KR100273866B1 - 반사형 액정표시소자 - Google Patents

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히사노리 야마구치
도모아키 세키메
요시오 이와이
데츠 오가와
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 편광필름을 1매만 사용하는 구성이며, 밝은 백색, 무채색으로 고콘트라스트 표시할 수 있는 반사형 액정표시소자에 관한 것으로, 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°∼90°로 하고, 액정의 복굴절율차Δn, 액정층두께(dLC), 고분자필름의 지체량(retardation)RFilm과의 관계를 Δn·dLC=0.35∼O.50㎛, RFilm-Δn·dLC=-0.20∼0.00㎛으로 하고, 상측기판측에서 보았을 때 네마틱액정이 하측기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기준선과, 한쪽 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 øLC, 고분자필름의 지상축(遲相軸, lagging) 방향이 이루는 각도를 øF, 편광필름의 흡수측 방향이 이루는 각도를 øP라고 했을 때, øF-øLC를 70°∼110°, øP-øF를 -90°∼-60°로 한다.

Description

반사형 액정표시소자
본 발명은 반사형 액정표시소자에 관한 것이다.
액정표시소자는 얇고 가벼우므로, 휴대형 정보단말의 디스플레이를 비롯해서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 액정표시소자는 스스로는 발광하지 않고, 광의 투과강도를 변화시켜서 표시를 하는 수광형 소자로서, 수 볼트의 실효전압으로 구동할 수 있기 때문에, 액정표시소자의 하측에 반사판을 구비하여 외부광의 반사광으로 표시를 보는 반사형으로 사용하면, 소비전력이 매우 낮은 표시소자가 된다. 종래의 반사형 컬러 액정표시소자는 기본적으로 컬러필터를 구비한 액정셀과 이 액정셀을 사이에 두고 배치된 한쌍의 편광필름으로 구성되어 있다. 컬러필터는 상기 액정셀의 한쪽 기판에 설치되어 있으며, 기판상에 컬러 필터 그 위에 투명전극이 형성된다. 이 액정셀에 전압을 인가함으로써 액정분자의 배향상태를 변화시키고 각 컬러 필터마다의 광 투과율을 변화시켜서 컬러 표시를 하고 있다.
1매의 편광판의 투과율은 기껏해야 45％ 정도이며, 이 때 편광필름의 흡수측과 평행한 편광의 투과율은 대략 0％이고, 수직한 편광의 투과율은 대략 90％이다. 따라서, 편광판을 2매 사용하는 반사형 액정표시소자는 광이 편광필름을 4회 지나서 출사되기 때문에, 컬러필터의 흡수를 고려하지 않았을 때,
(0.9)4× 50％ = 32.8％
가 되며, 반사율은 흑백패널에서도 약 33％로 한계점에 달하게 된다.
그래서, 표시를 밝게 하기 위해, 편광필름을 액정셀 상측의 1매만으로 하고, 액정셀을 1매의 편광필름과 반사판 사이에 두는 구성이 제안되어 있다(예를들면, 일본국 특개평7-146469호 공보, 일본국 특개평7-84252호 공보). 이 경우, 편광필름을 2회밖에 지나지 않으므로, 컬러필터의 흡수를 고려하지 않을 때에는,
(0.9)2× 50％ = 40.5％
가 되며, 최대 편광필름 2매를 사용한 구성에 대해 약 23.5％의 반사율 향상을 기대할 수 있다.
또, 컬러필터를 이용하지 않고 액정셀이 트위스트 배향한 네마틱 액정층의 복굴절과 편광필름에 의해 착색표시를 행하는 반사형 컬럭액정표시장치(일본국 특개평6-308481호 공보)나, 액정층과 위상차 필름의 복굴절을 이용하는 컬럭액정표시장치(일본국 특개평6-175125호 공보, 일본국 특패평6-301006호 공보)가 제안되어 있다.
그러나, 편광필름을 2매 사용하는 반사형 액정표시소자는 이 소자에 컬러필터를 이용하여 컬러 표시를 하는 경우, 충분한 밝기를 얻을 수 있을 만큼의 반사율을 확보할 수 없다는 과제를 가지고 있다.
또, 편광필름을 1매로 한 반사형 액정표시소자는, 이 소자에 컬러필터를 이용해서 컬러 표시를 행하고 반사율을 높게 하여 밝기를 확보하는 구성으로, 종래의 구성에서는 흑백의 무채색 표시가 곤란한데, 특히 반사율이 낮고 무채색의 흑색 표시가 곤란하다는 과제를 가지고 있다.
또, 컬러필터를 이용하지 않고 액정셀이 트위스트 배향한 네마틱 액정층의 복굴절과 편광필름에 의해 착색표시를 하는 반사형 액정표시소자나, 액정층과 위상차 필름의 복굴절을 이용하는 컬럭액정표시소자는, 컬러필터가 없기 때문에 2매의 편광필름을 이용해도 실용적인 밝기를 얻을 수 있을 만큼의 반사율을 확보할 수는 있으나, 복굴절의 착색을 이용한 컬러 표시이기 때문에, 16계조 4096색 표시 혹은 64계조 풀컬러표시 등 다계조·다색표시가 원리적으로 힘들고, 또 색순도·색 재현범위도 좁다는 과제를 가지고 있다.
또, 흑백표시모드에서의 반사형 액정표시소자도 편광필름을 2매 이용하는 구성에서는 백색 반사율이 높게 잡히지 않는다는 과제를 가지고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 백색표시가 밝고, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있어서 무채색의 흑백표시가 가능한 반사형 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 반사형 액정표시소자예의 단면도,
도 2는 본 발명의 반사형 액정표시소자예의 광학구성도,
도 3은 본 발명의 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압 관계의 예를 도시한 특성도,
도 4는 본 발명의 반사형 액정표시소자의 또다른 예의 단면도,
도 5는 본 발명의 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압 관계의 또다른 예를 도시한 특성도,
도 6은 산란범위를 설명하기 위한 전방산란필름의 개념적인 단면도,
도 7은 산란범위 및 산란방향을 설명하기 위한 전방산란필름의 개념적인 사시도,
도 8은 산란범위의 규정방법을 설명하기 위한 전방산란필름의 개념적인 사시도,
도 9는 전방산란필름의 사용방법(적층방법)을 도시하기 위한 개념적인 평면도,
도 10은 우측방향(a) 또는 상측방향(b)의 시각 변화에 대한 온 전압인가시의 흑색 반사율 변화를 도시한 특성도,
도 11은 본 발명의 반사형 액정표시소자의 또다른 예의 단면도,
도 12는 본 발명의 반사형 액정표시소자의 또다른 예(액티브 매트릭스형)의 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10, 40, 80, 90:편광필름 11, 41, 81, 91:고분자필름
12, 92:산란필름층 13, 43, 83, 93:상측투명기판
14, 44, 84, 94:컬러필터층
15a, 15b, 45a, 45b, 85a, 85b, 95a, 95b:배향층
16, 46, 86, 88, 96:투명전극 17, 47, 87, 97:액정층
18, 48, 98:금속반사전극 19, 49, 99:하측 기판
62:산란범위 68:산란방위
89:하측투명기판 82:확산반사판
102:TFT소자 104:평탄화막
105:콘택트 홀
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반사형 액정표시소자는 한쌍의 기판 사이에 네마틱액정을 봉입한 액정셀과, 이 액정셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광필름과, 이 편광필름과 액정셀 사이에 배치된 고분자필름과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사수단을 포함하며, 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°∼90°로 하고, 이 네마틱액정의 복굴절율ΔnLC과 액정층두께(dLC), 적ΔnLC·dLC=0.35∼O.50㎛으로 하고, 이 적ΔnLC·dLC과 상기 고분자필름의 지체량RFilm에 의해 RFilm-ΔnLC·dLC로 정의되는 복굴절차ΔR를 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, 상기 한쪽의 기판측에서 보았을 때 상기 네마틱액정이 상기 한쪽의 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기판면내방향에 정해지는 기준선과, 한쪽 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 øLC, 상기 기준선과 고분자필름의 지상축 방향이 이루는 각도를 øF, 상기 기준선과 상기 편광필름의 흡수측 방향이 이루는 각도를 øP라고 했을 때, øF-øLC를 70°∼110°의 범위로 하고, øP-øF를 -90°∼-60°의 범위로 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 밝고 무책색의 흑백변화가 가능한 노멀리 화이트형의 반사형 액정표시소자로 할 수 있다.
또, 본 발명의 또다른 구성은, 한쌍의 기판 사이에 네마틱액정을 봉입한 액정셀과, 이 액정셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광필름과, 이 편광필름과 액정셀 사이에 배치된 고분자필름과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사수단을 포함하고, 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°∼90°로 하고, 이 네마틱액정의 복굴절율ΔnLC과 액정층두께(dLC)의 적ΔnLC·dLC을 0.35∼O.50㎛으로 하고, 이 적ΔnLC·dLC과 상기 고분자필름의 지체량RFilm에 의해 RFilm-ΔnLC·dLC로 정의되는 복굴절차ΔR를 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, 상기 한쪽의 기판측에서 보았을 때 상기 네마틱액정이 상기 한쪽의 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기판면내방향에 정해지는 기준선과 상기 한쪽 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 øLC, 고분자필름의 지상축 방향이 이루는 각도를 øF, 상기 편광필름의 흡수측 방향이 이루는 각도를 øP라고 했을 때, øF-øLC를 70°∼110°의 범위로 하고, øP-øF를 -55°∼-25°의 범위로 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 밝고 무책색인 흑백변화가 가능한 노멀리 블랙형의 반사형 액정표시소자로 할 수 있다.
여기서, 고분자필름의 지체량RFilm은 고분자필름면내의 이상굴절율nX, 상굴절율을 nY, 필름두께를 dFilm이라 했을 때, RFilm=(nX-nY)·dFilm으로 나타낼 수 있다.
본 발명의 반사형 액정표시소자에 있어서는, 네마틱액정의 트위스트 각도를 30°∼60°로 하고, ΔnLC·dLC를 0.35∼O.45㎛으로 하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면 좀더 양호한 특성을 얻을 수 있다.
또, 노멀리 화이트형 반사형 액정표시소자에 있어서는, RFilm을 0.25㎛∼0.45㎛(0.35㎛±0.10㎛의 범위내)으로 하는 것이 바람직한데, 이 바람직한 예에 의하면, 온 전압인가시의 흑색 반사율을 좀더 낮게 할 수 있다. 한편, 노멀리 블랙형 반사형 액정표시소자에 있어서는, RFilm을 0.20㎛∼0.40㎛(0.30㎛±0.10㎛의 범위내)로 하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 오프 전압인가시의 흑색 반사율을 좀더 낮게 할 수 있다.
또, 상기 반사형 액정표시소자에 있어서는, 고분자 필름이 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 및 폴리술폰중에서 선택된 적어도 하나로 이루어진 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 반사율이 충분히 낮은 무채색의 흑색표시 및 반사율이 높은 무채색의 백색표시를 얻어서 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자로 할 수 있다.
또, 상기 반사형 액정표시소자에 있어서는, 고분자필름의 Z계수Qz가 0.0∼1.0인 것이 바람직하다. 여기서 Qz는 필름면의 법선방향을 z축에 정하는 공간좌표계(x, y, z)에 있어서의 각 축방향 굴절율(nx, ny및 nz)를 이용하고, Qz=(nx-nz)/(nx-ny)로 표시되는 계수이다(nx는 지상축방향의 굴절율(이상광 굴절율), ny는 진상축 방향의 굴절율(상광굴절율)이다). 이 바람직한 예에 의하면, 반사율의 시각의존성이 적은 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다. 같은 관점에서 Qz는 0.2∼0.6인 것이 좀더 바람직하다.
또, 상기 반사형 액정표시소자에 있어서는, 상기 한쪽 기판측에 산란필름을 배치한 것이 바람직하고, 이 산란필름은 전방산란필름인 것이 바람직하다. 전방산란필름으로는 후방산란특성이 거의 보이지 않고 전방산란특성이 강한 것이 바람직하다. 전방산란특성은 헤이즈(haze)율((산란광 투과율)/(전광선 투과율)×100[％])로 표시했을 경우, 60％ 이상인 것이 바람직하다.
상기 전방산란필름은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 산란특성dp 지향성이 있으며, 측정 방향에서 입사한 광만을 산란하는 타입의 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 이 필름은 예를들면 필름법선을 포함하는 소정의 평면상에 대한 입사광의 사영성분이 필름법선과 이루는 각도θ(-90°≤θ≤90°)에 의해 규정되는 산란범위를 가지는 것이 적당하며, 또 이 산란범위가 필름법선에 대해 비대칭인 것이 바람직하다. 산란범위가 필름법선방향에 대해 비대칭이면 외부광을 효율적으로 집광하고, 또 정면의 반사율 특성이나 콘트라스트특성이 양호해진다.
또, 산란필름은 액정셀과 고분자필름 사이, 고분자필름과 액정셀 사이, 편광필름의 외측중 어느 하나에 배치하는 것이 바람직하다.
또, 산란필름은 1매만을 이용해도 되지만, 다수매를 적층하여 이용해도 되는데, 다수매를 이용하는 경우에는 광을 산란하는 방항이 동일해지지 않도록 적층하는 것이 바람직하다. 즉, 구체적으로는 산란범위가 상기 각도θ로 표시하여 0°≤θ≤90°의 범위에 있는 전방산란필름을 상기 산란범위를 2등분하는 방향의 필름면위에 대한 사영성분에 의해 정해지는 방향(이하, 「산란방위」라 하는 경우가 있다)이 동일해지지 않도록 2매 이상을 적층하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 자연스런 시각특성을 얻을 수 있다. 특히 2매∼4매의 전방산란필름을 산란방위가 서로 직교하거나 반대방향이 되도록 적층하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 보다 많은 시각방향에 대해 자연스런 시각특성을 얻을 수 있다.
또, 상기 반사형 액정표시소자에 있어서는, 상기 광반사수단이 알루미늄 및 은중에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 구성요소로서 함유하는 것이 바람직하고, 또 상기 다른쪽 기판측의 전극을 겸하는 금속전극인 것이 바람직하다.
상기 금속전극은 특히 상술한 산란필름을 구비한 액정표시소자의 경우에는, 경면형상의 표면을 가지는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 액정 배향의 흩어짐이 적어서 자연스런 시인성을 얻을 수 있다. 한편, 특별히 산란필름을 이용하지 않는 액정표시소자의 경우에는, 금속전극에 산란필름 등의 산란막을 배치하거나, 혹은 금속전극 자체에 확산반사성을 주는 것이 바람직하다. 확산반사성을 가진 금속전극으로는, 예를들면 평균경사각이 3°∼12°가 될 정도로 표면에 요철을 부여하는 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 예에 의하면, 자연스런 시각특성을 가진 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다.
또, 상기 다른쪽 기판을 투명기판으로 하고, 이 투명기판의 외측에 확산반사판 등의 광반사수단을 배치한 구성을 가진 반사형 액정표시소자로 해도 된다. 이 경우 다른쪽 기판측의 전극에는 투명전극을 사용하게 된다. 이와 같은 구성을 채용하는 경우에는 투명기판과 확산반사판 사이에 공기층을 끼우는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면 확산효과를 좀더 크게 할 수 있다.
또, 상기 반사형 액정표시소자에 있어서는, 컬러필터를 배치하여 반사형 컬러액정표시소자로 해도 되고, 컬러필터를 배치하지 않고 흑백모드의 액정표시소자로 해도 된다. 후자의 경우에는, 특별히 높은 백색표시의 반사율에 의해 밝은 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다. 전자의 경우에는 백색까지 흑색에서 무채색으로 변화하는 특성에 의해 예를들면 64계조의 풀컬러표시가 가능해진다.
또, 상기 반사형 액정표시소자에 있어서는, 상기 다른쪽 기판측에 비선형소자를 배치함으로써, 매트릭스형상으로 배치한 TFT 등의 비선형소자에 의해 구동하는 액티브 매티릭스형의 반사형 액정표시소자로 할 수 있다. 이 경우에는, 특히 상기 비선형소자위에 절연성 평탄화막을 형성하고, 이 평탄화막에 형성한 콘택트홀을 통해 상기 비선형소자와 상기 다른쪽 기판측의 전극이 도통하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 높은 개구율을 가진 액티브구동이 가능해져서 고품질의 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1실시형태)
도 1은 제1실시형태의 반사형 액정표시소자의 단면도이다. 10은 편광필름, 11은 고분자필름, 12는 산란필름층, 13은 상측 투명기판, 14는 컬러필터층, 15a, 15b는 배향층, 16은 투명전극, 17은 액정층(두께dLC), 18은 금속반사전극, 19는 하측 기판을 나타낸다.
도 2는 제1실시형태의 반사형 액정표시소자를 도 1 상측에서 보았을 때의 광학구성도이다. 20은 기준선, 21은 하측기판에 가장 가까운 액정분자의 배향방향, 22는 상측투명기판에 가장 가까운 액정분자의 배향방향, 23은 고분자필름의 지상축방향, 24는 상측편광필름의 흡수축방향을 나타낸다. 또, øLCO는 하측기판(19)에 가장 가까운 액정분자의 배향방향(21), øLC는 상측투명기판(13)에 가장 가까운 액정분자의 배향방향(22), øF는 고분자필름(11)의 지상축방향(23), øP는 편광필름(10)의 흡수축(24)의 각 기준선(20)에서 측정한 각도를 나타낸다. 또, 각도의 정부는 ΩLC로 표시되는 액정의 트위스트방향(상측투명기판으로부터 하측기판으로 액정분자가 꼬여가는 방향)을 플러스라 정한다.
상측투명기판(13) 및 하측기판(19)으로서 무알카리 유리기판(예를들면 1737:코닝사 제품)을 사용하고, 컬러필터층(14)으로는 안료분산타입인 적, 녹, 청의 스트라이프 배열을 포토리소그래피로 상측투명기판(13)상에 형성시키고, 그 위에 투명전극(16)으로서 인듐·주석·옥사이드(ITO)로 화소전극을 형성했다. 또, 하측기판(19)상에는 티탄을 300nm 증착하고, 또 알루미늄을 20nm 증착하여 경면반사타입의 금속반사전극(18)을 형성했다.
투명전극(16) 및 금속반사전극(18)상에는 폴리이미드의 γ-부틸로락톤의 5중량％ 용액을 인쇄하고, 200℃에서 경화한 뒤, 소정의 트위스트각을 실현하도록 레이온천을 사용한 회전러빙법에 의한 배향처리를 함으로써 배향층(15a, 15b)을 형성했다.
상측투명기판(13)상의 주변부에는 소정 직경의 유리파이버를 1.0중량％ 혼입한 열경화성 시일수지(예를들면 스트랙트본드:미츠이도아츠가가쿠사 제품)를 인쇄하고, 하측기판(19)상에는 소정 직경의 수지 비스를 100∼200개/㎟의 비율로 산포하고, 상측투명기판(13)과 하측기판(19)을 서로 점착하고, 150℃에서 시일수지를 경화한 후, 복굴절율ΔnLC=0.09의 불소에스테르계 네마틱액정에 소정량의 키랄액정을 섞은 액정을 진공주입하고, 자외선 경화성 수지로 봉입한 후, 자외선광으로 경화했다.
이렇게 해서 형성된 액정셀의 상측투명기판(13)상에 산란필름층(12)으로서 스미토모가가쿠고교사 제품의 전방산란필름(상품명 루미스티)으로 산란방위가 필름법선에서 측정하여 0도 내지 50도인 것을 그 산란각도의 2등분선의 필름에 대한 사영방향(산란방위)과 기준선(20)이 직교하도록 점착했다. 그위에 고분자필름(11)으로서 폴리카보네이트 1매를 지상축이 소정 각도가 되도록 점착하고, 또 편광필름(10)으로서 뉴트럴 그레이의 편광필름(스미토모가가쿠고교사 제품 SQ-1852AP)에 앤티 리플렉션(AR) 처리를 가한 것을 흡수축 방향이 소정 각도가 되도록 점착했다.
øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=157.5°, øP=87.5°로 하고, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC를 -0.10㎛을 충족시키도록 하면서, ΔnLC·dLC를 변화시켜서 반사모드에서 광학특성을 측정하면, ΔnLC·dLC가 0.35㎛∼0.50㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색의 흑색과 반사율이 높고 무채색의 백색을 얻을 수 있는 노멀리 화이트 모드의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다. 이것은 백색과 흑색이 충분해질 만큼의 액정의 복굴절차가 있으며, 또 액정의 복굴절에 의한 착색을 보상할 수 있는 범위이기 때문이다.
또, ΔR이 -0.20㎛∼0.00㎛을 충족하면 백색표시에서 흑색표시로 전압을 인가해 나갔을 때, 표시의 색이 실용상 무채색의 범위내에서 변화되는 것이 확인되었다. 이것은 ΔR을 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, øF-øLC를 90°±20°의 범위내로 함으로써, 백색에서 흑색으로 변화하는 동안, 특히 온 전압인가시의 흑색표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 해소할 수 있기 때문이다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑색표시와 반사율이 높은 무채색의 백색표시의 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다.
다음에, 액정 트위스트각ΩLC를 변화시켰을 때의 특성을 조사했던 바, 본 발명의 제1실시형태에서는, 트위스트각을 0°∼90°의 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 그리고, 트위스트각ΩLC을 30°∼60°로 하고, ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼0.45㎛으로 했을 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다.
그리고, RFilm이 0.25㎛∼0.45㎛을 충족하고 있을 때, 특히 온 전압인가시의 흑색 반사율을 낮게 할 수 있다는 것이 확인되었다.
여기서 특히, ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.350㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=155.0°, øP=76.5°로 했을 때의 광학특성을 측정한 결과를 나타내기로 한다. 이 때, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC를 -0.050㎛, øF-øLC를 87.5°, øP-øF=-78.5°로서 상기에서 확인한 조건을 충족시키고 있다.
도 3은 이 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압의 관계를 도시한 특성도이다. 정면특성에 있어서 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율은 17.8％, 콘트라스트는 15.4였다. 또, 흑색에서 백색까지 무채색으로 변화하므로, 64계조 풀컬러의 표시가 가능하다는 것도 확인할 수 있었다. 또, 이상의 구성으로 컬러필터층(14)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제조했던 바, 정면특성으로서 콘트라스트 15.1, 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율 33.9％를 얻을 수 있다.
또, 이상의 구성에서는 산란필름층(12)을 고분자필름(11)과 상측투명기판(13) 사이에 배치했으나, 산란필름층(12)을 편광필름(10)상에 배치했을 때에도 편광필름(11)과 고분자필름(12) 사이에 배치했을 때에도 같은 특성을 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 고분자필름으로서 폴리카보네이트를 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 아니며, 예를들면 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
또, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로 함유한 금속반사전극을 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 것은 아니며, 예를들면 은을 구성요소로 함유한 금속반사전극 등을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제2실시형태)
도 4는 제2실시형태의 반사형 액정표시소자의 단면도이다. 40은 편광필름, 41은 고분자필름, 43은 상측투명기판, 44는 컬러필터층, 45a, 45b는 배향층, 46은 투명전극, 47은 액정층, 48은 금속반사전극, 49는 하측기판을 나타낸다.
제2실시형태의 광학구성은 기본적으로는 제1실시형태와 같으며, 도 2에 도시한 반사형 액정표시소자의 광학구성과 같다.
상측투명기판(43) 및 하측기판(49)으로서 무알카리 유리기판(예를들면 1737:코닝사 제품)을 사용하고, 컬러필터층(44)으로는 안료분산타입인 적, 녹, 청의 스트라이프 배열을 포토리소그래피로 상측투명기판(43)상에 형성시키고, 그 위에 투명전극(46)으로서 인듐·주석·옥사이드(ITO)로 화소전극을 형성했다. 또, 하측기판(49)상에는 티탄을 300nm 증착하고, 그위에 알루미늄을 200nm 증착하고, 또 그 표면을 평균경사각 8°∼10°가 되도록 거칠게 하고, 확산(산란)반사타입의 금속반사전극(48)을 형성했다.
투명전극(46) 및 금속반사전극(48)상에는 폴리이미드의 γ-부틸로락톤의 5중량％ 용액을 인쇄하고, 200℃에서 경화한 뒤, 소정의 트위스트각을 실현하도록 레이온천을 사용한 회전러빙법에 의한 배향처리를 함으로써 배향층(45a, 45b)을 형성했다.
상측투명기판(43)상의 주변부에는 소정 직경의 유리파이버를 1.0중량％ 혼입한 열경화성 시일수지(예를들면 스트랙트본드:미츠이도아츠가가쿠사 제품)를 인쇄하고, 하측기판(14)상에는 소정 직경의 수지 비스를 100∼200개/㎟의 비율로 산포하고, 상측투명기판(43)과 하측기판(49)을 서로 점착하고, 150℃에서 시일수지를 경화한 후, 복굴절율ΔnLC=0.09의 불소에스테르계 네마틱액정에 소정량의 키랄액정을 섞은 액정을 진공주입하고, 자외선 경화성 수지로 봉입한 후, 자외선광으로 경화했다.
이렇게 해서 형성된 액정셀의 상측투명기판(43)상에 고분자필름(41)으로서 폴리카보네이트 1매를 지상축이 소정의 각도가 되도록 점착하고, 또 편광필름(40)으로서 뉴트럴 그레이의 편광필름(스미토모가가쿠고교사 제품 SQ-1852AP)에 앤티 리플랙션(AR) 처리를 가한 것을 흡수축 또는 투과축 방향이 소정의 각도를 이루도록 점착했다.
øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=157.5°, øP=87.5°로 하고, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC를 -0.10㎛을 충족시키도록 하면서, ΔnLC·dLC를 변화시켜서 반사모드에서 광학특성을 측정하면, ΔnLC·dLC가 0.35㎛∼0.50㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색의 흑색과 반사율이 높고 무채색의 백색을 얻을 수 있는 노멀리 화이트 모드의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다. 이것은 백색과 흑색이 충분해질 만큼의 액정의 복굴절차가 있고, 또 액정의 복굴절에 의한 착색을 보상할 수 있는 범위이기 때문이다.
또, ΔR이 -0.20㎛∼0.00㎛을 충족시키고 있으면 백색표시에서 흑색표시로 전압을 인가해 나갔을 때, 표시 색이 실용상 무채색의 범위내에서 변화되는 것이 확인되었다. 이것은 ΔR을 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, øF-øLC를 90°±20°의 범위내로 함으로써, 백색에서 흑색으로 변화하는 동안, 특히 온 전압인가시의 흑색표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 해소할 수 있기 때문이다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑색표시와 반사율이 높은 무채색의 백색표시의 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다.
다음에, 액정의 트위스트각ΩLC을 변화시켰을 때의 특성을 조사했던 바, 본 발명의 제2실시형태에서는, 트위스트각이 0°∼90°의 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 그리고, 트위스트각ΩLC을 30°∼60°로 하고, ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼0.45㎛으로 했을 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다.
그리고, RFilm이 0.25㎛∼0.45㎛을 충족시키고 있을 때, 특히 온 전압인가시의 흑색 반사율을 낮게 할 수 있다는 것이 확인되었다.
여기서 특히, ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.350㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=155.0°, øP=76.5°로 했을 때의 광학특성을 측정한 결과를 나타내기로 한다. 이 때, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC= -0.050㎛, øF-øLC= 87.5°, øP-øF= -78.5°로서 상기에서 확인한 조건을 충족시키고 있다.
이 때, 정면특성에 있어서 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율은 16.5％, 콘트라스트는 15.2였다. 또, 흑색에서 백색까지 무채색으로 변화하므로, 64계조 풀컬러의 표시가 가능하다는 것도 확인되었다.
또, 이상의 구성에서 컬러필터층(14)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제조했던 바, 정면특성으로서 콘트라스트 15.0, 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율 32.7％를 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 고분자필름으로서 폴리카보네이트를 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 아니며, 예를들면 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있음을 확인했다.
또, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로 함유한 금속반사전극을 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 것은 아니며, 예를들면 은을 구성요소로 함유한 금속반사전극 등을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제3실시형태)
제3실시형태의 반사형 액정표시소자는 제조 및 구조는 기본적으로 제1실시형태와 공통하고, 도 1에 도시한 반사형 액정표시소자의 단면 및 도 2와 같은 반사형 액정표시소자의 광학구성을 갖는다.
øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=157.5°, øP=112.5°로 하고, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC를 -0.10㎛을 충족시키도록 하면서, ΔnLC·dLC를 변화시켜서 반사모드에서 광학특성을 측정하면, ΔnLC·dLC이 0.35㎛∼0.50㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색의 흑색과 반사율이 높고 무채색의 백색을 얻을 수 있는 노멀리 블랙 모드의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다. 이것은 백색과 흑색이 충분해질 만큼의 액정의 복굴절차가 있으며, 또 액정의 복굴절에 의한 착색을 보상할 수 있는 범위이기 때문이다.
또, ΔR이 -0.20㎛∼0.00㎛을 충족시키고 있으면 흑색표시에서 백색표시로 전압을 인가해 나갔을 때, 표시 색이 실용상 무채색의 범위내에서 변화되는 것이 확인되었다. 이것은 ΔR을 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, øF-øLC를 90°±20°의 범위내로 함으로써, 백색에서 흑색으로 변화하는 동안, 특히 온 전압인가시 흑색표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 해소할 수 있기 때문이다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑색표시와 반사율이 높은 무채색의 백색표시의 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다.
다음에, 액정의 트위스트각ΩLC을 변화시켰을 때의 특성을 조사했던 바, 본 발명의 제3실시형태에서는, 트위스트각을 0°∼90°의 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 그리고, 트위스트각ΩLC을 30°∼60°로 하고, ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼0.45㎛으로 했을 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있었다.
그리고, RFilm이 0.20㎛∼0.40㎛을 충족시키고 있을 때, 특히 오프 전압인가시의 흑색 반사율을 낮게 할 수 있다는 것이 확인되었다.
여기서 특히, ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.350㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=145.5°, øP=102.0°로 했을 때의 광학특성을 측정한 결과를 나타내기로 한다. 이 때, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC= -0.120㎛, øF-øLC= 78.0°, øP-øF=-43.5°로서 상기에서 확인한 조건을 충족시키고 있다.
도 5는 제3실시형태의 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압의 관계를 도시한 특성도이다. 정면특성에 있어서 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율은 17.2％, 콘트라스트는 15.1이었다. 또, 흑색에서 백색까지 무채색으로 변화하므로, 64계조 풀컬러의 표시가 가능하다는 것도 확인되었다.
또, 이상의 구성으로 컬러필터층(44)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제조했던 바, 정면특성으로서 콘트라스트 15.0, 백색의 Y으로 환산했을 때의 반사율 3.4％를 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 고분자필름으로서 폴리카보네이트를 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 아니며, 예를들면 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
또, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로 함유한 금속반사전극을 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 것은 아니며, 예를들면 은을 구성요소로 함유한 금속반사전극 등을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제4실시형태)
제4실시형태의 반사형 액정표시소자는, 제조 및 구조는 기본적으로 제2실시형태와 공통하고, 도 4에 도시한 반사형 액정표시소자의 단면 및 도 2와 같은 반사형 액정표시소자의 광학구성을 갖는다.
øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=157.5°, øP=112.5°로 하고, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC를 -0.10㎛을 충족시키도록 하면서, ΔnLC·dLC를 변화시켜서 반사모드에서 광학특성을 측정하면, 0.35㎛∼0.50㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색의 흑색과 반사율이 높고 무채색의 백색을 얻을 수 있는 노멀리 블랙 모드의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다. 이것은 백색과 흑색이 충분해질 만큼의 액정의 복굴절차가 있으며, 또 액정의 복굴절에 의한 착색을 보상할 수 있는 범위이기 때문이다.
또, ΔR이 -0.20㎛∼0.00㎛을 충족시키면 백색표시에서 흑색표시로 전압을 인가해 나갔을 때, 표시 색이 실용상 무채색의 범위내에서 변화되는 것을 확인할 수 있다. 이것은 ΔR을 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, øF-øLC를 90°±20°의 범위내로 함으로써, 백색에서 흑색으로 변화하는 동안, 특히 온 전압인가시의 흑색표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 해소할 수 있기 때문이다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑색표시와 반사율이 높은 무채색의 백색표시의 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다.
다음에, 액정의 트위스트각ΩLC을 변화시켰을 때의 특성을 조사했던 바, 본 발명의 제1실시형태에서는, 트위스트각을 0°∼90°의 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 그리고, 트위스트각ΩLC을 30°∼60°로 하고, ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼0.45㎛으로 했을 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다.
그리고, RFilm이 0.20㎛∼0.40㎛을 충족시키고 있을 때, 특히 온 전압인가시의 흑색 반사율을 낮게 할 수 있다는 것이 확인되었다.
여기서 특히, ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.280㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=145.5°, øP=102.0°로 했을 때의 광학특성을 측정한 결과를 나타내기로 한다. 이 때, ΔR=RFilm-ΔnLC·dLC= -0.120㎛, øF-øLC= 78.0°, øP-øF=-43.5°로서 상기에서 확인한 조건을 충족시키고 있다.
이 때 정면특성에 있어서 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율은 16.1％, 콘트라스트는 14.9였다. 또, 흑색에서 백색까지 무채색으로 변화하므로, 64계조 풀컬러의 표시가 가능하다는 것도 확인할 수 있다.
또, 이상의 구성으로 컬러필터층(44)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제조했던 바, 정면특성으로서 콘트라스트 14.7, 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율 32.1％를 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 고분자필름으로서 폴리카보네이트를 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 아니며, 예를들면 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
또, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로 함유한 금속반사전극을 사용했으나, 발명의 효과는 그것에 한정되는 것은 아니며, 예를들면 은을 구성요소로 함유한 금속반사전극 등을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제5실시형태)
제5실시형태의 반사형 액정표시소자는, 제조 및 구조는 기본적으로 제1실시형태와 공통하고, 도 1에 도시한 반사형 액정표시소자의 단면 및 도 2와 같은 반사형 액정표시소자의 광학구성을 갖는다.
도 6은 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 전방산란필름 1매를 그 단면방향에서 보았을 때의 산란범위를 나타내는 개념도이다. 도 7은 산란범위(62)를 나타내기 위한 전방산란필름(61)의 사시도이다. 여기서 상술한 바와 같이, 이 필름의 산란범위를 2등분하는 방향(67)을 필름면상에 사영한 방향을 이 필름의 산란방향(68)으로 정한다.
이 필름은 산란범위(62)내에서는 높은 산란특성을 가지며, 산란범위(62)외에서는 낮은 산란특성을 가지는 것이며, 구체적으로는 헤이즈율이 산란범위(62)내에서는 60％ 이상, 또 80％ 이상인 것이 바람직하고, 또 산란범위(62)밖에서는 20％ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 필름은 외관상 산란범위(62)내에서 보면 흐려지고, 산란범위(62)밖에서 보면 투명하게 보인다. 또, 헤이즈율은 (산란광투과율)/(전광선 투과율)×100[％]으로 표시된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 산란범위(62)는 필름법선(63)을 포함한 일정한 평면(64)상에 대한 입사광방향(65)의 투영성분(66)이 필름법선과 이루는 각도θ(-90°≤θ≤90°)에 의해 규정된다.
본 실시형태에서는 제1실시형태의 구성중에서 ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.340㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45°, øF=155°, øP=76.5°로 했다.
제1실시형태에서는 산란필름층(12)으로 사용한 스미토모가가쿠고교사 제품 전방산란필름(상품명 루미스티;산란범위 0°≤θ≤50°)은 도 9(a)에 도시한 바와 같이 필름의 산란방위(68)가 기준선(20)과 직교하도록 점착했다.
이 구성에서도 집광효율도 상당히 높고 시각의존성도 적은 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있었으나, 본 실시형태에서는 산란필름층(12)으로서 스미토모가가쿠고교사 제품 전방산란필름(상품명 루미스티)을 다수매 사용한 구성의 특성을 검토했다.
먼저, 2매 사용하는 구성으로는, 도 9(b)에 도시한 바와 같이, 산란범위가 5°≤θ≤55°인 필름 1매를 산란방위가 69a가 되도록, 산란범위가 10°≤θ≤60°인 필름 2매를 산란방위가 69a와 직교하는 69b가 되도록 점착했다.
먼저, 3매 사용하는 구성으로는 도 9(c)에 도시한 바와 같이, 산란범위가 5°≤θ≤55°인 필름 1매를 산란방위가 70a가 되도록 산란범위가 10°≤θ≤60°인 필름 1매를 산란방위가 70a와 직교하는 2방향 70b, 70c가 되도록 점착했다.
본 실시형태와 같이, 산란필름을 다수매 사용하는 구성은 집광효율이 높아지고, 특성의 시각 변화도 자연스럽고 시각의존성이 적어지게 되어 특성이 양호해졌다.
또, 여기서는 전방산란필름을 2매 또는 3매 사용했으나, 4매 이상의 매수의 구성에서도 산란방향이 모두 다른 방향이 되도록 적층하는 것이 바람직하며, 특히 2매∼4매 사용하는 경우에는, 상술한 바와 같이, 산란방향이 서로 직교 혹은 배반하도록 구성하면 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
(제6실시형태)
제6실시형태의 반사형 액정표시소자는 제조 및 구조는 기본적으로 제1실시형태와 공통하므로, 도 1에 도시한 반사형 액정표시소자의 단면 및 도 2와 같은 반사형 액정표시소자의 광학구성을 갖는다.
도 10a는 우측방향의 시각 변화에 대한 온 전압인가시의 흑색 반사율 변화를 도시한 특성도이다. 또, 도 10b는 상측방향의 시각 변화에 대한 온 전압인가시의 흑색의 반사율 변화를 도시한 특성도이다. 또, 여기서 극각(極角)이란 광의 입사방위가 패널법선방향과 이루는 각도를 말한다.
본 실시형태에서는 ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.340㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45°, øF=155.0°, øP=76.5°로 하고, 고분자필름(11)의 Z계수QZ를 각각 0.0에서 1.5까지 변화시키며 시각특성변화를 조사했다.
도 10a와 도 10b를 보면, 고분자필름(11)이 시각특성변화에 영향을 미치고 있으며, Qz가 적을 때 시각의존성이 작은 양호한 흑색 반사율 특성이 얻어짐을 알 수 있다. 즉, QZ가 0.0∼1.0을 충족시키고 있음으로써, 시각의존성이 작은 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 그리고, 특히 Qz가 0.2∼0.6을 충족하고 있는 편이 보다 바람직한 시각특성을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
(제7실시형태)
도 11은 제7실시형태의 반사형 액정표시소자의 단면도이다. 80은 편광필름, 81은 고분자필름, 83은 상측투명기판, 84는 컬러필터층, 85a, 85b는 배향층, 86은 투명전극, 87은 액정층, 88은 투명전극, 89는 하측투명기판, 82는 확산반사판을 나타낸다.
반사형 액정표시소자의 광학구성은 도 2와 같다.
상측투명기판(83) 및 하측투명기판(89)으로서 무알카리 유리기판(예를들면 1737:코닝사 제품)을 사용하고, 컬러필터층(84)으로는 안료분산타입인 적, 녹, 청의 스트라이프 배열을 포토리소그래피로 상측투명기판(83)상에 형성했다.
컬러필터층(84) 및 하측투명기판(89)상에 투명전극(86, 88)으로서 인듐·주석·옥사이드(ITO)로 화소전극을 형성했다. 투명전극(86, 88)상에는 폴리이미드의 γ-부틸로락톤의 5중량％ 용액을 인쇄하고, 200℃에서 경화한 뒤, 소정의 트위스트각을 실현하도록 레이온천을 사용한 회전러빙법에 의한 배향처리를 함으로써 배향층(85a, 85b)을 형성했다.
상측투명기판(83)상의 주변부에는 소정 직경의 유리파이버를 1.0중량％ 혼입한 열경화성 시일수지(예를들면 스트랙트본드:미츠이도아츠가가쿠사 제품)를 인쇄하고, 하측기판(89)상에는 소정 직경의 수지 비스를 100∼200개/㎟의 비율로 산포하고, 상측투명기판(83)과 하측기판(89)을 서로 점착하고, 150℃에서 시일수지를 경화한 후, 복굴절율 ΔnLC=0.09의 불소에스테르계 네마틱액정에 소정량의 키랄액정을 섞은 액정을 진공주입하고, 자외선 경화성 수지로 봉입한 후, 자외선광으로 경화했다.
이렇게 해서 형성된 액정셀의 상측투명기판(83)상에 고분자필름(81)으로서 폴리카보네이트를 지상축이 소정 각도가 되도록 점착하고, 또 편광필름(80)으로서 뉴트럴 그레이의 편광필름(스미토모가가쿠고교사 제품 SQ-1852AP)에 앤티 리플렉션(AR) 처리를 가한 것을 흡수축 또는 투과축의 방향이 소정 각도가 되도록 점착했다.
하측투명기판(89) 밑에는 확산반사판(82)으로서의 은의 확산반사판을 설치했다.
본 실시형태에서는 ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.340㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45°, øF=155°, øP=76.5°로 했다.
이와 같이 상하기판을 투명기판·투명전극으로 하고, 하측에 확산반사판을 사용했을 때 시차의 영향으로 인한 화상흐림이 다소 나타났으나, 시각특성변화의 자연스런 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있음이 확인되었다.
정면특성을 측정하면 백색 Y치환산의 반사율 15.3％, 콘트라스트 13.9를 얻을 수 있다.
또, 이상의 구성에서 컬러필터층(84)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제조했던 바, 정면특성으로서 백색 Y값으로 환산했을 때의 반사율 30.3％, 콘트라스트 13.7를 얻을 수 있다.
또, 확산반사판(82)을 하측투명기판(89)하에 설치할 때 완전히 점착제로 접착하지 않고, 그 사이에 공기층을 넣음으로써, 수지의 굴절율의 약 1.6과 공기 굴절율 1.0의 차이에 의해 일어나는 확산효과의 확대에 따라, 보다 자연스런 시각특성을 얻을 수 있음이 확인되었다.
또, 본 실시형태에서는 확산반사판으로서 은을 사용했으나, 알루미늄의 확산반사판으로도 같은 발명효과를 얻을 수 있음이 확인되었다.
(제8실시형태)
도 12는 제8실시형태의 반사형 액정표시소자의 단면도이다. 90은 편광필름, 91은 고분자필름, 92는 산란필름층, 93은 상측투명기판, 94는 컬러필터층, 95a, 95b는 배향층, 96은 투명전극, 97은 액정층, 98은 금속반사전극, 99는 하측기판, 100은 게이트전극, 101은 소스선, 102는 박막트랜지스터소자(TFT), 103은 드레인전극, 104는 평탄화막을 나타낸다. 105는 콘택트 홀이다. 제1실시형태 또는 제3실시형태와 다른 점은 금속반사전극기판이 콘택트홀을 통해 평탄화막 아래의 비선형 스위칭소자(TFT)와 도통하여 액티브구동할 수 있도록 한 점이다.
본 실시형태의 반사형 액정표시소자의 광학구성은 도 2와 같다.
상측투명기판(93) 및 하측투명기판(99)으로서 무알카리 유리기판(예를들면 1737:코닝사 제품)을 사용하고, 컬러필터층(94)으로는 안료분산타입인 적, 녹, 청의 스트라이프 배열을 포토리소그래피로 상측투명기판(93)상에 형성하고, 그 위에 투명전극(96)으로서 인듐·주석·옥사이드로 화소전극을 형성했다.
또, 하측기판(99)상에는 소정의 방법에 의해 알루미늄과 탄탈로 이루어진 게이트전극(100), 티탄과 알루미늄으로 이루어진 소스전극(101) 및 드레인전극(103)을 매트릭스형상으로 배치하고, 게이트전극(100)과 소스전극(101)의 각 교차부에 비정형 실리콘으로 이루어진 TFT소자(102)를 형성했다.
이와 같이 비선형소자를 형성한 하측기판(99)상의 전면에 포지형 감광성 아크릴수지(예를들면, FVR:후지야쿠힌고교사 제품)를 도포하여 평탄화막(104)을 형성한 후, 소정의 포토마스크를 사용해서 자외선 조사하고, 드레인전극(103)상에 콘택트 홀(105)을 형성했다. 그리고, 그 위에 티탄을 300nm 증착한 후에 알루미늄을 200nm 증착한 것을 형성함으로써 경면반사타입의 금속반사전극(98)을 형성했다.
투명전극(96) 및 금속반사전극(98)상에는 폴리이미드의 γ-부틸로락톤의 5중량％ 혼입한 용액을 인쇄하고, 200℃에서 경화시킨 뒤, 소정의 트위스트각을 실현하도록 레이온천을 사용한 회전러빙법에 의한 배향처리를 함으로써 배향층(95a, 95b)을 형성했다.
상측투명기판(93)상의 주변부에는 소정 직경의 유리파이버를 1.0중량％ 혼입한 열경화성 시일수지(예를들면 스트랙트본드:미츠이도아츠가가쿠사 제품)를 인쇄하고, 하측기판(99)상에는 소정 직경의 수지 비스를 100∼200개/mm의 비율로 산포하고, 상측투명기판(93)과 하측기판(99)을 서로 점착하고, 150℃에서 시일수지를 경화시킨 후, ΔnLC=0.09의 불소에스테르계 네마틱액정에 소정량의 키랄액정을 섞은 액정을 진공주입하고, 자외선 경화성 수지로 봉입한 후, 자외선광으로 경화했다.
이렇게 해서 형성된 액정셀의 상측투명기판(93)상에 산란필름층(92)으로서 스미토모가가쿠고교사 제품의 전방산란필름(상품명 루미스티)으로 산란범위가 0°≤θ≤50°인 것을 그 산란방향과 기준선(20)이 직교하도록 점착했다. 그 위에 고분자필름(91)으로서 폴리카보네이트를 지상축이 소정 각도가 되도록 점착하고, 또 편광필름(90)으로서 뉴트럴 그레이의 편광필름(스미토모가가쿠고교사 제품 SQ-1852AP)에 앤티 리플렉션(AR) 처리를 가한 것을 흡수축 또는 투과축의 방향이 소정 각도가 되도록 점착했다.
본 실시예에서는 ΔnLC·dLC=0.400㎛, RFilm=0.350㎛, øLCO=-67.5°, øLC=67.5°, ΩLC=45.0°, øF=155°, øP=76.5°로 했다.
광학특성으로는, 제1실시예의 구성에서 액티브구동하여 64계조의 풀컬러 표시를 얻을 수 있었다. 평탄화막위에 금속반사전극을 형성함으로써 개구율은 97％를 얻을 수 있었기 때문에, 정면특성에 있어서 백색의 Y값으로 환산했을 때의 반사율은 17.7％, 콘트라스트는 15.6이었다.
또, 본 실시형태에 한하지 않고 지금까지 설명한 모든 실시형태에 있어서, 하측기판상에 TFT 등의 비선형소자를 형성함으로써, 액티브구동의 반사형 액정표시소자를 본 실시형태에서 설명한 방법에 준하여 얻을 수 있다. 또, 비선형소자로는 비정형 실리콘의 TFT에 그치지 않고, 2단자소자(MIM 및 박막다이오드 등)나 폴리실리콘TFT 등을 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 한쌍의 기판 사이에 네마틱액정을 봉입한 액정셀과, 이 액정셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광필름과, 이 편광필름과 액정셀 사이에 배치된 고분자필름과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사수단을 포함하며, 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°∼90°로 하고, 이 네마틱액정의 복굴절율ΔnLC과 액정층두께(dLC)의 적ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼O.50㎛으로 하고, 이 적ΔnLC·dLC과 상기 고분자필름의 지체량RFilm에 의해 RFilm-ΔnLC·dLC로 정의되는 복굴절차ΔR를 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, 상기 한쪽의 기판측에서 보았을 때 상기 네마틱액정이 상기 한쪽의 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기판면내방향에 정해진 기준선과, 상기 한쪽의 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 øLC, 상기 기준선과 고분자필름의 지상축 방향이 이루는 각도를 øF, 상기 기준선과 상기 편광필름의 흡수측 방향이 이루는 각도를 øP라고 했을 때, øF-øLC를 70°∼110°의 범위로 하고, øP-øF를 -90°∼-60°의 범위로 하는 반사형 액정표시소자로 함으로써, 밝고 무책색의 흑백변화가 가능한 노멀리 화이트형의 반사형 액정표시소자로 할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 한쌍의 기판 사이에 네마틱액정을 봉입한 액정셀과, 이 액정셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광필름과, 이 편광필름과 액정셀 사이에 배치된 고분자필름과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사수단을 포함하고, 상기 기판 사이에 있어서의 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°∼90°로 하고, 이 네마틱액정의 복굴절율ΔnLC과 액정층두께(dLC)의 적ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼O.50㎛으로 하고, 이 적ΔnLC·dLC과 상기 고분자필름의 지체량RFilm에 의해 RFilm-ΔnLC·dLC로 정의되는 복굴절차ΔR를 -0.20㎛∼0.00㎛으로 하고, 상기 한쪽의 기판측에서 보았을 때 상기 네마틱액정이 상기 한쪽의 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기판면내방향에 정해진 기준선과, 상기 한쪽의 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 øLC, 상기 기준선과 고분자필름의 지상축 방향이 이루는 각도를 øF, 상기 기준선과 상기 편광필름의 흡수측 방향이 이루는 각도를 øP라고 했을 때, øF-øLC를 70°∼110°의 범위로 하고, øP-øF를 -55°∼-25°의 범위로 하는 반사형 액정표시소자로 함으로써, 밝고 무채색의 흑백변화가 가능한 노멀리 블랙형의 반사형 액정표시소자로 할 수 있다.

Claims (39)

  1. 한쌍의 기판 사이에 네마틱액정을 봉입한 액정셀과, 이 액정셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광필름과, 이 편광필름과 액정셀 사이에 배치된 고분자필름과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사수단을 포함하고, 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°~90°로 하고, 이 네마틱액정의 복굴절 ΔnLC과 액정층두께dLC의 적ΔnLC·dLC을 0.35㎛~0.50㎛으로 하고, 이 적ΔnLC·dLC과 상기 고분자필름의 지체량RFilm에 의해 RFilm-ΔnLC·dLC로 정의되는 복굴절차 ΔR를 -0.20㎛-0.00㎛으로 하고, 상기 한쪽의 기판측에서 보았을 때 상기 네마틱액정이 상기 한쪽 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기판면 내방향에 정해진 기준선과, 상기 한쪽 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 φLC, 상기 기준선과 고분자필름의 지상축 방향이 이루는 각도를 φF, 상기 기준선과 상기 편광필름의 흡수축 방향이 이루는 각도를 φP라고 했을 때, φF-φLC를 70°~110°의 범위로 하고, φP-φF를 -90°~-60°의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 네마틱액정의 상기 트위스트 각도를 30°~60°로 하고, 상기 ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼0.45㎛으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 RFilm을 0.25㎛∼0.45㎛으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고분자 필름이 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 및 폴리술폰중에서 선택되는 것중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고분자필름의 Z계수QZ를 0.0~1.0으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
    단, 상기 QZ는 필름면의 법선방향을 z축으로 정한 공간좌표계(x, y, z)에 있어서 각 축방향의 굴절율nx, ny및 nz(nx는 지상축방향의 굴절율, nx는 진상축 방향의 굴절율)를 이용하여 Qz=(nx-nz)/(nx-ny)로 표시되는 계수이다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 Qz를 0.2~0.6으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 한쪽 기판측에 산란필름을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 산란필름이 전방산란필름인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전방산란필름이 필름법선을 포함하는 소정의 평면상에 대한 입사광의 사영성분이 상기 필름법선과 이루는 각도θ(-90°≤θ≤90°)에 의해 규정되는 산란범위를 가지며, 이 산란범위가 상기 필름법선에 대해 비대칭인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 산란범위가 상기 각도θ로 표시하여 0°≤θ≤90°의 범위에 있는 전방산란필름을 상기 산란범위를 2등분하는 방향의 필름면상에 대한 사영성분에 의해 정해지는 방향이 동일해지지 않도록 2매 이상을 적층하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광반사수단이 알루미늄 및 은중에서 선택되는 것중 적어도 하나의 금속을 구성요소로 포함하는 금속전극인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 금속전극의 표면이 경면형상인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  13. 제11항에 있어서, 상기 금속전극위에 산란막을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  14. 제11항에 있어서, 상기 금속전극의 표면이 평균경사각 3°~12°의 요철를 가지며, 입사광을 확산반사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 다른쪽 기판이 투명기판이고, 이 투명기판의 외측에 광반사수단을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 투명기판과 상기 광반사수단 사이에 공기층을 끼운 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 한쪽 기판측에 컬러필터를 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  18. 제1항에 있어서, 상기 다른쪽 기판측에 비선형소자를 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기 비선형소자위에 절연성 평탄화막을 형성하고, 이 평탄화막에 형성된 콘택트홀을 통해 상기 비선형소자와 상기 다른쪽 기판측의 전극이 도통하고 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  20. 한쌍의 기판 사이에 네마틱액정을 봉입한 액정셀과, 이 액정셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광필름과, 이 편광필름과 액정셀 사이에 배치된 고분자필름과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사수단을 포함하고, 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 네마틱액정의 트위스트 각도를 0°~90°로 하고, 이 네마틱액정의 복굴절 ΔnLC과 액정층두께dLC의 적ΔnLC·dLC을 0.35㎛~0.50㎛으로 하고, 이 적ΔnLC·dLC과 상기 고분자필름의 지체량RFilm에 의해 RFilm-ΔnLC·dLC로 정의되는 복굴절차 ΔR를 -0.20㎛~0.00㎛으로 하고, 상기 한쪽의 기판측에서 보았을 때 상기 네마틱액정이 상기 한쪽 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐서 트위스트되어 나가는 방향을 플러스로 하고, 기판면 내방향에 정해진 기준선과, 상기 한쪽 기판에 최근접하고 있는 액정분자의 장축방향이 이루는 각도를 φLC, 상기 기준선과 고분자필름의 지상축 방향이 이루는 각도를 φF, 상기 기준선과 상기 편광필름의 흡수축 방향이 이루는 각도를 φP라고 했을때, φF-φLC를 70°~110°의 범위로 하고, φP-φF를 -55°~-25°의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  21. 제20항에 있어서, 네마틱액정의 상기 트위스트 각도를 30°~60°로 하고, 상기 ΔnLC·dLC를 0.35㎛∼0.45㎛으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  22. 제20항에 있어서, 상기 RFilm을 0.20㎛∼0.40㎛으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  23. 제20항에 있어서, 상기 RFilm을 0.25㎛-0.45㎛으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  24. 제20항에 있어서, 상기 고분자 필름이 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 및 폴리술폰중에서 선택되는 것중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  25. 제20항에 있어서, 상기 고분자필름의 Z계수Qz를 0.0~1.0으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
    단, 상기 Qz는 필름면의 법선방향을 z축으로 정한 공간좌표계(x, y, z)에 있어서 각 축방향의 굴절율nx, ny및 nz(nx는 지상축방향의 굴절율, ny는 진상축 방향의 굴절율)를 이용하여 Qz=(nx-nz)/(nx-ny)로 표시되는 계수이다.
  26. 제25항에 있어서, 상기 Qz를 0.2~0.6으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  27. 제20항에 있어서, 상기 한쪽 기판측에 산란필름을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  28. 제27항에 있어서, 상기 산란필름이 전방산란필름인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  29. 제28항에 있어서, 상기 전방산란필름이 필름법선을 포함하는 소정의 평면상에 대한 입사광의 사영성분이 상기 필름법선과 이루는 각도θ(-90°≤θ≤90°)에 의해 규정되는 산란범위를 가지며, 이 산란범위가 상기 필름법선에 대해 비대칭인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  30. 제29항에 있어서, 상기 산란범위가 상기 각도θ로 표시하여 0°≤θ≤90°의 범위에 있는 전방산란필름을 상기 산란범위를 2등분하는 방향의 필름면상에 대한 사영성분에 의해 정해지는 방향이 동일해지지 않도록 2매 이상 적층하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  31. 제20항에 있어서, 상기 광반사수단이 알루미늄 및 은중에서 선택되는 것중 적어도 하나의 금속을 구성요소로 포함하는 금속전극인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  32. 제31항에 있어서, 상기 금속전극의 표면이 경면형상인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  33. 제31항에 있어서, 상기 금속전극위에 산란막을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  34. 제31항에 있어서, 상기 금속전극의 표면이 평균경사각 3°~12°의 요철를 가지며, 입사광을 확산반사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  35. 제20항에 있어서, 상기 다른쪽 기판이 투명기판이고, 이 투명기판의 외측에 광반사수단을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  36. 제35항에 있어서, 상기 투명기판과 상기 광반사수단 사이에 공기층을 끼운 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  37. 제20항에 있어서, 상기 한쪽 기판측에 컬러필터를 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  38. 제20항에 있어서, 상기 다른쪽 기판측에 비선형소자를 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  39. 제38항에 있어서, 상기 비선형소자위에 절연성 평탄화막을 형성하고, 이 평탄화막에 형성된 콘택트홀을 통해 상기 비선형소자와 상기 다른쪽 기판측의 전극이 도통하고 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
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