축에 대해서 소정각도 기울어진 상태로 배치되어 있다.

제2도는 상기 액정표시장치에 있어서의 액정셀(30)의 액정분자 배향방향과, 위상판(40)의 광학축과 한쌍의 편광판(41,42)의 투과축을 도시하는 평면도이다. 또 반사판(43)은 생략하고 있고, 이와같은 평면도에 있어서는 마찬가지로 반사판을 생략하고 있다. 제2도에 있어서 31a는 액정셀(30) 상기판(31) 측의 액정분자 배향방향, 32a는 하기판(32) 측의 액정분자 배향방향을 나타내고 있다.

이 제2도와 같이 상기 액정셀(30) 양기판(31,32) 측의 액정분자 배향방향(31a,32a)은 기준선(도면에서는 수평선)(0)에 대해 서로 역 방향으로 소정 각도(θ)씩 경사진 방향에 있다. 이것에 의해 액정(38)의 분자(38a)는 그 배열의 트위스트 방향을 도면에 화살표(T)로 표시한 바와같이 하기판(32) 측에서 상기판(31) 측을 향해 비틀 수 있도록 나란히 되어 있다.

그리고 이 실시예에서는 액정셀(30)로서 양기판(31,32)측의 액정분자 배향방향(31a,32a)과 기준선(0)과의 각도(8)를 각각 30°로 하고, 액정분자(38a)를 240°의 트위스트 각으로 트위스트 배향시켰다.

또한 제 2 도에 있어서 40a는 위상판(40)의 광학축이고, 41a는 상편광판(41)의 투과축, 42a는 하편광판(42)의 투과축이다.

그리고 이 실시예에서는 상기 위상판(40)의 광학축(40a)을 상기 기준선(0)에 대해 소정의 경사각(ψ)으로 비스듬히 교차시키고 있고, 따라서 이 위상판(40)의 광학축(40a)과 액정셀(30)의 위상판 인접기판(31) 측의 액정분자 배향방향(31a)과는 ψ-θ°어긋나 있다.

또한 이 실시예에서는 양편광판(41,42)의 투과축(41a,42a)을 서로 거의 평행하게 함과 동시 에, 이들 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a)을 상기 위상판(40)의 광학축(40a)에 대해서 45° 경사방향으로 어긋나 있다.

상술한 바와같이 구성된 컬러액정표시장치에 의한 착색작용에 대해서 설명하면, 외부에서의 빛(자연광 또는 조명광원에서의 빛)은 상편광판(41)에 의해 직선편광되고, 이 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대해 광학축(40a)이 거의 45°어긋나 있는 위상판(40)에 입사하고, 이 위상판(40)을 통과하는 과정에서 위상판(40)의 복굴절효과의 크기를 나타내는 리텐션값에 따른 편광작용을 받아 타원편광이 된다. 이 경우 각종 파장광이 각각 다른 타원편광상태를 취한다.

그리고 위상판(40)을 출사한 타원 편광상태의 빛이 액정셀(30)을 투과하지만, 액정분자가 트위스트 배향한 액정(38)도 복굴절성을 구비하고 있으므로, 이 트위스트 배향한 액정을 투과할 때에도 복굴절 작용을 받아 투과광의 타원편광상태가 변화한다. 그리고 그 타원편광광이 하편광판(42)에 입사하면, 다른 타원편광상태를 취하는 여러가지 파장광의 투과축(41a)에 따른 성분만이 하편광판(41)을 투과하여 출사한다. 이 경우 출사광의 강도는 각 파장광의 타원편광 진폭을 투과측에 투영한 값(투과축성분)의 2승에 비례하므로, 출사광의 색은 실질적으로 그 투과축성분이 큰 파장광의 색이 된다.

다음에 본 예의 컬러액정표시장치에 의한 변색 작용에 대해서 설명한다. 상편광판(41)을 투과하여 직선편광이 된 입사광은 위상판(40)과 액정셀(30)을 투과할 때 각각에서 복굴절작용을 받아 타원편광이 되지만, 액정셀(30)은 액정분자(38a)의 배향상태가 인가전압에 의해 변화하고, 그것에 따라 복굴절효과의 크기도 달라진다. 따라서 액정셀(30)에 인가하는 전압을 변화시킴으로써, 액정셀(30)의 복굴절 효과의 크기가 변화하고, 이것을 투과하는 빛의 타원 편광상태도 변화한다.

그 결과 하편광판(42)을 투과한 출사광의 색이 변화한다.

즉, 액정셀(30)의 복굴절 효과의 크기는 그 △n·d(액정(38)의 굴절률이 방성(△n)과 액정층두께(d)와의 곱)에 의해 정해지고, 굴절률이 방성(△n)은 액정분자(38a)의 배향상태에 의해 다르다. 따라서 액정(38)에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 액정분자(38a)의 배향상태 가 변화하고, 액정셀(30)의 △n·d 즉 복굴절효과의 크기가 변화한다.

액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 액정분자(38a)의 트위스트 배향각도는 240°이고, 이 액정(38)에 입사한 타원 편광광이 그 배향상태에 따른 복굴절효과에 의한 편광작용을 받아 타원편광상태가 변화한다. 이 위상판(40)과 액정셀(30)에 의한 2번의 편광작용을 받은 타원편광광이 하편광판(42)을 투과하여 소정의 색으로 착색된 축사광을 얻을 수 있다.

상기 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 전압을 인가하면, 인가전압을 상승시킴에 따라 액정분자(38a)가 트위스트 배향상태에서 세워 배향하고, 이 액정분자(38a)의 배향상태 변화에 대응하여 액정셀(30)에서의 복굴절효과의 크기가 변화하므로, 위상판(40)과 액정셀(30)의 양쪽 편광작용을 받은 투과광의 타원편광상태가 변화하고, 착색광의 색이 변화한다.

그리고 인가전압을 상승시키면, 액정분자(38a)가 기판(31,32) 면에 대해서 수직으로 세워진 상태가 되고, 액정셀(30)에 의한 편광작용이 거의 없어지고, 하편광판(42)을 투과한 빛이 상술한 위상판(40)의 편광작용만에 의한 착색광이 된다.

즉 액정셀(30)의 복굴절 효과의 크기는 상술한 바와같이 △n·d로 나타낼 수 있지만, 액정(38)의 굴절률이방성(△n)은 전압의 인가에 의해 액정분자(38a)가 세워 배향하는 것에 따라 작아지고, 액정셀(30)의 △n·d가 작아진다.

그리고 액정셀(30)에 액정분자(38a)가 수직으로 세워 배향하는 전압을 인가했을 때는 액정 셀(30)의 리텐션이 0이 되어 액정셀(30)에 의한 편광작용이 없어지므로, 위상판(40)을 출사한 타원편광이 그대로 액정셀(30)을 투과하여 하편광판(42)에 입사하고, 이 하편광판(42)을 투과한 빛이 위상판(40)의 편광작용만에 의한 착색광이 된다.

또한 하편광판(42)을 통과한 빛은 반사판(43)에서 반사되어, 상술한 광경로와 반대경로로 표시장치의 상면측에 출사하므로, 이 출사광의 색에 의한 표시를 얻을 수 있다.

따라서 상기 컬러액정표시장치에 의하면. 컬러필터를 사용하지 않고 투과광을 착색할 수 있고, 빛의 투과율을 높게 하고, 표시의 밝기를 충분히 높게 할 수 있다.

즉 종래의 컬러필터를 사용한 컬러액정표시장치에서는 컬러필터를 통과한 착색광의 광량이 상당히 감소하지만, 본 발명의 컬러액정표시장치에서는 이와같은 광량의 감소는 거의 발생하지 않는다. 이로인해 상기 실시예의 컬러액정표시장치는 반사형의 것이라도 그 표시의 밝기는 충분하다.

또한 컬러필터를 사용하는 컬러액정표시장치에서는 그 표시색이 컬러필터의 색에 의해 정해지지만, 상기 실시예의 컬러액정표시장치에서는 위상판(40)의 편광작용에 의한 착색광과, 위상판(40)과 액정셀(30)의 양쪽 편광작용에 의한 착색광을 얻을 수 있음과 동시에, 이 양쪽 편광작용에 의한 착색광의 색이 액정셀(30)로의 인가전압에 따라 변화하므로, 표시색을 임의로 변화시킬 수도 있다.

다음의 표 1∼표 4는 상기 컬러액정표시장치의 표시예를 나타내고 있다. 그리고 각 표에 표시한 수치는 모두 개략값이고, 인가 전압값은 실효값이다. 또한 표시색은 액정표시장치의 표시를 수직방향에서 봤을 때의 색이다.

이 들 표 1∼표 4에 나타낸 바와같이 상기 컬러액정표시장치는 액정셀(30)에 인가하는 전압을 제어하므로써, 적어도 3색 이상의 색에 의한 표시가 가능하고, 특히 표 4의 예에서는 4색의 착색 표시를 할 수 있다.

다음에 표 4에 나타낸 4색 표시 컬러액정표시장치를 도트 매트릭스 표시의 전자탁상계산기에 적용한 예에 대해서 설명한다.

도트 매트릭스 타입의 액정 표시 장치는 한쪽 기판(31)에 복수의 전극(33)을 소정 방향으로 평행하게 연장하여 형성하고, 다른쪽 기판(32)에 복수의 전극(34)을 대향측 전극(33)과 직교하는 방향으로 평행하게 연장하여 형성하고, 각각의 다른쪽 전극(33,34)의 교차대향부로 구성되는 화소가 매트릭스 형태로 배열형성된 것이다.

제3도∼제4도는 상기 컬러액정표시장치를 그래프 표시기능을 갖는 전탁(전자탁상계산기)의 표시장치에 적용한 예를 도시하고 있고, 제3도는 그래프 표시상태를 나타내는 도면, 제4도는 제3도의 A부분 확대도, 제5도는 전탁의 회로구성을 도시하는 블록도이다.

제3도에 도시한 표시예는 다음 2개의 관수,

y〈cx+b ……(1)

y2〉ax2+b ……(2)

의 곡선을 표시한 예이고, 여기서는 x축 a와 y축 b를「빨간색 」, 상기 관수(1)의 1차곡선(직선)(c)과 관수(2)의 2차곡선(d)을 「횐색」, 이 2개의 관수 (1), (2)를 각각 만족시키는 영역(e)을 「녹색」 으로 표시하고. 다른 영역 즉 바탕색을 「청색」으로 표시하고 있다.

이 표시는 하나하나의 화소 표시색을 제어하여 표시된다. 즉, 상기 제3도의 A부분을 확대하여 표시한 제 4도에 있어서. 각 칸은 하나하나의 화소이고, x축 a와 y축 b는 그 표시화소의 색을 「빨간색」으로 제어하여 표시되고, 관수(1)의 1차곡선(c)과 관수(2)의 2차 곡선(d)은 그 표시 화소의 색을 「황색 」으로 제어하여 표시되고, 2개의 관수 (1),(2)를 각각 만족시키는 영역(e)은 표시화소의 색을 「녹색 」으로 제어하여 표시되고, 바탕색은 그 표시 화소의 색을 「청색」으로 제어하여 표시되어 있다.

다음에 상기와 같은 표시를 실행시키기 위한 전탁의 회로구성을 설명한다. 이 전탁의 회로는 제5도에 도시하는 바와 같이 전탁회로부(50)와 키입력부(56)와, 색표시 신호기억부(58)와 액정셀(30)의 표시구동회로(60)와 그들의 전원(59)으로 구성되어 있다.

상기 전탁회로부(50)에서는 키입력부(56)에서 입력키(57)의 조작에 의해 입력된 수치 및 변수를 이용한 연산식이 제어부(51)로 보내져 기억부(52)에 기억된다. 제어부(51)는 상기 연산식에 따라 상기 수치를 연산부(53)에 의해 연산처리시키고, 그 연산결과를 기억부(52)에 기억시킴과 동시에 상기 연산결과를 표시색지정부(54)로 보낸다.

표시색지정부(54)는 상기 연산결과에 의거하여 그래프 표시를 위한 X-Y 좌표 및 영역의 색지정을 하고, 표시색이 지정된 데이타로서 표시 신호발생부(55)로 출력한다.

또한 상기 색표시 신호기억부(58)는 상술한 복수의 표시색(청색, 녹색, 횐색, 빨간색의 4색)에 각각 대응하는 색표시신호를 기억하고 있고, 상기 표시신호발생부(55)는 표시색지정부(54)에서의 데이타에 의거하여 색표시 신호기억부(58)에서 소정의 색표시신호를 판독하고,

색정보를 포함한 표시신호를 발생한다.

한편 상기 표시구동회로(60)는 구동전압발생 회로(61)와 구동파형 형성회로(62)를 구비하고 있고, 구동전압발생 회로(61)는 전원(59)의 전압에서 액정셀(30)의 구동파형을 형성하기 위해 필요한 전압 및 각 표시색에 대응한 복수의 서로 다른 전압을 만들고, 이들의 전압을 구

동파형 형성회로(62)로 공급하고 있다.

또한 상기 구동파형형성회로(62)에는 전탁회로부(50)의 표시신호발생부(55)에서 연산결과에 의거하여 발생된 표시신호가 보내진다.

이 구동파형형성회로(62)는 액정셀(30)을 매트릭스 배열된 화소의 주사전극(33) 수에 대응한 듀티(duty)비로 시분할구동하기 위한 복수의 파형 주사전극 인가전압을 발생하고, 상기 표시신호에 의거하여 상기 구동전압발생 회로(61)에서 공급되는 복수의 전압을 조합하고, 액 정셀(30)전극(33,34) 간의 액정(38)이 동작하는데 충분한 전압값이 되는 파파형의 신호전극인가전압을 발생함과 동시에, 상기 주사전극인 가전압을 각 주사전극(33)에 차례로 공급하고, 그것에 동기(同期)시켜 각 신호전극(34)에 상기 신호전극인가전압을 공급하고, 액정셀(30)을 시분할구동 한다.

상기 액정셀(30)의 구동을 상술한 2개 관수 (1), (2)의 곡선을 나타내는 그래프를 표시시키는 경우에 대해서 설명하면, 키입력부(56)에서 상기 2개의 관수 (1),(2)와 그래프 표시지령이 입력된 경우, 전탁회로부(50)의 제어부(51)는 이들의 관수를 연산부(53)에서 연산 처리하여 그래프 표시 데이타를 표시색 지정부(54)로 보내고, 표시색 지정부(54)에서는 이 그래프 표시 데이타의 X, Y 좌표 및 상기 관수로 나타낸 조건을 만족시키는 영역마다의 표시색을 X축 a와 Y축 b의 표시색을 「빨간색 」, 관수 (1)의 1차곡선(c)과 잔수 (2)의 2차곡선(d)의 표시색을 「흰색 」, 이 2개의 관수 (1), (2)를 각각 만족시키는 영역

(e)의 표시색을 「녹색」, 다른 영역의 표시색을 「청색」으로 지정한다.

그리고 표시색이 지정된 그래프 표시 데이타는 표시 신호발생부(55)로 보내지고, 이 표시신호발생부(55)는 색표시 신호기억부(58)에서 소정의 색표시신호를 판독하고, 색정보를 포함한 표시신호를 발생하여 이 표시신호를 표시구동회로(60)의 구동파형형성회로(62)로 보낸다.

이 표시신호를 받은 구동파형형성회로(62)는 구동전압발생 회로(61)에서 공급되는 복수의 서로 다른 전압 표 4에 있어서의 Vl, V2, V3, V4)에서 표시신호의 색정보에 대응한 전압을 선택하여 액정셀(30)을 소정의 듀티비로 시분할구동하기 위한 주사전극인가전압과 신호전극인가전압을 형성하고, 이들 전압을 액정셀(30)의 각 주사전극(33)과 각 신호전극(34)에 공급하여 액정셀(30)을 구동한다.

따라서 액정셀(30)의 각 화소부에 각각 그 화소부에 대응하는 화소의 표시색이 지정색이 되는 구동전압이 인가되고, 제3도 및 제4도에 도시한 바와같이 X축 a와 Y축 b가「빨간색」의 화소로 표시되고, 관수 (1)의 1차곡선(c)과 관수 (2)의 2차곡선(d)이 「흰색」의 화소로 표시되고, 2개의 관수 (1), (2)를 각각 만족시키는 영역(e)이 「녹색」의 화소로 표시되고, 다른 영역 즉 바탕색이 「청색」의 화소로 표시된다.

또한 본예의 컬러액정표시장치는 액정(38)에 인가하는 실효전압을 n단계로 변화시킴으로써, 표시색을 n색으로 변화시킬 수 있다. 그 경우의 구체적인 액정구동방법에 대해서 다음에 설명한다.

제1도에 도시하는 컬러액정표시장치에 의해 7색의 색 표시를 할 경우, 액정셀(30)의 서로 대향하는 각 전극(33,34) 간에 각각 아래에 나타내는 바와같은 제1∼제7의 7가지 구동전압을 인가한다.

제1구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임수의 모든 프레임에 있어서의 인가전압(실효전압)을 모두 컬러액정표시장치를 투과한 출사광이 제1색, 예를들면 액정셀(30)의 액정분자를 거의 수직으로 세워 대향시켰을 때의 표시색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이다.

제2구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임수의 모든 프레임에 있어서의 인가전압(실효전압)을 모두 상기 출사광이 제2색, 예를들면 액정분자의 배합상태가 초기의 트위스트 배향상태에서 세워 배향해 가는 도중에 광강도가 높고 또 색순도도 높은 색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이다.

제3구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임수의 모든 프레임에 있어서의 선택기간의 인가전압(실효전압)을 모두 출사광이 제3색, 예를들면 액정분자의 배향상태가 초기의 트위스트 배향상태에 있을 때의 표시색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이다.

또한 제4구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임수를 원하는 수만큼 2개의 프레임군으로 나누고, 그 한쪽 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제1색으로 착색하는 전압으로 하고, 다른쪽 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제2색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이다.

제5구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임수를 원하는 수만큼 2개의 프레임군으로 나누고, 그 한쪽 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제2색으로 착색하는 전압으로 하고, 다른쪽 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제3색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이다.

제6 구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임 수를 원하는 수만큼 2개의 프레임군으로 나누고, 그 한쪽 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제3색으로 착색하는 전압으로 하고, 다른쪽 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제1색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이다.

그리고 제7 구동전압은 1화면을 만드는데 필요한 프레임 수를 원하는 수만큼 3개의 프레임군으로 나누고, 그 1개 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 상기 출사광이 상기 제1색으로 착색하는 전압으로 하고, 다른 1개 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압 을 출사광이 상기 제2색으로 착색하는 전압으로 하고, 나머지 1개 프레임군의 각 프레임에 있어서의 인가전압을 출사광이 상기 제3색으로 착색하는 전압으로 한 파형의 구동전압이 다.

액정셀(30)의 각 전극(33,34) 간에 각각 상술한 제1∼제7 구동 전압을 선택적으로 인가하여 액정셀(30)을 구동하는 것이고, 상기 제1 구동전압을 인가하면 표시색이 제1색이 되고, 제2 구동전압을 인가하면 표시색이 제2색이 되고, 제3 구동전압을 인가하면 표시색이 제3색이 된다.

또한 상기 제4 구동전압을 인가하면 표시색 이 제1색과 제2색이 혼합한 혼색이 되고, 제5 구동전압을 인가하면 표시색 이 제2색과 제3색이 혼합한 혼색이 되고, 제6 구동전압을 인가하면 제3색과 제1색이 혼합한 혼색이 되고, 제7 구동전압을 인가하면 표시색이 제1색과 제 2색과 제3색이 혼합한 혼색이 된다.

이로인해 상기 컬러액정표시장치에 의하면 같은 개소의 표시색, 즉 1개의 코먼전극(23)과 1개의 세그먼트전극(24)이 대향하고 있는 개소의 표시색을 혼색을 포함하는 복수의 색으로 변화시킬 수 있다.

제6도는 액정셀(30)의 코먼전극(33)을 3분할하여 3듀티로 시분할 구동할 경우 1개의 코먼전극(33)과 1개의 세그먼트전극(34) 사이에 인가되는 구동전압의 파형을 나타내고 있고, 도면에 있어서 A는 제1 구동전압, B는 제2 구동전압, C는 제3 구동전압, D는 제4 구동전압, 5는 제 5 구동전압, (F)는 제 6 구동전압, (G)는 제7 구동전압이다. 그리고 이 예에서는 1프레 임(Tf)을 Tf=1/120set로 하고, 12프레임(12Tf)으로 1화면을 만들도록 하고 있다.

상기 제1 구동전압A은 1화면을 만드는데 필요한 프레임수(12프레임)의 모든 프레임(Tf)에 있어서의 선택기간(Ts)의 전압값이 선택기간 전체에 걸쳐 Vl에서는 -Vl이고, 비선택기간의 전압값이 V2 또는 -V2인 구동전압이다. 이 경우 1프레임 단위의 전압파형을 (R)로 한다.

상기 제2 구동전압B은 상기 1화면을 만드는데 필요한 프레임수의 모든 프레임(Tf)에 있어서의 선택기간(Ts) 초기의 소정기간만 전압값이 Vl 또는 -Vl이 되고, 나머지 선택기간(Ts)은 전압값이 V3이 됨과 동시에, 비선택기간은 전압값이 V2 또는 -V2가 되는 구동전압이다.

이 경우 1프레임 단위의 전압파형을 (G)로 한다.

상기 제3 구동전압C은 상기 1화면을 만드는데 필요한 프레임수위 모든 프레임(Tf)에 있어서의 선택기간(Ts)의 전압값이 선택기간 전체에 걸쳐 V3 또는 -V3이고, 비선택 기간의 전압값이 V2 또는 -V2인 구동전압이다. 이 경우 1프레임 단위의 전압파형을 B로 한다.

그리고 이들 제1∼제3 구동전압은 1프레임마다 극성이 반전한다.

또한 상기 제4구동신호D는 1화면을 만드는데 필요한 프레임수(12프레임)의 전반 6프레임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제1 구동전압(A)과 같고, 후반 6프레임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제2 구동전압(B)과 같은 구동전압이다.

상기 제5 구동신호E는 상기 1화면을 만드는데 필요한 프레임수(12프레임)의 전반 6프레임 에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제2 구동전압B과 같고, 후반 6프레임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제3 구동전압C과 같은 구동전압이다.

상기 제6 구동신호(F)는 상기 1화면을 만드는데 필요한 프레임수(12프레임)의 전반 6프레 임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제3 구동전압C과 같고, 후반 6프레임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제1 구동전압A과 같은 구동전압이다.

그리고 상기 제7 구동신호(G)는 상기 제 1화면을 만드는데 필요한 프레임수(12프레임)중 전반 3프레임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제1 구동전압A과 같고, 중간 3프레임 에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제2 구동전압B과 같고, 후반 3프레임에 있어서의 각 프레임(Tf)의 파형이 상기 제3 구동전압C과 같은 구동전압이다.

상기 각 구동전압(A)∼(G)의 선택 기간(Ts)의 전압값 Vl 및 V3과, 비선택기간의 전압값 V2에 대해서 설명하면, 시분할 구동되는 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 인가되는 실효전압(V)은 다음의 (3)식으로 표시된다.

N : 듀티수

b : 바이어스비

P0 : 실효전압(V)의 최대값 분할수(4)

P : 분할된 각각의 전압값의 순번수(0∼3)

V0 : 선택기간에 인가하는 전압(절대값)의 최대값

그리고 예를들면 상술한 바와같이 상편광판(41)의 투과축(41a)과 위상판(40)의 광학축(40a)의 어긋남각(ψ)을 ψ=45, 액정셀(30)의 위상판 인접기판(31) 측의 액정분자 배향방향(31a)과 위상판(40)의 광학축(40a)과의 어긋남각 ψ-θ을 ψ-θ=15°로 하고, 위상판(40)의 리텐션(Re)을 Re=1240㎚, 액정셀(30)의 △n·d를 △n·d=824㎚, 액정 분자 트위스트각을 240°로 한 컬러액정표시장치, 즉 표 1 에 나타내는 기본 표시색으로서 빨간색, 녹색, 청색의 3색을 표시하는 컬러액정표시장치에 있어서는 상기 선택기간(Ts)의 전압값 │V1│ 및 │V3│과 비선택시기간의 전압값 │V2│를 상기 (1)식에 의거하여 다음의 (4)∼(6) 식으로 나타내는 값으로 한다.

이와같이 선택기간(Ts)의 전압값 │Vl│및 │V3│과 비선택기간의 전압값 │V2│를 설정 하고, 기본 표시색이 빨간색, 녹색, 청색인 상기 컬러액정표시장치를 구동하면, 예를들면 듀티 수(N)를 N=3, 바이어스비(b)를 b=2.7, 선택기간(Ts)에 인가하는 전압의 최대값(V0)을 V0=3.2V로 한 경우는 분할전압값의 순번수(P)가 P=0, p=1. p=3일 때 실효전압(V)과 표시색은 다음과 같이 된다.

P=0일 때, V=1.1v, 표시색 청색

P=1일 때, V=1.5v, 표시색 녹색

P=3일 때, V=2.1v, 표시색 빨간색

그리고 이 컬러액정표시장치의 경우는 P=2의 분할전압값에서는 표시색이 깨끗하게 나오지 않으므로, P=2의 분할전압값은 구동에 사용하지 않는다.

그리고 기본 표시색이 빨간색, 녹색, 청색인 상기 컬러액정표시장치의 경우는 제3도에 도시한 바와같이 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 상기 제1 구동전압(A)을 인가하면 표시색이 빨간색이 되고, 제2 구동전압(B)을 인가하면 표시색이 녹색이 되고, 제3 구동전압(C)을 인가하면 표시색이 청색이 된다.

그리고 이 경우 1프레임(Tf)은 Tf=1/120sec로 매우 짧지만, 상기 구동전압은 12프레임을 1단위로 해서 인가되므로, 상기 빨간색, 녹색, 청색의 표시는 각각 12프레임(12Tf=1/10sec) 지속되므로, 표시의 관찰자에게 각 색의 표시를 인식시킬 수 있다.

또한 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 상기 제4 구동전압(D)을 인가하면 이 때는 1화면을 만드는 12프레임 중 전반의 6프레임에서는 상기 제1 구동전압(A)을 인가한 경우와 마찬가지로 빨간색이 표시되고, 후반의 6프레임에서는 상기 제2 구동전압(B)을 인가한 경우와 마찬가지로 녹색이 표시된다.

그리고 이 경우는 빨간색의 표시와 녹색의 표시가 각각 6프레임(6Tf=1/20sec)씩 지속되 지만, 이 정도의 시간에서는 인간의 눈으로는 빨간색과 녹색의 기본색을 각각 인식할 수 없으므로, 이 때는 1화면을 만드는 12프레임의 모든 표시색을 혼합한 색이 표시색으로서 인식된다.

이와같은 색혼합은 시간차혼합이라고 불리고 있고, 상기와 같이 6프레임분의 표시가 빨간색, 다른 6프레임분의 표시가 녹색인 경우는 인식되는 표시색 은 황색이다.

이것은 제5 구동전압(E) 및 제6 구동전압(F)을 인가한 경우도 마찬가지이고, 제5 구동전압(E)을 인가했을 때는 전반의 6프레임에서 녹색이 표시되고, 후반의 6프레임에서 청색이 표시되어 그 혼색인 시안이 표시색으로서 인식된다. 또한 제6 구동전압(F)을 인가했을 때는 전반의 6프레임에서 청색이 표시되고, 후반의 6프레임에서 빨간색이 표시되어 그 혼색인 삼홍색이 표시색으로서 인식된다.

그리고 상기 제7 구동전압(G)을 인가하면 이 때는 1화면을 만드는 12프레임 중 전반 4프레 임에서는 상기 제1 구동전압(A)을 인가한 경우와 마찬가지로 빨간색이 표시되고, 중간의 4프레임에서는 상기 제2 구동전압(B)을 인가한 경우와 마찬가지로 녹색이 표시되고, 후반의 4프레임에서는 상기 제3 구동전압(C)을 인가한 경우와 마찬가지로 청색이 표시된다.

이 경우도 빨간색의 표시와 녹색의 표시와 청색의 표시는 각각 4프레임(4Tf=1/30sec)씩 지속될 뿐이고, 따라서 인간의 눈으로 이들 빨간색, 녹색, 청색의 기본색을 각각 인식할 수 없으므로, 그 모든 색의 혼색인 흰색이 표시색으로서 인식된다.

그리고 상기 컬러액정표시장치의 표시색 중 기본색은 상기 빨간색, 녹색, 청색의 3색 에 한정되지 않고, 위 상판(40)의 리텐션(Re)과, 액정셀(30)의 △n·d 및 액정분자 트위스트각과, 상편광판(41)의 투과축(41a)과 위상판(40)의 광학축(40a)의 어긋남각(ψ)과, 액정셀 (30)의 위상판 인접기판(31) 측의 액정분자배향방향(31a)과 위상판(40)의 광학축(40a)의 어긋남각(ψ-θ)을 선택하는 것에 의해 임의로 선택 할 수 있다.

그리고 상기 실시예에서는 1화면을 만드는데 필요한 프레임 수를 12프레임으로 했지만, 이 프레임수는 1프레임(Tf)의 시간에 따라 임의로 설정하면 된다.

또한, 상기 실시예에서는 제 4∼제 7 구동전압D∼(G)으로서 1화면을 만드는데 필요한 프레임수를 균등분할하고, 그 각 프레임군의 파형을 제1 기본색(제6 도에서는 빨간색)과, 제2 기본색(제6 도에서는 녹색)과, 제3 기본색(제 6 도에서는 청색) 모두를 표시 시키는 파형으로 한 구동전압을 사용했지만, 이 제4∼제7 구동전압(D)∼(G)의 프레임 배분은 임의로 해도 된다.

이 경우는 표시되는 혼색이 프레임 수를 많게 한 프레임 군의 표시색 성분을 포함하는 색이 되므로, 제4∼제7 구동전압(D)∼(G)으로서 프레임배분을 다르게 한 복수의 파형전압을 이용하면, 기본색의 혼합비가 다른 복수의 색조 혼색을 표시할 수 있다.

단, 이와 같이 구동전압의 프레임배분을 다르게 한 경우, 혼색을 만드는 각 기본색 중 색성분을 많게 하는 색의 표시지속시간이 1/20sec를 초과하면, 이 색을 인간의 눈으로 인식할 수 있도록 되어 표시에 산란이 발생하고, 또한 색성분을 적게하는 색의 표시지속시간이 1/10sec보다 짧으면, 액정(38) 응답성의 관계에서 액정분자의 배향상태를 충분히 제어할 수 없게 되므로, 상기 제4∼제7 구동전압(D)∼(G)의 프레임배분은 1개 기본색의 표시유지시간이 1/10sec 이상에서 1/15sec 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

그리고 본 실시예에서는 위상판(40)을 액정셀(30)과 상편광판(41) 사이에 배치했지만, 이 위상판(40)은 액정셀(30)과 하편광판(42) 사이에 배치해도 된다.

또 본 실시예에서는 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a)을 서로 거의 평행하게 했지만, 이들은 서로 거의 직교시켜도 된다.

제2실시예에서는 제7도에 도시하는 바와 같이 제1 실시예에 있어서의 액정셀(30)의 액정(38) 트위스트 배향각도를 250°∼260로 크게 하고, 액정셀(30)의 하기판(32)에 인접하는 편광판(42)을 그 투과축(42a)이 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대해 20°로 교차하도록 배치 한 것이다. 그외의 구성은 제1 실시 예와 같다. 그리고 이 제2 실시예 및 이 이후의 실시예 에 있어서는, 제1 실시 예와 동일 부재에는 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제7도와 같이 상기 액정셀(30)의 상기판(31)면에 있어서의 액정분자 배향방향(31a)은 기준선(도면에 서는 수평 선)(0)에 대해서 도면상 우회전하여 소정각도(θ₁) 경사지고, 하기판(32) 면에 있어서의 액정분자 배향방향(32a)은 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 소정 각도(θ₂) 경사져 있고, 액정(38)의 분자는 하기판(32) 측에서 상기판(31) 측을 향해 도면상 우회전하여 트위스트 배향하고 있다.

그리고 이 실시예에서는 기준선(0)에 대한 액정셀(30)의 기판(31,32) 면에 있어서의 액정분자 배향방향(31a,32a)의 경사각(θ₁,θ₂)을 θ₁=θ₂로 하고 있다. 이 경사각(θ₁,θ₂)은 각각 35∼40°이고, 액정분자의 트위스트각(T)은 250∼260°이다.

또한 제7 도에 있어서 41a는 상편광판(41)의 투과축, 42a는 하편광판(42)의 투과축을 나타내고 있고, 이 실시예에서는 상편광판(41)의 투과축(41a)을 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 거의 90°어긋나 있고, 하편광판(42)의 투과축(42a)을 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 죄회전하여 거의 70°어긋나 있다.

그리고 위상판(40)의 광학축(40a)은 상기 기준선(0)에 대해서도 도면상 좌회전하여 거의 45°어긋나 있고, 따라서 위상판(40)의 광학축(40a)은 이 위상판(40)이 인접하는 편광판, 즉 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대해서 도면상 우회전하여 거의 45°어긋나 있다.

상기 컬러액정표시장치에 있어서는 제1 실시예와 같은 작용에 의해 밝은 색표시를 얻을 수 있음과 동시에 액정셀(30)로의 인가전압 제어에 의해 표시색을 임의로 변화시킬 수 있으며, 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 250∼260°로 하고 있으므로, 고듀티에서의 시분할구동이 가능하다.

상기 컬러액정표시장치의 표시색 과 구동 듀티수에 대해서 설명하면, 이 컬러액정표시장치 의 표시색은 액정셀(30)의 액정(38) 굴절률이 방성(△n) 및 액정층두께(d)와 위상판(40)의 리텐션(Re)과, 위 상판(40)의 광학축(40a) 및 한쌍의 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a) 방향 에 의해 정해지고, 그 색이 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 인가하는 전압에 의해 변화하고, 또한 허용되는 최대 듀티수는 초기 표시색(액정분자가 트위스트 배향상태에 있을 때의 표시 색)을 얻을 수 있는 인가전압값과 최종 표시색(액정분자가 거의 수직으로 세워져 배향했을 때의 표시색)을 얻을 수 있는 인가전압값의 비에 의해 정해진다.

다음의 표 5 및 표 6은 액정셀(30)의 액정(38) 굴절률이 방성(△n) 및 액정층두께(d)를 △n=0.13, d=6.8㎛, 위상판(40)의 리텐션(Re)을 Re=1350㎚로 하고, 위상판(40)의 광학축(40a) 및 한쌍의 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a) 방향을 제7도와 같이 설정한 컬러액정표시장치의 표시색과 허용 듀티수를 나타내고 있고, 표 5는 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=250°로 한 예, 표 6 은 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=260°로 한 예이다.

그리고 표 5 및 표 6 에 표시한 수치는 모두 개략값이고, 인가전압값은 실효값이다. 또한 표시색은 액정표시장치의 표시를 정면방향에서 봤을 때의 예이다.

이 표 5 및 표 6과 같이 상기 컬러액정표시장치의 표시색은 청색, 녹색, 빨간색의 3색이 고, 액정셀(30)에 인가하는 전압을 상승시켜 감에 따라 인가전압이 Vl 일때의 초기 표시색 청색에서, V3의 전압을 인가했을 때의 최종 표시색 빨간색까지 변화하고, 그 도중에(인가전압이 V2 일때) 표시의 광강도가 높으며 색순도도 높은 표시색 녹색을 얻을 수 있다.

또한 상기 컬러액정표시장치의 허용 듀티수(N)는 초기 표시색을 얻을 수 있는 인가전압(Vl)과 최종 표시색을 얻을 수 있는 인가전압(V3)에서 다음의 (7)식에 의해 산출된다.

N = {(V₃ ²+ V₁ ²) / (V₃ ²-V₁ ²)}²…… (7)

따라서 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=250°로 한 경우의 허용 듀티수(N)는 표5와 같이 N=42이고, 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=260°로 한 경우의 허용 듀티수(N)는 표 6과 같이 N=96이고, 어느 컬러액정표시장치도 고듀티로 시분할구동 할 수 있다.

즉, 상기 컬러액정표시장치의 액정셀(30)에 일반적으로 사용되고 있는 액정분자의 트위스트각이 약 240°인 STN형 액정셀을 사용한 경우는 그 허용 듀티수(N)가 기껏해야 N=9 정도이지만, 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=250°로 하면 허용 듀티수(N)가 N=42로 4배 이상이 되고, 또한 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=260°로 하면 허용 듀티수(M)가 N=96으로 10배 이상이 된다.

그리고 이론상으로는 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 260°보다 크게 하면 더 한층 고듀티로 구동할 수 있지만, 액정분자의 트위 스트각(T)을 260°보다 크게 하면 액정분자의 트위스트 배향상태가 불안정하게 되어 표시 얼룩 등을 발생하므로, 액정분자의 트위스트각(T)은 250∼260°의 범위가 적당하다.

다음에 제2 실시예의 변형예를 설명한다. 제8도 및 제9도에 의거하여 설명한다.

이들 변형예는 모두 제2 실시 예에 있어서의 위상판(40)의 광학축(40a) 및 한 쌍의 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a) 방향을 변화시킨 것이고, 그 외의 구성은 제2 실시예와 같다.

즉 제8도에 도시한 변형에는 상편광판(41)의 투과축(41a)을 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회 전하여 약 95°어긋나게 하고, 하편광판(42)의 투과축(42a)을 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 약 80°어긋나게 함과 동시에 위상판(40)의 광학축(40a)을 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 약 140°어긋나게 한 것이고 위상판(40)의 광학축(40a)은 이 위상판(40)이 인접하는 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대해서 도면상 좌회전하여 약 45 어긋나 있다.

이 변형예의 컬러액정표시장치에 있어서의 표시색과 구동듀티수에 대해서 설명하면, 다음의 표 7은 액정셀(30)의 굴절율이 방성(△n) 및 액정층두께(d)를 △n=0.13, d=6.8㎛, 위 상판(40)의 리텐션(Re)을 Re=1350㎚으로 하고, 위상판(40)의 광학축(40a) 및 한쌍의 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a) 방향을 제8도와 같이 설정한 컬러액정표시장치의 표시색과 허용 듀티수를 나타내고 있고, 여기서는 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=250°로 한 예를 나타내고 있다. 그리고 표의 수치는 모두 개략값이고, 인가전압값은 실효값이다. 또한 표시색은 액정표시장치의 표시를 정면방향에서 봤을 때의 색이다.

또한 제9도에 도시한 변형예는 상편광판(41)의 투과축(41a)을 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 약 110°어긋나게 하고, 하편광판(42)의 투과축(42a)을 상기 기준선(0)에 대해 도면상 좌회전하여 약 80°어긋나게 함과 동시에, 위상판(40)의 광학축(40a)을 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 약 155°어긋나게 한 것이고, 위상판(40)의 광학축(40a)은 이 위상판(40)이 인접하는 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대해서 도면상 좌회전하여 약 45°어긋나 있다.

이 실시예의 컬러액정표시장치에 있어서의 표시색과 구동듀티수에 대해서 설명하면, 다음의 표 8은 액정셀(30)의 굴절률이 방성(△n) 및 액정 층두께(d)를 △n=0.13, d=6.8㎛, 위상판(40)의 리텐션(Re)을 Re=1350nm로 하고, 위상판(40)의 광학축(40a) 및 한쌍의 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a) 방향을 제9도와 같이 설정한 컬러액정표시장치의 표시색과 허용 듀티수를 나타내고 있고, 여기서는 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(T)을 T=250°으로 한 예를 나타내고 있다.

다음에 표 7에 나타내는 컬러액정표시장치에서 단순 매트릭스형의 것을 펄스 변조법에 의 해 시분할구동하는 방법에 대해서 펄스폭을 변조하는 경우와 펄스높이를 변조하는 경우로 나누어 설명한다.

제10a도, 제10b도, 제l0c도는 각각 제106도에 도시되는 주사전극(71,72,73)에 인가하는펄스 전압파형을 도시하고, 제l0b도는 신호전극(74)에 인가하는 펄스 전압파형을 도시하고 있다.

시분할구동에 의한 1프레임 시간을 Tf로 하고, 주사전극의 개수를 N으로 하면, Tf/N 시간마다 각각 주사전극을 차례로 선택하고, 그것에 맞춰 각 신호전극에 표시신호를 공급하므로써, 색표시가 실행된다.

주사전극에 인가하는 선택전압은 바이어스비를 b로 하고, 동작전압을 V로 하면 [1 -(1/b)]V가 된다.

또한 각 화소를 오프표시할 경우는 (1/b)V를, 또 온표시할 경우는 -(1/b)V를 각각 각 주사전극의 선택시간 전구간에 걸쳐 각 신호 전극에 인가한다. 그리고 여기서는 3색 이상의 색 표시를 하기 위해서

각 화소에 인가하는 실효전압값을 가변하는데 있어서 펼스폭변조를 이용하고 있다. 그리고 화소의 오프표시란, 그 화소의 액정 분자가 2극한상태 사이에서 배향을 변화시킬 경우 한쪽 극한배 향상태를 취할 때의 표시를 말하고, 다른쪽 극한 배향상태를 취할 때가 온표시 가 된다.

그리고 상기한 선택시간 Tf/N 시간을 표시 색수(M)에서 1을 뺀 수로 나눈다. 예를들면 k(k=1, 2, ……, M-1) 색표시를 하는 경우는 (Tf/N)·k/(M-1)의 시간분만큼 -(1/b)V의 전압을 인가하고, 또 (Tf/N)·(M-k-1)/(M-1)의 시간분만큼 (1/b)V의 전압을 인가하도록 한다.

상기한 액정구동전압을 인가하는 것에 의해 k번째의 색을 표시하는 화소에 인가되는 실효전압(이하, *V로 표시함)은 다음식 (8)로 나타낸다.

본 실시예에서는 상기(8)식에 있어서 N을 듀티수, b를 바이어스비, V₀를 작용전압으로 하고, 각각의 값이 V₀=10.7, N=36, b=7, M=8로 하면 k=0 일 때는 그 실효전압 *V_k=1.97V가 되고, 액정표시 페널(11)에는「빨간색」이 표시된다. 또한 k=3 일때는 그 실효전압*V_k=2.13V가 되고, 액정표시패널(11)에는 「녹색」이 표시된다. 그리고 k=7 일때는 그 실 효전압 *V_k=2.33V가되 고, 액정표시패널(11)에는「청색」이 표시되게 된다.

이와같이 본 실시예에서는 액정구동펄스를 k=7, 3, 0의 3단계로 펄스폭변조한다. 이것에 의 해 제11A도, 제11B도, 제11C도에 도시하는 바와 같이 Wl(청색 표시), W2(녹색 표시), W3(빨간색 표시)의 파형을 얻을 수 있고, 액정을 구동하는 실효전압이 원하는 크기의 3단계로 변화하여, 원하는 컬러표시를 할 수 있다.

제 12a도∼제12d도는 펼스높이 변조 경우의 주사전극(71∼73)과 신호전극(74)에 인가되는 구동파형을 나타내는 도면이고, 제13A도∼제13C도는 제12도에 도시하는 각 화소(75∼77)에 인가되는 합성 구동파형을 나타내는 도면이다.

먼저 제12a도∼제12c도에 도시하는 바와같이 1프레임 시간을 Tf로 하고, 주사전극의 개수를 N으로 하면 Tf/N 시간마다 각각 주사 전극을 차례로 선택하고, 그것에 맞춰 각 신호전극에 표시신호를 공급하므로써 컬러표시를 하는 것이다.

제12a도∼제12c도에 도시하는 주사전극에 인가하는 전압은 마이어스비를 b로 하고, 동작전압을 V₀로 하면 [1-(1/b)]V₀가 된다.

그리고 소정 주사전극의 선택기간내에 신호전극에 대해서 1라인 주사시간의 반시간(Tf/2N)에 전압(xV₀)을 인가하고, 나머지 반시간(If/2N)에 전압(yV₀)을 인가한다.

그리고 여기서는 컬러표시를 하기 위해 각 화소에 인가하는 실효 전압값을 가변하는데 있어 서 펄스높이 변조가 실시된다.

k(k=0, 1, 2, ……, M-1)번째의 색을 표시하는 화소부에 인가되는 전압값을 나타내는 X, Y는 다음식 (9),(10)으로 표시된다.

그 결과 k번째의 색을 표시하는 화소에 인가되는 실효전압 *V_k는 상기식 (8)과 같은 다음식 (11)로 표시된다.

본 실시예에서는 상기 (11)식에 있어서, N을 튜티수, b를 바이어스비, V0을 작용전압으로 하고 각각 값이 V₀=10.7, N=36, b=7, M=8로 하면 k=0일때는 그 실효전압 *V_k=1.97V가 되고, 액정표시패널(11)에는 「빨간색」이 표시된다. 또한 k=3일 때 그 실효전압 *V_k=2.13V가 되고, 액정표시패널(11)에는 「녹색」이 표시된다. 그리고 k=7일때는 그 실효전압 *V_k=2.33V가 되고, 액정표시패널(11)에는 「청색」이 표시되게 된다.

이와같이 본 실시예에서는 액정구동패널을 k=7, 3, 0의 3단계로 펄스높이변조한다. 이것에 의해 제13a도, 제13b도, 제13c도에 도시하는 H1(청색표시), H2(녹색표시), H3(빨간색 표시)의 파형을 얻을 수 있고, 액정을 구동하는 실효전압이 원하는 크기의 3단계로 변화하여 청색, 녹색, 빨간색의 3색 색표시를 할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 실시예의 컬러액정표시장치는 액정구동신호의 펄스폭, 또는 펄스높이를 변조하므로써 화소에 인가되는 실효전압을 원하는 값으로 정확히 제어하는 것이 가능해졌다. 이것에 의해 본 실시예의 컬러액정표시장치는 컬러필터를 사용하는 일없이 밝은 컬러표시를 할 수 있다.

또 다른 펄스변조 구동방법으로서 주사전극을 선 차례로 주사하는 것이 아니라, 서로 직교관수의 관계 에 있는 파형의 펼스전압에 의해 복수의 주사전극을 동시에 선택 주사하는 소위 액티브·어드렛싱법에 의한 구동방법을 이용해도 된다.

또한 상기 실시예에 있어서는 표시색이 3색인 경우에 대해서 설명 했지만, 2색 이어도 좋고, 4색 이상이어도 좋은 것은 물론이다. 표시색을 많이 하는 경우는 표시 데이타의 비트수를 늘리고, 보다 미세하게 펼스폭이나 펄스높이를 변화시키는 것에 의해 각 화소에 인가하는 실효전압을 미세하게 조절하는 것이 가능해지고, 다색표시를 할 수 있다.

본 예의 컬러액정표시장치는 제2 실시예에 있어서 표시패턴을 도트표시패턴으로 하고, 액정 구동방식을 각 도트에 비선형 능동소자로서의 박막트랜지스터를 각각 배치하여 실시하는 소위 액티브 매트릭스 구동방식으로 한 것이다.

제14도의 사시도로 도시되는 바와같이 상측 유리 기판(81)과 하측 유리 기판(82)이 액정층을 봉입하는 미세간격(수 ㎛ 간격)을 두고 대향배치되고, 그 유리 기판(81,82)의 각 대향면 측에는 ITO 등의 투명도전재료로 구성되는 공통전극(83)과 복수의 화소전극(84)이 각각 배 설되어 있다

화소전극(84)은 하측 유리기 판(82)의 대향측 표면에 매트릭스형태로 배열설치되고, 각 화소전극간에는 종방향으로 신호선(85)이 횡방향으로 주사선(86)이 각각 1개씩 부설(敷設)되어 있다. 즉, 각각 평행하게 연장하는 복수의 신호선(85)과 복수의 주사선(86)이 서로 직교하듯이 매트릭스 형태로 부설되어 있다. 그리고 1개의 화소전극에 능동소자인 박막트랜지스터(이하, TFT라고 함)(87)가 1개씩 배설되어 있다. 각 TFT(87)의 게이트전극은 대응하는 주사선(86)에 드레인전극은 대응하는 신호선(85)에, 소스전극은 대응하는 화소전극(84)에 각각 접속되어 있다.

제15도의 단면도에 도시하는 바와같이, 액정셀(80)의 각 유리기판(81,82) 내측 표면에 배설된 공통전극(83) 및 화소전극(84)의 표면에는 각각 배향.막(88,85)이 액정분자의 배향방향을 규계 하기 위해 설치되어 있다. 이것에 의해 액정층의 액정분자(91a)의 배열상태가 한쪽 투명 기판(81)에서 다른쪽 투명기판(82)을 향해 180°∼270°각도로 비틀 수 있도록 나란한 상태가 된다.

액정셀(80)은 상하 유리기판(81,82)을 소정간격으로 대향배치 시키고, 그 주위를 실재(90)로 봉지하는 것에 의해 구성되고, 도시하지 않은 액정주입구에서 액정(91)이 주입되어 형성된 다.

액정셀(80)에는 제2 실시예와 동일 위상판(40)과 한쌍의 편광판(41,42) 및 반사판(43)이 같은 배치로 설치되어 있다. 그리고 이들 편광판(41,42)의 각 투과축, 위상판(40)의 광학축 및 배향막(88,85)에 실시된 배향처리 방향의 배치구성은 제16도에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다. 구체적 구성의 적당한 일례를 들면 θ1=95°, θ2=140°, θ3=35°, T=250°, θ4=80°도 정도이고 위상판(40)의 리텐션이 430㎚ 정도, 액정셀(30)의 △n·d가 840㎚ 정도가 바람직하다.

그 경우 액정셀(30)에 인가되는 실효구동전압값이 1.95V, 2.15V, 2,33V 일 때 각각 빨간색, 녹색, 청색의 표시를 얻을 수 있다.

본 예의 컬러액정표시장치에 있어서도 제2 실시예와 마찬가지로 위상판(40)의 편광작용에 의 한 착색광과, 위상판(40)과 액정셀(80)의 양쪽 편광작용에 의한 착색광을 얻을 수 있음과 동시에, 액정셀(80)에 의한 편광작용이 액정셀(80)로의 인가전압에 따라 변화하므로, 착색광의 색을 임의로 바꿀 수 있다.

다음에 상기 컬러액정표시장치의 액티브 매트릭스 구동에 의한 착색작용을 설명한다.

제17a도∼제17c도는 3색 표시를 하는 경우 3개의 인접하는 주사선(86)에 인가하는 전압파형을 도시하고, 제18도는 신호선(85)에 인가하는 전압파형을 도시했다.

제17a도∼제17c도는 주사선(86) 내의 인접하는 3개의 주사선 측에 차례로 인가되는 구동전압 신호파형을 나타내는 도면이고, 제17a도, 제17b도, 제17c도의 순서로 선 순차주사된다.

기판(82)상의 한쪽 예를들면 횡방향으로 배설된 주사선의 수를 N으로 하고, N개의 주사선을 선순차주사하기 위한 프레임 시간을 Tf로 했을 경우, 제17a도에 도시하는 바와같이 1번째 주사선에는 프레임 시간을 주사선의 수로 나눈 Tf/N 시간만큼 주사전압(Vc)이 인가되고,

주사전압을 인가한 TFT(87)를 온상태로 한다.

한편 제18도는 신호선(85)에 인가되는 구동전압 신호파형을 도시하는 도면이다.

상기한 제17a도에 도시하는 1번째의 주사선에 주사전압(Vc)을 인가하는 타이밍에 맞춰, 제 18도에 도시하는 바와같이 표시하고 싶은 색에 따른 Vr(빨간색의 신호전압 : 1.95V), Vg(녹색의 신호전압 : 2.15V), Vb(청색의 신호전압 : 2.33V) 중 어느것인가의 신호전압을 인가하면, 온된 TFT(87)을 통과하여 각 화소전극에 표시하고 싶은 색에 대응하는 신호전압이 인가된다. 1라인의 선택시간이 종료하면, TFT(87)는 오프상태가 되고, 그 인가되어 있던 신호전압이 유지된다.

즉, 액정층을 화소전극과 대향전극 사이에 둔 구조는 1개의 정전용량(콘덴서)을 형성하고. 신호전압의 인가에 의해 소정의 전하가 축적되고, TFT가 오프되어도 그 전압이 유지된다. 그 유지되는 시간은 1프레임시간(Tf)이 된다.

이로인해 각 화소에 있어서의 액정분자(91a)에는 그 신호선에서 인가된 신호전압과 거의 같은 실효전압이 가해지게 되므로, 정확히 색을 낼 수 있다.

제19a도∼제19c도는 화소전극(84)에 일정전하가 유지되어 일정전압이 액정에 가해지고 있는 상태를 나타내는 액정구동전압파형을 표시하는 도면이다.

제19a도는 빨간색을 표시할 경우의 구동전압파형이고, 제17a도에 도시하는 바와같이 1라인째 화소전극(84)의 TFT(87)를 0∼Tf/N까지 주사선(86)에 주사전압(Vs)을 인가하므로써 온동작시키고, 여기서 제18도에 도시하는 신호전압(Vr)을 소정의 신호선(85)에 인가하므로써 제19a도에 도시하는 바와같이 1라인째의 화소전극(84)에 전압(Vf)을 안정되게 가할 수 있다. 이로인해 해당 화소의 액정분자(91a)는 배향상태가 변화하여 빨간색이 표시된다.

또한 2라인째를 선택할 경우는 제178도에 도시하는 바와같이 화소전극(84)의 TFT(87)에 Tf/N∼2Tf/N까지 주사선(86)에 주사전압(Vs)을 인가하여 온동작시키고, 여기서 제18도에 도시하는 예를들면 신호전압(Vg)을 소정의 신호선(85)에 인가하므로써, 제17b도에 도시하는 바와같이 Tf/N 이후는 화소전극(84)에 신호전압(Vg)을 안정되게 가할 수 있다 이로인해 해 당화소의 액정분자(91a)의 배향상태가 변화하고, 전회의 주사에서 인가된 신호전압(Vb)에 의 한 cjd색으로 변화하여 녹색이 표시된다.

그리고 3라인째를 선택 할 경우는 제17c도에 도시하는 바와같이 화소전극(84)의 TFT(87)에 2Tf/N∼3Tf/N까지의 주사선(86)에 주사전압(V_G)을 인가하므로써 온동작시키고, 여기서 제 18도에 도시하는 예를들면 신호전압(Vb)을 소정의 신호선(85)에 인가하므로써 제19c도에 도시하는 바와같이 2Tf/N 이후는 화소전극(84)에 신호전압(Vb)을 안정되게 가할 수 있다. 이로인해 해당 화소액정분자(91a)의 배향상태가 변화하여 청색이 표시된다.

이상 설명한 바와같이 본 실시예의 컬러 액정 표시 장치 에 의하면, 컬러필터를 사용하지 않아도 액정셀(80)에 인가하는 구동전압을 정적으로 제어하므로써, 정확한 컬러표시를 용이 하게 할 수 있다. 이 경우 컬러필터를 사용하지 않으므로 투과광의 광량손실이 현격히 적 어져, 색표시의 밝기를 충분히 높게 할 수 있다.

또 상기 실시예에 있어서는 표시색이 3색인 경우에 대해서 설명했지만, 2색이어도 좋고, 4색 이상의 컬러표시를 용이하게 실시할 수 있음은 물론이다.

본 예의 컬러액정표시장치는 제20도 및 제21도에 도시하는 바와같이 제2 실시예의 컬러액정표시장치와는 위상판의 종류가 다를 뿐으로 그 외의 구성은 같다. 즉, 본예에 사용하는 위상판(92)은 제22 도에 도시하는 바와같이 그 굴절률이 최대인 방향(92a)을 X축 방향으로 했을 경우 X축방향의 굴절률(n_x)과, 이것에 위상판(40)의 표면에 평행한 면내에서 직교하는 Y축 방향의 굴절률(n_Y)과, 두께 방향의 Z축 방향의 굴절률(n_z)이 n_x〉n_{x 〉}n_Y의 관계를 만족시키는 위상판이다.

본 예의 컬러액정표시장치에 있어서도 제2 실시예의 컬러액정표시장치와 마찬가지로, 위상판(92)의 편광작용에 의한 착색광과, 위상판(52)과 액정셀(30)의 양쪽 편광작용에 의한 착색 광을 얻을 수 있음과 동시에, 액정셀(30)에 의한 편광작용이 액정셀(30)로의 인가전압에 따라 변화하므로, 착색광의 색을 임의로 바꿀 수도 있다.

이 컬러액정표시장치의 표시색 의 일례를 들면, 예를들면 위상판(92)의 X, Y, Z축 방향의 굴절률 n_x, n_Y, N_z및 그 판두께(굴절률이방성의 임의부분 두께)(d)가,

n_x= 1.4

n_Y= 1.2

n_z= 1.3

d = 2.15㎛

제21도에 도시한 기준선(0)에 대한 액정셀(30)의 하기판(32) 면에 있어서의 액정분자 배향방향(32a)의 각도(θ₃) 및 액정분자 트위스트각(T)과, 액정(38)의 복굴절률(△n) 및 액정층두께(d')가,

θ₃= 260°

T = 250°

△n = 0.13

d' = 6.8㎛

상기 기준선(0)에 상편광판(41)의 투과축(41a) 각도(θ₁)와, 위상판(40)의 광학축(40a) 각도(θ₂)와, 하편광판(42)의 투과축(42a) 각도(θ₄)가 각각,

θ₁= 135°

θ₂= 0°(기준선(0)과 평행)

θ₄= 125°

인 경우, 액정 (30)로의 인가전압과 표시색의 관계는 다음과 같다.

그리고 여기서 인가전압값은 실효값이고, 표시색은 액정표시장치의 표시를 정면에서 봤을 때의 색이다.

(인가전압) (표시색)

2.04v 이하 빨간색

2.18∼2.22v 녹색

2.44v 이상 청색

즉, 상기 컬러액정표시장치의 표시색은 액정셀(30)에 인가하는 전압을 높임에 따라 인가전압이 2.04v 이하인 상태, 즉 액정분자가 트위스트 배향하고 있는 상태에서의 초기표시색 빨간색에서 2.44v 이상의 최대 전압을 인가한 상태, 즉 액정분자가 수직으로 세워 배향한 상태 에서의 최종표시색 청색까지 변화하고, 그 도중에 표시의 광강도가 높으며 색순도도 높은 표시색 녹색이 된다.

이와같이 상기 컬러액정표시장치는 액정셀(30)에 인가하는 전압을 제어하므로써 복수의 색 에 의한 표시가 가능하다.

더우기 상기 컬러액정표시장치에 있어서는 위상판(92)으로서 굴절률이 최대방향인 X축방향(92a)의 굴절률(n_x)과, Y축 방향의 굴절률 (n_Y)과, Z축 방향의 굴절률(n_z)이 n_x〉n_z〉n_Y인 것을 사용하고 있고, 이 위상판은 통상 사용되고 있는 위상판에 비해 빛의 입사각에 대한 위상차의 변화율이 작으므로, 상기 컬러액정표시장치는 표시색의 시각의존성이 작고, 따라서 시각의존성이 작으므로 시야각도 충분하다.

즉, 위상판의 광입사각에 대한 X축, Y축 방향의 위상차(R_XY)는, 위상판의 법선(X축과 Y축을 포함하는 면에 대해서 수직인 선)에 따른 방향에서 빛이 입사했을 경우, 즉 위상판의 법선에 대한 광입사각이 0°인 경우 위상차(R_XY(0))가,

위상판의 법선에 대해서 θ° 경사한 방향에서 비스듬히 빛이 입사했을 경우 위상차(R_XY(θ))가,

이 된다.

그리고 통상은 위상판은 제22도에 도시한 X, Y, Z축 방향의 굴절률 n_x,n_z, n_Y가n_x〉n_Y=n_z이므로, 이 통상 위상판의 과입사각이 0°인 경우 위상차(R_XY(0))와 광입사각이 θ인 경우의 위상차

(R_XY(θ))의 비 R_XY(θ)/R_XY(0)는 빛의 입사각에 의해 크게 변화한다.

이것에 대해서 상기 실시예의 위 상판은 X, Y, Z축 방향의 굴절률 n_x, n_z, n_Y이 n_x) n_z) n_Y이므로, 광입 사각에 의한 R_XY(θ)/R_XY(0)의 변화가 작고, 따라서 광입사각에 의한 위상차의 변화가 작다.

즉 제23도는 상기 실시예의 위상판에 있어서의 R_XY(θ)/R_XY(0)의 광입사각에 의한 변화를 상기 통상의 위상판과 비교해서 나타낸 것이고, 통상의 위상판은 그 R_XY(θ)/R_XY(0)가 도면에 파선으로 표시한 바와같이 빛의 입사각에 의해 크게 변화하므로, 빛의 입사각이 커지면 위상차가 크게 변화해 버리지만, 상기 실시예의 위 상판은 광입사각에 의한 R_XY(θ)/R_XY(0)의 변화가 도면에 실선으로 표시하는 것처럼 작고, 따라서 광입사각에 의한 위상차의 변화가 작다.

그리고 제23도에 도시한 통상 위상판의 R_XY(θ)/R_XY(0) 값은 n_x=1.4, n_Y=n_z=1.2인 위상판의 값, 실시예의 위상판의 R_XY(θ)/R_XY(0)값은 n_x=1.4, n_Y=1.2, n_z=1.3인 위상판의 값이다.

이와같이 통상의 위상판은 빛의 입사각에 의해 위상차가 크게 변화하므로, 상기 컬러액정 표시장치에 통상의 위상판을 사용한 것에서는 시각에 의해 표시색이 변화해 버리지만, 상기 실시예의 위상판은 빛의 입사각에 대한 위상차의 변화가 작으므로, 이 위상판을 사용하면 시각에 의한 표시색의 변화, 즉 표시색의 시각의존성이 작아진다.

제24도는 위상판(92)에 X, Y, Z축 방향의 굴절률 n_x,n_Y,n_z가 n_x〉n_z〉n_Y인 것을 사용한 상기 실시예의 컬러액정표시장치와, 상기 위상판(92)을 n_x〉n_Y=n_z의 통상 위상판으로 바꾼 비교장치의 시각과 표시색의 색 차이(△E·ab)의 관계를 나타낸 것이고, 실선은 실시예장치의 시각에 의한 색차이의 변화를 나타내고, 파선은 비교장치의 시각에 의한 색차이의 변화를 나타내고 있다.

그리고 실시예 장치와 비교장치는 모두 액정셀의 액정분자 트위스트각을 250°, 액정의 복굴절률(△n)을 0.13, 액정층두께를 6.8㎛, 상편광판의 투과축에 대한 위상판 광학축의 어긋남각을 135°, 상편광판의 투과축을 액정셀의 상기 판면에 있어서의 액정분자 배향방향에 대한 어긋남각을 125°, 하편광판의 투과축과 상편광판의 투과축과의 어긋남각을 10°로 한 것이고, 또한 실시예장치에 사용한 위상판은 n_x=1.4, n_Y=1.2, n_z=1.3의 위상판, 비교장치에 사용한 위상판은 n_x=1.4, n_Y=n_z=1.2의 위상판이다. 단, 이들 위상판의 판두께는 모두 2.15㎛이다.

또한 상기 표시색의 색차이(△F·ab)는 시각이 0°, 즉 표시 장치의 정면에서 봤을 때의 색도를 기준으로 한 값이고, 이 기준색도와 각 시각에서의 표시색 색도와의 차이다.

이제 24도와 같이 X, Y, Z축 방향의 굴절률 n_x,n_Y,n_z가 n_x〉n_Y=n_z인 통상의 위상판을 사용한 비교장치에 비해 시각에 의한 색차이의 변화가 크고, 따라서 표시색의 시각의존성이 크지만, n_x〉n_z〉n_Y의 위상판을 사용한 실시예장치는 상기 비교장치에 비해 시각에 의한 색차이의 변화가 상당히 작다.

그리고 상기 실시예에서는 액정셀(30)의 액정분자 트위스트각(ψ)을 250°로 했지만, 이 액정 분자의 트위스트각은 180∼270°의 범위이면 된다.

또한 상기 실시예에서는 위상판(92)을 상편광판(41)과 액정셀(30) 사이에 설치하고 있지만, 이 위상판(92)은 하편광판(42)과 액정셀(30) 사이에 설치해도 좋고, 또한 상기 위상판(92)과 같은 위상판을 2장 이상 사용해도 된다. 또 2장 사용할 경우 상하 양쪽 편광판(41,42)과 액정셀(30) 사이에 각각 1장씩 설치해도 좋고, 한쪽 편광판(41)과 액정셀(30) 사이에 2장 설치해도 된다.

제5 실시예는 STN형 액정셀을 사이에 두고 그 양측에 위상판을 1장씩 배치한 예이다.

본 예의 컬러액정표시장치는 제25도에 도시하는 바와같이 액정셀(30)을 사이에 두고 상하 한쌍의 편광판(41,42)을 배치함과 동시에, 상기 액정셀(30)과 상편광판(41) 사이에 제1 위상판(93)을 배치하고, 상기 액정셀(30)과 하편광판(42) 사이에 제2 위상판(94)를 배치하고, 그리고 하편광판(42)의 이면(하면)에 반사판(43)을 배치한 것이다.

이 액정셀(30)은 STN형의 것이고, 액정(38)의 분자는 양기판(31,32) 간에 있어서 180∼270° 의 트위스트각으로 트위스트 배향되어 있다. 또한 이 액정셀(30)은 시분할구동되는 세그먼트 표시형의 것이고, 상기판(31)에 형성된 투명 전극(33)은 복수로 분할된 코먼전극, 하기판(32)에 형성된 투명전극(34)은 표시패턴에 대응하는 형상의 복수의 세그먼트 전극이다.

상기 2장의 위상판(53,94)중 광입사측의 위상판, 즉 액정셀(30)과 상편광판(41) 사이에 배치 한 제1 위상판(93)은 그 광학축을 상편광판(41)의 투과축에 대해 소정각도 경사로 어긋나게 설치되고, 반대측의 위상판 즉 액정셀(30)과 하편광판(42) 사이에 배치한 제2 위상판(94)은 그 광학축을 임의방향으로 해서 설치되어 있다.

즉 제26도에 있어서, 41a는 상편광판(41)의 투과축, 93a는 제1 위상판(93)의 광학축을 나타내고 있고, 이 실시예에서는 상편광판(41)의 투과축(41a)을 기준선(도면에서는 수평선)(0)에 대해서 직교시키고, 제1 위상판(53)의 광학축(93a)을 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 45°어긋나게 하고, 제1 위상판(93)의 광학축(93a)과 상편광판(41)의 투과축(41a)과의 어긋남각을 45°로 하고 있다.

또한 제26도에 있어서, 94a는 제2 위상판(54)의 광학축을 나타내고 있고, 이 실시예에서는 제2 위상판(94)의 광학축(94a)을 상기 기준선(0)에 대해서 도면상 좌회전하여 135°어긋나게 하고, 상기 제1 위상판(93)의 광학축(93a)과 제2 위상판(94)와 광학축(94a)을 서로 직교시키고 있다.

이 컬러액정표시장치에 있어서는 상편광판(41)을 통과하여 입사한 직선편광이 제1 위상판(93)을 통과하는 과정에서 이 위상판(93)의 편광작용을 받아 타원편광이 되고, 계속해서 STN형의 액정셀(30)을 통과하는 과정에서 이 액정셀(30)의 편광작용에 의해 더욱 편광상태를 변화시킬 수 있음과 동시에, 그리고 제2 위상판(94)을 통과하는 과정에서 이 위상판(94)의 편광작용에 의해 편광상태를 바꿀 수 있다.

이로인해 상기 제1 위상판(931과 액정셀(30)과 제2 위상판(94)을 통과하여 하편광판(42)에 입사하는 빛은 2장의 위상판(93,94)과 액정셀(30)에 의한 편광작용을 받은 각 파장광마다 편광상태가 다른 타원편광으로 구성되고, 이 타원편광중 하편광판(42)에 대한 투과축 성분만이 이 하편광판(42)을 투과하여 착색광이 된다.

하편광판(42)을 통과한 착색광은 반사판(43)에서 반사되어 상술한 광경로와 반대경로로 액정표시장치의 상면측에 출사하고, 이 착색광에 의해 표시패턴이 표시된다.

그리고 이 경우 반사판(43)에서 반사되는 착색광은 상술한 위 상판(93,94)과 액정셀(30)의 편광작용에 의해 타원편광이 된 빛 중 하편광판(42)을 투과한 투과축 성분광뿐이고, 이 빛의 대부분은 제2 위상판(54)과 액정셀(30) 및 제1 위상차판(93)을 다시 투과하지만, 그후에 더 한층 편광작용을 받아 구성비율이 작은 파장광은 상편광판(41)을 투과할 수 있는 투과축성 분이 더욱 작아진다. 그때문에 상편광판(41)을 투과하여 출사하는 착색광은 반사판(43)에서 반사된 착색광보다 더욱 색순도가 좋아진 빛이 된다.

이와같이 상기 컬러액정표시장치는 컬러필터를 사용하지 않고 투과광을 착색하는 것으로, 빛의 투과율을 높게 하고, 표시의 밝기를 충분히 높게 할 수 있다.

또한 종래의 컬러액정표시장치는 액정셀의 전극이 서로 대향하고 있는 각 개소의 표시색이 이 개소에 설치한 컬러필터의 색에 의해 정해지므로, 같은 개소의 표시색이 1색 뿐이지만, 상기 실시예의 컬러액정표시장치에서는 2장의 위상판(93,94)의 편광작용에 의한 착색광과, 이들 위상판(93,94)과 액정셀(30)의 양쪽 편광작용에 의한 착색광을 얻을 수 있음과 동시에, 이 양쪽 편광작용에 의한 착색광의 색이 액정 (30)로의 인가전압에 따라 변화한다.

이 컬러액정표시장치의 표시색은 위상판(53,94)의 리텐션(Re1, Re2) 값과, 액정셀(30)의 △n ·d 값 및 액정분자 트위스트각과, 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대한 제1 위상판(93)의 광학축(93a)의 어긋남각과, 제2 위상판(94)의 광학축(94a) 방향과, 액정셀(30)의 액정분자 배향상태와 상기 제2 위상판(94)의 광학축(94a)과의 어긋남 각과, 상편광판(41) 및 하편광판(42)의 투과축(41a,42a) 방향에 의해 정해진다.

그 일예를 들면 제26도에 도시한 바와같이 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대한 제1 위상판(53)의 광학축(93a)의 어긋남각이 45°, 제2 위상판(94)의 광학축(94a) 방향이 제1 위상판(93)의 광학축(93a)에 대해서 직교, 기준선(0)에 대한 액정셀(30)의 상기판(31)측에 있어서의 액정분자 배향방향(31a)의 어긋남각이 도면상 우회전하여 35°이고, 상편광판(41)과 하편광판(42)의 투과축(41a,42a)이 서로 직교하고 있을 경우, 예를들면 제1 위상판(93)의 리텐션(Rel)과 제2 위상판(94)의 리텐션(Re2)을 각각 1350㎚, 액정셀(30)의 △n·d를 0.884㎛(△n=0.13, d=6.8㎛), 액정분자의 트위스트각을 250°로 하면, 액정셀(30)의 액정분자가 초기의 트위스트 배향상태에 있을 때에 표시색이 황색이 되고, 액정분자를 수직으로 세워 배향시켰을 때에 표시색이 녹색이 되고, 또한 액정분자가 초기의 트위스트 배향상태에서 세워 배향해 가는 도중에, 광강도가 높으며 색순도도 높은 흑색의 표시색이 된다.

다음의 표 9 는 상기 컬러액정표시장치의 액정셀(30)에 인가하는 전압과 표시 색과의 관계를 나타내고 있다. 그리고 이 표 9 에 있어서, 인가전압의 값은 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 가해지는 실효전압값이다.

이와같이 상기 컬러액정표시장치는 액정셀(30)로의 인가전압에 따라 표시색이 변화하므로, 이 컬러액정표시장치에 의하면 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 인가하는 전압을 제어하므로써, 같은 개소의 표시색, 즉 같은 세그먼트전극(34)에 대응하는 부분의 표시색을 복수의 색 으로 변화시킬 수 있다

또한 액정셀(30)은 단순매트릭스형 또는 액티브매트릭스형의 것이면 좋고, 그 경우는 하나하나의 화소 표시색을 여러 가지 색으로 변화시킬 수 있다.

또 상기 실시예에서는 상하 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a)을 서로 직교시켰지만, 이들 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a) 방향은 임의로 해도 좋고, 제1 위상판(93)의 리텐션(Rel)과 제2위상판(94)의 리텐션(Re2)도 반드시 같은 값이 아니어도 된다.

제6 실시예는 STN형 액정셀의 한쪽에 2장의 위상판을 배치 한 것이다.

즉, 본 발명의 컬러액정표시장치는 제27도에 도시하는 바와같이 액정셀(30)을 사이에 두고 상하 한쌍의 편광판(41,42)을 배치함과 동시에, 상기 액정셀(30)과 한쪽 편광판 예를들면 상편광판(41)과의 사이에 2장의 위상판(55,56)을 서로 적층하여 배치하고, 그리고 하편광판(42)의 이면(하면)에 반사판(43)을 배치한 것이다.

상기 2장의 위상판(95, 96)중 상편광판(41)측에 배치한 제1 위상판(55)은 그 광학축을 상기 상편광판(41)의 투과축에 대해 소정각도 경사로 어긋나게 하여 설치되고, 액정셀(30)측에 배치한 제2 위상판(96)은 그 광학축을 상기 제1 위상판(55)의 광학축에 대해 소정각도 경사로 어긋나게 하여 설치되어 있다.

즉, 제28도에 있어서 41a는 상편광판(41)의 투과축, 95a는 제1 위상판(95)의 광학축, 96a는 제2 위상판(96)의 광학축을 나타내고 있고, 제1 위상판(95)의 광학축(95a)은 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대해서 θ의 어긋남각으로 경사져 어긋나 있고, 제2 위상판(96)의 광학축(96a)은 상기 제1 위상판(95)의 광학축(95a)에 대해서 θ2의 어긋남각으로 경사져 어긋나 있다.

본 예의 컬러액정표시장치에 있어서의 착색과 변색의 작용은 제5 실시예의 경우와 거의 같지만, 2장의 위상판(55,56)의 배치가 다르므로 전압과 표시색과의 관계가 달라진다.

그 일예를 들면 상편광판(41)의 투과축(41a)에 대한 제1 위상판(95)의 광학축(95a)의 어긋남각(01)이 35°, 제1 위상판(95)의 광학축(95a)에 대한 제2 위상판(96)의 광학축(96a)의 어긋남각(θ2)이 35°, 기준선(0)에 대한 액정셀(30)의 상기판(위상판 인접기판)(31)측에 있어서의 액정분자 배향방향(31a)의 어긋남각이 도면상 우회전하여 35°(제2 위상판(96)의 광학축(96a)과의 어긋남각이 75°)이고, 상기 기준선(0)에 대한 상편광판(41)의 투과축(41a) 어긋남각이 도면상 좌회전하여 110°, 상기 기준선(0)에 대한 하편광판(42)의 투과축(42a)의 어긋남각이 도면상 좌회전하여 170 인 경우, 예를들면 제1 위상판(95)의 리텐션(Rel)과 제2 위 상판(96)의 리텐션(Re2)을 각각 1200㎚, 액정셀(30)의 △n·d를 0.884㎛( △n=0.13, 6=6.8㎛), 액정분자의 트위스트각을 250°로 하면 액정셀(30)의 액정분자가 초기의 트위스트 배향상태에 있을 때 표시색이 빨간색이 되고, 액정분자를 거의 수직으로 세워 배향시켰을 때 표시 색이 녹색이 되고, 또한 액정분자가 초기의 트위스트 배향상태에서 세워 배향해가는 도중에 광강도가 높으며 색순도도 높은 청색의 표시색 이 된다.

다음의 표 10은 상기 컬러액정표시장치의 액정셀(30)에 인가하는 전압과 표시색과의 관계를 나타내고 있다. 그리고 이 표 10에 있어서 인가전압의 값은 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 가해지는 실효전압값이다.

이와 같이 상기 컬러액정표시장치는 액정셀(30)로의 인가전압에 따라 표시색이 변화하므로, 이 컬러액정표시장치에 의하면 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 인가하는 전압을 제어하므로써, 같은 개소의 표시색, 즉 같은 세그먼트전극(34)에 대응하는 부분의 표시색을 여러 가지 색으로 변화시킬 수 있다. 따라서 컬러필터를 사용하지 않는 간소한 구조로 밝은 색표시를 얻을 수 있다.

본 예의 컬러액정표시장치는 제29도에 도시되는 바와 같이 제2실시예에서 반사관측의 전광판을 제거한 구성으로 되어 있다.

본 예의 컬러액정표시장치는 제29도에 도시하는 바와 같이 1개의 도트매트릭스형 STN 액정셀(30)과, 1장의 위상판(40)과, 1장의 편광판(41)와, 1장의 반사판(43)으로 구성 되어 있고, 편광판(41)은 액정셀(30)의 표면(도면에 있어서 상면) 측에 배치되고, 반사판(43)은 액정셀(30)의 이면(도면에 있어서 하면) 측에 배치되고, 또한 위상판(40)은 액정셀(30)과 편광판(41) 사이에 배치되어 있다. 본 예에서는 액정분자의 트위스트 배향각도가 240°의 STN 액 정셀을 사용하고 있다.

제30도에 있어서 41a는 상기 편광판(41)의 투과축이고, 이 실시예에서는 이 편광판(41)을 그 투과축(41a)을 기준선(도면에서는 수평선)(0)에 대해 직교시켜 배치하고 있다.

그리고 이 실시예에서는 상기 기준선(0)에 대한 위상판(40)의 광학축(40a)의 경사각(ψ)을 45°로 하고, 위상판(40)의 광학축(40a)과 편광판(41)의 투과축(41a)과의 어긋남각(ψ)을 45°로 하고 있다.

이 컬러액정표시장치는 그 표면측에서 입사하는 빛(자연광 또는 조명광원에서의 빛)을 이면측의 반사판(43)에서 반사시켜 표시하는 반사형의 것이고, 표면측에서의 입사광은 편광판(41)과 위상판(40)과 액정셀(30)을 통과하여 반사판(43)에서 반사되고, 다시 상기 액정셀(30)과 위상판(40)과 편광판(41)을 통과하여 출사한다.

이 컬러액정표시장치에 있어서는 편광판(41)을 통과하여 입사한 직선편광이 이 편광판(41)의 투과축(41a)에 대해서 광학축(40a)이 소정 각도(이 실시예에서는 ψ=45°) 경사로 어긋나 있는 위상판(40)과, 액정셀(30)을 통과하는 과정에서 이들 편광작용에 의해 편광상태를 변화시킬 수 있음과 동시에, 반사판(43)에서 반사되어 다시 상기 액정셀(30) 및 위상판(40)을 통과하는 과정에서 더욱 편광상태를 변화시킬 수 있다.

이로 인해 상기 위상판(40)과 액정셀(30)을 통과하여 다시 편광판(41)에 입사하는 빛은 위 상판(40)과 액정셀(30)에 의한 2번씩의 편광 작용을 받은 타원편광이고, 따라서 이 빛중 편광판(41)에 대한 투과 축성분의 파장광만이 이 편광판(41)을 투과하여 출사하고, 출사광이 착색광이 된다.

그리고 상기 액정셀(30)은 액정분자의 배향상태에 따라 다른 편광작용을 나타내므로, 위상판(40)과 액정셀(30)에 의한 2번씩의 편광작용을 받은 빛은 액정셀(30)의 액정분자 배향상태에 의해 다른 편광상태의 빛이 되어 편광판(41)에 입사하기 때문에, 액정셀(30)의 액정분자 배향상태를 변화시키므로써 편광판(41)을 투과하여 출사하는 착색광의 색을 변화시킬 수 있다.

이와 같이 상기 컬러액정표시장치는 컬러필터를 사용하지 않고 투과장을 착색하는 것이고, 반사형의 것이지만 빛을 투과율을 높게 하고, 표시의 밝기를 충분히 높게 할 수 있고, 또한 액정셀(30)의 각화소부에 각각 복수의 색을 선택적으로 표시시키는 구동전압을 인가하므로써 이 액정셀(30)의 각 화소부에 대응하는 부분의 표시색, 즉 하나하나의 화소의 표시색을 각각 복수의 색으로 변화시킬 수 있다.

이 컬러액정표시장치의 표시색은 위상판(40)의 리텐션(Re)과, 액정셀(30)의 △n·d 및 액정분자 트위스트각과, 편광판(41)의 투과축(41a)과 위상판(40)의 광학축(40a)과의 어긋남각(Φ)과, 액정셀(30)의 위상판 인접기판(31) 측에 있어서의 액정분자 배향방향(31a)과 위상판(40)의 광학축(40a)과의 어긋남각(ψ-θ)에 의해 정해진다.

그 일예를 들면 편광판(41)의 투과축(41a)과 위상판(40)의 광학축(40a)과의 어긋남각(Φ)을 45°, 액정셀(30)의 위상판 인접기판(31)측의 액정분자 배향방향(31a)과 위상판(40)의 광학축(40a)과의 어긋남각(Φ-θ)을 15°로 하고, 위상판(40)의 리텐션(Re)을 930㎚, 액정셀(30)의 △n·d를 0.83㎛, 액정분자 트위스트각을 240°로 했을 때는 액정셀(30)의 액정분자가 초기의 트위스트 배향상태에 있을 때에 표시색이 「자주색」이 되고, 액정분자를 거의 수직으로 세워 배향시켰을 때 표시색이 「오렌지색」이 되고, 또한 액정분자가 초기의 트위스트 배 향상태에서 세워 배향해 가는 도중에, 광강도가 높으며 색순도도 높은 「녹색」과 「황색」의 표시색이 된다.

다음의 (표11)은 액정셀(30)에 인가하는 전압과 표시색과의 관계를 나타내고 있다. 그리고 이 (표11)에 있어서, 인가전압의 값은 액정셀(30)의 전극(33,34) 간에 가해지는 실효전압값이다.

상술한 바와 같이 본예의 컬러액정표시장치는 액정셀(30)로의 인가 전압을 제어하므로써, 그 1 표시개소(1 도트 혹은 1 세그먼트)의 색을 임의로 변화시킬 수 있다. 따라서 본예의 컬러액정표시장치에 의하면 컬러필터를 사용하지 않고 간소한 구조로 밝은 색표시를 얻을 수 있다.

또 본예의 컬러액정표시장치는 1개의 액정셀(30)과 1장의 위상판(40)과, 1장의 편광판(41) 및 1장의 반사판(43)의 4개 요소만으로 구성되는 것이므로, 구조가 보다 간단화되어 생산원가의 하락이 촉진된다.

또 본 실시예에서는 위상판(40)을 액정셀(30)과 편광판(41) 사이에 배치했지만, 위상판(41)은 액정셀(30)과 반사판(43) 사이에 배치해도 된다.

또한 위상판(40)으로서 제4실시예에서 사용한 위상판 즉, 굴절률이 최대가 되는 방향을 X축 방향으로 했을 경우 X축 방향의 굴절률(n)과, 이것에 위상판의 표면에 평행한 면내에서 직교하는 Y축 방향 굴절률(n)과, 두께 방향의 Z축 방향의 굴절률(n)이 nnn의 관계를 만족시키는 위상판을 사용해도 된다. 이것에 의해 시각의존성이 작아지고, 보다 시야각이 크고 간소한 구조의 컬러액정표시장치를 얻을 수 있다.

그리고 위상판은 1장에 한정되지 않고, 액정셀을 사이에 두고 양측에 1장씩 배치해도 되고 액정셀과 편광판 사이에 2장 배치해도 된다.

또 액정셀(30)에 있어서의 트위스트 배향각도를 제2실시예와 같이 250°∼260°로 크게 하고, 도트매트릭스 표시패턴으로 고시분할 구동가능한 컬러액정표시장치로 하는 것도 가능하다.

또한 본예의 컬러액정표시장치에도 제1실시예나 제2실시예와 같은 구동방법, 즉 제2실시예에서 사용한 펄스폭변조법, 펄스높이변조법, 액티브·어드렛싱법 등의 펄스변조방법이나 제1실시예에서 사용한 소정수의 프레임을 표시색에 따라 배분하는 방법, 또는 제3실시예의 TFT에 의한 액티브 매트릭스 구동방법 등을 적용할 수 있음은 물론이다.

이상 본 발명의 적당한 실시예로서 제1실시예 내지 제7실시예에 대해서 상세히 설명했지만, 이들 실시예에 있어서는 위상판의 광학측과 인접하는 편광판의 투과축의 입체적으로 교차하는 각도(어긋남각)를 45°로 설정했지만, 이 어긋남각은 45°에 한정되지 않고 얻고자 하는 표시색에 따라 임의로 선택할 수 있다. 단, 위상판에 의한 착색 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 어긋남각을 35°∼55°로 하는 것이 바람직하다.

또 제1실시예 내지 제6실시예는 모두 반사형의 실시예이지만, 그들의 실시예에서 반사판을 제거하여 투과형 컬러액정표시장치로 하는 것도 가능하다. 그리고 반사 판으로서 반투과반사판을 사용하고, 반사형과 투과형을 겸용할 수 있는 컬러액정표시장치로 할 수도 있다.

또한 위상판은 광학축으로서 서로 직교하는 진상측과 지상측이라고 하는 2개의 광학축을 갖고 있지만, 인접하는 편광판의 투과축에 대해서 35°∼55°어긋나게 하는 광학축은 진상축과 지상축 어느것이라도 좋다.

Claims

대향하는 면 각각에 전극(33,34)과 이 전극(33,34)을 덮어서 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막(35,36)이 형성된 한쌍의 기판(31,32)과; 이들 한쌍의 기판(31,32) 간에 형성되어 액정분자(38a)가 한쪽의 기판으로부터 다른쪽 기판을 향하여 180°∼270°의 트위스트 각도로 비틀리도록 나란히 배열한 액정층과; 상기 한쌍의 기판(31,32)의 외측에 이들 기판(31 32)을 끼우도록 배치되어 각각이 입사광을 직선편광으로 하는 투과축(41a,42a)을 구비하고 있는 한쌍의 편광판(41,42)과; 상기 한쌍의 편광판(41,42)간에 상기 액정층의 복굴절 작용에 의한 편광상태의 변화를 증대시키도록 배치되고, 그 평면방향에 있어서 굴절률이 최대로 되는 광학축의 방향과 인접하는 상기 기판의 배향처리 방향의 이루는 각도가 0°또는 90° 이외의 각도이고, 또한 상기 광학축과 인접하는 상기 편광판(41,42)의 투과축(41a,42a)이 이루는 각도가 35°∼55°인 위상판(40)과; 상기 전극(33,34)에 접속되어 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태를 변화시켜서 출사측 편광판(41,42)의 투과광 색이 바뀌도록 상기 액정층에 전압을 인가하는 구동수단을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 한쌍의 편광판(41,42) 사이에 상기 위상판(40) 외에 또 1장의 다른 위상판을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 또 1장의 다른 위상판은 상기 위상판(40)과 상기 한쌍의 편광판(41,42)내 상기 위상판(40)에 인접하는 편광판(41,42) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 또 1장의 다른 위상판은 상기 한쌍의 기판(31,32)내 상기 위상판(40)이 인접하는 기판과는 반대측 기판의 외측에 인접시켜 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 한쌍의 편광판(41,42) 한쪽 외측에 광반사판(43)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제5항에 있어서, 상기 위상판(40) 외에 또 1장의 다른 위상판(40)을 상기 한쌍의 편광판(41,42) 사이에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제6항에 있어서, 상기 또 1장의 다른 위상판은 상기 위상판(40)과 이것에 인접하는 편광판(41,42) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제6항에 있어서, 상기 또 1장의 다른 위상판은 상기 한쌍의 기판(31,32)내 상기 위상판(40)이 인접하는 기판과는 반대측 기판의 외측에 인접시켜 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 위상판(40)은 상기 굴절률이 최대가 되는 X축 방향과 위상판(40)과 평행한 평면내에서 X축과 직교하는 Y축 방향 및 두께의 Z축 방향 각 굴절률을 n_X, n_Y, n_Z라고 했을 때, n_Xn_Zn_Y를 만족하는 위상판(40)인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 액정층의 액정분자(38a)가 한쪽 기판에서 다른쪽 기판을 향해 250°의 트위스트 각도로 비틀 수 있도록 나란히 배열하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 한쌍의 기판(31,32)은 그 대향하는 면에 서로 직교하는 방향으로 복수개씩 연장하는 전극(33,34)을 각각 갖고, 상기 대항하는 면에 형성된 양전극(33,34)이 서로 대향하는 부분이 매트릭스 형태로 배열된 복수의 표시도트를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제11항에 있어서, 상기 구동수단은 크기가 다른 복수의 구동전압을 발생하는 구동전압발생수단과, 표시하는 색데이타에 따른 표시신호를 발생하는 표시신호발생수단과, 상기 표시신호에 따라 구동전압을 선택하여 구동파형을 형성하는 표시구동수단을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 구동수단은 미리 지정한 복수의 다른 표시색에 대응하는 복수의 신호전압을 발생하는 수단과, 소정수의 프레임으로 구성되는 1주기 안에 표시하는 색데이타에따라 각 프레임마다 복수의 신호전압중 1개를 선택하여 상기 액정층에 표시색에 대응한 전압을 인가하는 인가전압 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 한쌍의 기판(31,32)내 한쪽은 규칙적으로 배열된 화소전극과, 상기 화소전극에 접속된 소스전극과 표시신호가 공급되는 신호선에 접속된 드레인전극과 주사신호가 공급되는 주사선에 접속된 게이트전극을 갖고, 상기 각 화소전극에 대응시켜 설치된 박막트랜지스터(87)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시치.
대향하는 면 각각에 전극(33,34)과 이 전극(33,34)을 덮어서 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막(35,36)이 형성된 한쌍의 기판(31,32)과; 이들 한쌍의 기판(31,32) 사이에 형성되어 액정분자(38a)가 한쪽의 기판으로부터 다른쪽 기판을 향해 180°∼270°의 트위스트 각도로 비틀리도록 나란히 배열한 액정층과; 상기 한쌍의 기판(31,32)의 한쪽 외측에 배치되어 입사광을 직선편광으로 하는 투과축(41a,42a)을 갖는 편광판(41,42)과, 상기 한쌍의 기판(31,32)에 대하여 상기 편광판(41,42)과 반대측에 배치된 광반사판(43)과; 상기 편광판(41,42)과 상기 광반사판(43) 사이에 상기 액정층의 복굴절 작용에 의한 편광상태의 변화를 증대시키도록 배치되고, 그 평면방향에 있어서 굴절률이 최대로 되는 광학축의 방향과 인접하는 상기 기판의 배향처리방향의 이루는 각도가 0°또는 90°이외의 각도이고, 또한 상기 광학축과 인접하는 상기 편광판의 투과축의 이루는 각도가 35°∼55°인 위상판(40)과; 상기 전극(33,34)에 접속되어 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태를 변화시켜서 출사측 편광판의 투과광 색이 바뀌도록 상기 액정층에 전압을 인가하는 구동수단을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제15항에 있어서, 상기 위상판(40)외에 또 1장의 다른 위상판을 상기 편광판(41,42)과 상기 광반사판(43) 사이에 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제16항에 있어서, 상기 또 1장의 다른 위상판은 상기 위상판(40)과 상기 편광판(4142) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제16항에 있어서, 상기 또 1장의 다른 위상판(40)은 상기 한쌍의 기판(31,32)내 상기 위상판(40)이 인접하는 기판과는 반대측 기판에 인접시켜 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제15항에 있어서, 상기 위상판(40)은 상기 굴절률이 최대가 되는 X방향과 위상판(40)과 평행한 평면내에서 상기 X방향과 직교하는 Y방향 및 두께 Z방향의 각 굴절률을 각각 n_X, n_Y, n_Z라고 했을 때, n_Xn_Zn_Y를 만족하는 위상판(40)인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제15항에 있어서, 상기 액정층은 한쪽 기판에서 다른쪽 기판을 향해 250°의 트위스트 각도로 비틀수 있도록 나란히 배열하는 액정분자(38a)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제15항에 있어서, 상기 한쌍의 기판(31,32)은 그 대향하는 면에 서로 직교하는 방향으로 복수개씩 연장하는 전극(33,34)을 각각 갖고, 상기 대항하는 면에 형성된 양전극(33,34)이 서로 대향하는 부분이 매트릭스 형태로 배열된 복수의 표시도트를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제21항에 있어서, 상기 구동수단은 크기가 다른 복수의 구동전압을 발생하는 구동전압발생수단과, 표시하는 색데이타에 따른 표시신호를 발생하는 표시신호발생수단과, 상기 표시신호에 따라 구동전압을 선택하여 구동파형을 형성하는 표시구동수단을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제15항에 있어서, 상기 구동수단은 미리 지정된 복수의 다른 표시색에 대응하는 복수의 신호전압을 발생하는 수단과, 소정수의 프레임으로 구성되는 1주기 안에 표시하는 색데이타에 따라 각 프레임마다 복수의 신호전압중 1개를 선택하여 상기 액정층에 표시색에 대응한 전압을 인가하는 인가전압제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제15항에 있어서, 상기 한쌍의 기판(31,32)내 한쪽은 규칙적으로 배열된 화소전극과, 상기 화소전극에 접속된 소스전극과 표시신호가 공급되는 신호선에 접속된 드레인전극과 주사신호가 공급되는 주사선에 접속된 게이트전극을 갖고, 상기 각 화소전극에 대응시켜 설치된 박막트랜지스터(87)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
대향하는 면 각각에 전극(33,34)과 그 전극(33,34)을 덮어서 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막(35,36)이 형성된 한 쌍의 기판(31,32)과; 이들 한 쌍의 기판(31,32) 사이에 형성되어 액정분자(38a)가 한쪽의 기판으로부터 다른쪽의 기판을 향하여 180°∼270°의 트위스트 각도로 비틀리도록 나란히 배열한 액정층과; 상기 한 쌍의 기판(31,32) 외측에 이들 기판(31,32)을 끼우도록 배치되어 각각이 입사광을 직선편광으로 하는 투과축(41a,42a)을 구비하고 있는 한 쌍의 편광판(41,42)과; 상기 한 쌍의 편광판(41,42)간에 그 평면방향에 있어서 굴절률이 최대로 되는 광학축의 방향과 인접하는 상기 기판의 배향처리방향이 0°또는 90°이외의 각도로 교차하도록 배치되고 상기 액정층의 복굴절 작용에 의한 편광상태의 변화를 증대시키는 위상판(40)과; 상기 전극(33,34)에 접속되어 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태를 변화시켜서 표시색이 3색 이상으로 바뀌도록, 상기 액정층에 3가지 이상의 다른 전압을 인가시키는 구동수단을 갖고, 인가전압에 따라서 표시색을 변화시키는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.