KR100374446B1 - 반사형 액정 표시 장치 및 그것으로 구성되는 터치패널 일체형 반사형 액정 표시 장치 - Google Patents

반사형 액정 표시 장치 및 그것으로 구성되는 터치패널 일체형 반사형 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 콘트라스트비가 높고 보기 쉬운 다색표시가 가능한 반사형 칼라 액정 표시 장치, 및 압력 검출 입력장치를 설치하더라도 표시를 손상받지 않는 터치패널을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다. 광반사성 기판(5)과 기판(4); 기판(4) 및 기판(5) 사이에 정의 유전이방성을 갖는 네마틱액정이 삽입된 액정층(1); 제 1 광학 위상차 보상판(8); 제 2 광학 위상차 보상판(9); 및 편광판(10)으로 구성되는 반사형 액정 표시 장치에 있어서, ① 광학 위상차 보상판(8,9)의 기판법선방향의 리타데이션판(10)의 투과축 또는 흡수축과 광학 위상차 보상판(8,9)의 위상축 사이의 각도, ③ 액정층(1)의 트위스트각, ④ 액정층(1)의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱, 및 ⑤ 기판(4) 근방의 액정분자의 배향방향 및 편광판(10)의 투과축 또는 흡수축 사이의 각도를 최적화한다.

Description

반사형 액정 표시 장치 및 그것으로 구성되는 터치패널 일체형 반사형 액정 표시 장치{REFLECTION LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND REFLECTION LIQUID CRYSTAL DISPLAY PROVIDED WITH BUILT-IN TOUCH PANEL AND COMPRISING THE SAME}
현재, 칼라 디스플레이로는, 박형, 경량등의 특징을 갖는 액정 표시 장치가 실용적으로 사용되고 있다. 그리고, 칼라 액정 표시 장치 중에서도, 특히 널리 쓰이고 있는 것은, 배경에 조명용 광원이 제공되는 투과형 액정 표시 장치이고, 상기와 같은 특징에 의해 각종 분야에 용도가 확대되고 있다.
한편, 이 투과형 액정 표시 장치와 비교하면, 반사형 액정 표시 장치는, 그 표시에 있어서 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에, 광원의 전력이 감소됨과 동시에, 백라이트의 스페이스나 중량을 절약할 수 있는 등의 특징을 갖고 있다.
즉, 반사형 액정 표시 장치는, 종래의 투과형에 비해, 소비전력의 절감이 실현되어, 경량박형화를 목적으로 하는 기기에 적합하다. 그 일예로서, 반사형 액정표시 장치를 갖는 기기의 동작시간을 종래와 동일하게 되도록 제조하면, 백라이트의 스페이스와 중량이 절약될 수 있고, 전력소비량이 작기 때문에, 소형의 밧데리를 이용할 수 있게 되어, 한층 더 소형 경량화가 가능해진다. 또는, 반사형 액정 표시 장치를 갖는 기기의 크기 또는 중량을 종래와 동일하게 되도록 제조하면, 대형의 밧데리를 이용함으로써 동작시간의 비약적인 확대를 기대할 수 있다.
또한, 표시의 콘트라스트 특성의 면에서, 발광형 표시장치인 CRT 등에서는 하루중 옥외에서 사용될 때 대폭적인 콘트라스트비의 저하가 나타나거나, 저반사처리가 실시된 투과형 액정 표시 장치라도 표시광에 비해 대단히 강한 직사 일광 등의 주위광에서 사용되는 경우에 마찬가지로 대폭적인 콘트라스트비의 저하를 피할 수 없다.
이에 대하여, 반사형 액정 표시 장치는, 주위광량에 비례하여 표시광이 얻어지고, 휴대용 디지털 기기나 디지털 스틸 카메라, 휴대용 비디오 카메라등 옥외에서 사용되는 기기에, 특히 적합하다.
이와 같이 대단히 잠재적인 응용분야를 고려할때, 반사형 칼라 액정 표시 장치는 매우 유망하지만, 비교적 낮은 콘트라스트비 및 반사율, 및 다색칼라화, 고정밀표시나 동화상 표시의 성능이 불충분하기 때문에, 현재까지 충분한 실용성을 갖는 반사형 칼라 액정 표시 장치는 얻어지지 있고 않다.
이하, 반사형 액정 표시 장치에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 종래의 트위스트 네마틱(TN)형 액정소자는 직선편광판(이하, 간단하게 편광판이라 함)을 2장 이용하는 구성에 의해, 콘트라스트비 및 그의 시각의존성의 특성이 우수하지만, 필연적으로 반사율이 낮다. 또한, 액정변조층과 광반사층의 거리가 기판등의 두께만큼 떨어져 있기 때문에, 조명광의 입사시와 반사시의 광로의 차이에 따르는 시차(parallax)가 생긴다. 이것 때문에, 특히 1층의 액정변조층에 칼라 요소마다 다른 화소를 부여하는 칼라 필터를 조합하는 통상의 투과형 액정 디스플레이 장치에 이용되는 구성에서는, 광의 진행방향이 기판법선방향에 대해 평행하지 않은 경우에, 주위광이 입사하여 반사후에 다른 칼라 서브화소를 통해 출사하게 된다. 이러한 경우, 모아레(moire)등의 불량이 발생되어, 이러한 투과형 액정 표시 장치는 고해상도, 고정밀 칼라 표시용으로 바람직하지 않다.
이들 이유에 의해, 상기 표시모드를 이용하는 반사형의 칼라표시는 실용화되고 있지 않다.
이에 대하여, 편광판을 쓰지 않거나, 또는 1장만 이용하고, 염료를 액정 재료에 첨가한 게스트 호스트형 액정소자(이하, GH라 함)가 개발되어 있지만, 염료를 첨가하고 있기 때문에 신뢰성이 없고, 또한 염료의 2색성비가 낮아서 높은 콘트라스트비가 얻어질 수 없는 문제가 있다.
이 중에서도, 특히 콘트라스트의 부족은, 칼라필터를 이용하는 칼라표시 장치에 있어서는, 색순도를 크게 저하시키기 때문에, 색순도가 높은 칼라필터와 조합할 필요가 있다. 이 때문에, 색순도가 높은 칼라필터로 인해 휘도가 저하하여, 편광판을 이용하지 않는 본 방식에서 얻어지는 고휘도라는 장점이 손실되는 문제가 있다.
이러한 배경에, 고해상도 및 고콘트라스트 표시를 실현할 수 있는 1장의 편광판을 이용하는 방식(이하, 1장의 편광판 방식이라 함)의 액정표시소자가 개발되어 있다.
그 일예로서는, 편광판 1장과 1/4 파장판을 이용한 반사형 TN(45° 트위스트형)방식의 액정 표시 장치가, 일본 공개 특허 공보 80-48733호에 개시되어 있다.
이 액정 표시 장치에서는, 45°트위스트된 액정층을 이용하여, 인가되는 전계를 제어함으로써, 입사 직선편광의 편광 평면을 1/4 파장판의 광축에 평행한 상태와 45°다른 상태의 2가지 상태를 실현하여 흑백표시를 행하고 있다. 이 액정셀의 구성은, 광입사측에서 관찰할 때, 편광자, 45°트위스트 액정셀, 1/4 파장판, 및 반사판으로 구성되어 있다.
또한, 미국 특허 제 4,701,028(클러크 등)호에는, 편광판 1장과 1/4파장판 및 수직배향 액정셀을 조합한 반사형 수직 배향 방식의 액정 표시 장치가 개시되어 있다.
또한, 본원 발명자등은, 편광판 1장과 평행 배향 액정셀 및 광학 위상차 보상판을 조합한 반사형 평행 배향 방식에 관해서 출원하고 있다(일본국 공개 특허 공보 94-167708호 참조).
이 반사형 액정 표시 장치는, 호모지니어스(평행) 배열된 액정층으로 이루어지는 액정셀, 반사판(액정층 하부의 액정셀 내부에 배치), 편광판(액정셀의 상부에 배치), 및 1장의 광학 위상차 보상판(액정셀과 편광판 사이에 배치)으로 구성되어 있다. 또한, 이 표시 모드에서는, 광로가 입사광로와 출사광로가 합해진 광로의 전체 길이를 통해, 편광판을 2회, 액정셀의 유리기판(상부 기판)상에 불가피하게 흡수되는 투명전극을 2회만 통과한다. 따라서, 이 반사형 액정 표시 장치의 구성에서는, 높은 반사율을 얻을 수 있다.
또한, 트위스트 네마틱 액정층을 반사판(액정셀 내면에 배치)과 1장의 편광판 사이에 배치한 구성이, 일본국 공개 특허 공보 제 90-236523호에 개시되어 있다.
또한, 제 4 차 정보 디스플레이 아시아 심포지움(1997년 제 4 차 아시아 정보 디스플레이 심포지움 회의록, 24페이지, 정광 웨이 등, 이하 ASID 97이라 약칭함)에는, 90도 트위스트된 네마틱 액정을 반사판(셀내에 배치) 및 광대역 표시를 실현한 1/4 파장판과 편광판의 조합체 사이에 배치한 구성이 개시되어 있다.
또한, 일본국 공개 특허 공보 제92-116515호에는, 원편광을 입사하여, 표시에 이용하는 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 또한, 스펙트럼의 광대역에서 원편광을 얻는 방법으로서, 판카라트남(Pancharatnam)은, Proc. Ind. Acad. Sci. Vo1. XLI, No4. Sec A, page 130, 1955에 복수의 광학 위상차 보상판을 이용하는 방법을 개시하고 있다.
상기 일본국 공개 특허 공보 제94-167708호, 일본국 공개 특허 공보 제90-236523호, ASID97, 일본국 공개 특허 공보 제92-116515호에 사용된 1장의 편광판 방식의 표시원리에 대해서 설명한다.
입사측에 배치된 편광판은, 입사광과 출사광의 편광의 직선성분중 1방향의 것만을 통과시키고, 타방향의 것을 흡수하는 기능을 가진다. 그리고, 편광판을 통과한 입사광은, 1/4 파장판등의 광학 위상차 보상판에 의해 편광상태가변화하거나(일본국 공개 특허 공보 제94-167708호 및 ASID97의 경우), 또는 그대로(일본국 공개 특허 공보 제90-236523호의 경우) 액정층에 입사되어, 액정층을 통과하면 더욱 편광상태가 변화하여 반사판에 도달한다.
또한, 반사판에 도달한 광은, 입사때와 반대의 순서로 편광상태가 변화하여, 액정층, 1/4 파장판등을 통과함에 의해, 최종적인 편광판의 투과방위의 직선 편광성분의 비율이 액정층 전체의 반사율을 결정하게 된다. 요컨대, 출사시의 편광판 통과 직전의 편광상태가, 편광판의 투과방향의 직선편광인 경우에 액정 표시 소자가 가장 밝고, 편광판의 흡수방위의 직선편광이면 가장 어둡게 된다.
이들의 상태를, 액정 표시 장치에 수직하게 입사 및 출사되는 광에 대하여 실현하기 위한 필요 충분 조건은, 명상태에 대해서는 반사판상에서의 편광상태가 임의의 방위의 직선편광으로 되는 것, 또한 암상태에 대해서는 반사판상에서 우측 또는 좌측의 원편광으로 되는 것으로 알려져 있다.
한편, 휴대형 디지털 기기에 있어서는, 종래부터 사용되는 키보드에 추가하여, 터치패널이 유력한 입력수단이 된다. 특히, 키보드로부터의 입력을 변환할 필요가 있는 언어, 예컨대 일본어등의 입력에 있어서는, 정보처리능력의 고도화 및 소프트웨어의 발전에 따라 터치패널을, 단순한 포인팅 디바이스로서가 아니라, 손으로 쓰는 직접 입력 장치등의 입력장치로서 사용하는 것이 일반적으로 되었다.
이러한 특수 압력 방법을 실현하도록, 표시장치전면에 입력장치를 중복 배치하는 것이 행하여지고 있다. 그러나, 반사형 액정 표시 장치에서는 반사광을 표시에 이용하기 때문에, 터치패널에 제공된 저반사처리 수단은 하부에 설치되는 반사형 액정 표시 장치의 표시 이미지를 손상하는 것이어서는 안된다. 예컨대, 일본국 공개 특허 공보 제93-127822호는 터치패널에 1/4파장판과 편광판을 적층하여 저반사처리를 하는 것이 개시되어 있다.
그렇지만, 상기 종래 기술중 일본국 공개 특허 공보 제80-48733호에 개시된 액정 표시 장치에서는, 액정층과 반사판 사이에 1/4파장판을 설치할필요가 있지만, 원리상, 액정셀의 내측에 반사막을 형성하는 것이 어렵고, 고해상도, 고정밀 표시에 적합하지 않다.
또한, 상기 미국 특허 공보 4,701,028호에 개시된 수직배향 방식의 액정 표시 장치에서는 이하의 문제가 있다. 우선, 수직배향, 특히 경사 수직배향은 제어가 지극히 곤란하고, 이러한 제어를 실현하기 위해서는 구성이 복잡하게 되기 때문에 양산에 적합하지 않다. 또한, 수직배향은 응답속도가 느린 결점도 있다.
또한, 상기 반사형 평행 배향 방식에서는, 액정셀과 광학 위상차 보상판의 작은 단차에 의해 착색이 생겼다. 이와 같이 종래의 구성에서는, 암상태에서 착색이 생기기 쉽고, 흑백 표시가 실현되지 않는 문제점이 발생되었다.
또한, 상기 일본국 공개 특허 공보 제90-236523호 및 일본국 공개 특허 공보 제92-116515호의 구성에서는, 편광판을 2장 사용하는 구성에 비해 명상태의 반사율이 높게 되지만, 암상태의 투과율의 파장 의존성이 크고 양호한 흑표시가 실현되지 않는다.
또한, 상기 ASID 97에 개시된 표시모드에서는, 흑백표시는 가능하지만, 그 문헌에서는 스펙트럼의 광대역용으로 제조된 1/4파장판의 구성에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
또한, 판카라트남에 의한 보고에서는, 양호한 원편광을 얻기 위해서 광학 위상차 보상판을 3장 이용할 필요가 있고 따라서 실용적이지 않다. 또한, 이것을 액정 표시 장치와 조합하는 경우의 상세한 검토는 아직 이루어져 있지 않다.
한편, 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 반사형 액정 표시 장치로서 실제 사용가능한 성능이 실현된 경우라도, 터치패널을 배치하면 시인성을 극도로 악화시키는 문제가 있었다.
이는, 투과형 액정 표시 장치 및 그 밖의 발광형 표시장치에 있어서, 터치패널을 배치한 경우의 시인성의 저하는, 터치패널에서의 반사광을 발생시키는원인으로 되는 광원(예컨대, 천장등)에서의 광을 제거하는 것, 또는 그 광의 방향을 변경함에 의해 해결될 수 없음에 비하여, 반사형 표시 장치에서는, 단일의 광원이, 터치 패널에서의 반사를 발생시키면서 또한 표시장치의 표시광원으로 되어 있기 때문에, 상기와 같은 해결이 어렵게 되는 것이다. 상기 시인성 저하에 대한 해결이, 표시장치의 상업적 성공과 동시에 실용적인 저소비전력의 휴대용 디지털 기기의 실현의 열쇠를 쥐고 있다.
또한, 일본국 공개 특허 공보 제93-127822호에 개시된 터치패널의 구성은, 1/4파장판의 작용에 의해 반사를 방지하는 효과를 갖지만, 통상의 1/4파장판은 가시역의 특정파장에 대해서는 반사방지 기능이 뛰어 나지만, 그 파장의 전후의 파장에서는 반사방지 능력의 저하를 피할 수 없다. 또한, 하부에 설치한 표시장치를 통과하는 편광의 성분, 즉 상기 1/4파장판과 편광판의 조합으로 얻어지는 원편광자의투과 방향의 성분을 어느정도 포함하는 가에 의해 표시의 휘도가 결정된다.
더 구체적으로, 실질적으로 편광특성을 갖지 않은 하부의 표시장치(예컨대, 360도 트위스트 액정에 색소를 혼입한 화이트 테일러형 게스트 호스트 액정 표시 장치)를 사용하면, 반사효율은, 최대로, 터치 패널 전면에 배치된 편광판의 투과율에 의해, 터치 패널을 사용하지 않는 점을 제외하면 동일한 구성을 갖는 표시 장치의 1/2로 된다. 다른 예로서, 하부의 표시장치가 직선편광을 표시하도록 이용되는 경우(예컨대, 터치 패널과 액정셀의 간격에 편광판을 배치한 TN형 또는 STN형 액정 표시 장치)에도, 마찬가지로, 최대로, 터치패널을 사용하지 않는 점을 제외하면 동일한 구성을 갖는 표시 장치의 1/2의 효율이 된다. 또한, 상기 예에서는, 1/4파장판에 의한 위상차가 광의 파장에 의존하기 때문에, 상기 1/4 파장판이 편광판들 사이에 삽입되어, 색조가 변화된다. 어느 경우에도 휘도가 부족하여, 배경광등의 휘도 향상 수단이 없는 반사형 액정 표시 장치와 조합하기에는 부적당하다.
이상으로부터, 일본국 공개 특허 공보 제93-127822호에 개시된 터치패널은 반사방지기능의 향상이 필요하며, 또한 공보에는 그와 같은 터치패널로 입사되는 외광을 반사형 액정 표시 장치에 이용하기 위한 적절한 구성이 개시되어 있지 않다.
본 발명은 워드프로세서, 휴대용 퍼스널 컴퓨터 및 오피스 기기, 각종 영상기기 및 게임기기 등에 사용되어, 백라이트를 필요로 하지 않는 직시식(直視式) 반사형 액정 표시 장치 및 그것으로 구성되는 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 개략적 구조를 나타낸 주요부 단면도,
도 2는 일실시예의 편광판과 2장의 광학 위상차 보상판을 배치하는 설정방위를 나타낸 도면,
도 3은 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치에서의 반사율을 예측하기 위한 평가함수를 550nm의 단색광에 대해 계산하여 얻어진 수치를 플로팅하여 나타낸 그래프,
도 4는 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치에서의 반사율을 예측하기 위한 평가함수의 시감도(視感度)를 고려한 계산에 의해 얻어진 수치를 플로팅하여 나타낸 그래프,
도 5는 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치에서의 반사율을 예측하기 위한 평가함수의 계산에서 얻어진 수치 및 D65표준 광원 스펙트럼에 의해 계산된 CIE1931 표준 색도 시스템의 좌표 x의 수치를 플로팅하여 나타낸 그래프,
도 6은 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치에서의 반사율을 예측하기 위한 평가함수의 계산에서 얻어진 수치 및 D65표준 광원 스펙트럼에 의해 계산된 CIE1931표준 색도 시스템의 좌표 y의 수치를 플로팅하여 나타낸 그래프,
도 7은 도 4, 도 5, 및 도 6에 의해 양호한 화이트 발란스와 휘도가 함께 얻어지는 영역을 나타낸 도면,
도 8은 구체예 3의 반사형 액정 표시 장치의 편광판과 2장의 광학 위상차 보상판의 배치의 설정방위를 나타낸 도면,
도 9는 구체예 3의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 전압의존성의 측정치를 나타낸 도면,
도 10은 구체예 3의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 전압의존성을 측정한 측정광학계를 나타낸 배치 개념도,
도 11은 구체예 4의 반사형 액정 표시 장치의 편광판과 2장의 광학 위상차 보상판의 배치 설정 방위를 나타낸 도면,
도 12(a) 및 도 12(b)는 각각 구체예 5의 반사형 액정 표시 장치의 샘플(#5a,#5b)에 대해서, 편광판 배치방향, 2장의 광학 위상차 보상판의 배치방향 및 액정층의 액정배향의 설정방위를 나타낸 도면,
도 13은 구체예 5의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 전압의존성의 측정치를 나타낸 도면,
도 14는 구체예 7의 상부 기판 근방의 액정의 배향방향 및 관찰방위에 평행한 평면의 설정 방위를 나타낸 도면,
도 15는 구체예 7의 반사형액정표시장치를4의 수치를 변화시켜 눈으로 관찰한 결과를 나타낸 표,
도 16은 구체예 8의 반사형 액정 표시 장치의 개략적 구조를 나타낸 주요부 단면도,
도 17은 구체예 8의 반사형 액정 표시 장치의 편광판 배치 방향, 2장의 광학 위상차 보상판의 배치방향, 및 액정층의 액정배향의 설정방위를 나타낸 도면,
도 18은 구체예 9의 반사형 액정 표시 장치에 이용하는 광반사판의 요철형상을 나타낸 부분 확대 평면도,
도 19는 구체예 9의 반사성전극(광반사판)의 반사특성의 측정광학계의 측정방위를 나타낸 개념도,
도 20은 도 19의 측정계에 의한 구체예 9의 반사성전극(광반사판)의 반사특성의 측정치를 나타낸 도면,
도 21(a) 내지 도 21(d)는 각각 구체예 9의 반사형 액정 표시 장치의 샘플(#9a,#9b,#9c,#9d)에 대해, 편광판 배치방향, 2장의 광학 위상차 보상판의 배치방향, 및 액정층의 액정배향의 설정방위를 나타낸 도면,
도 22는 구체예 10의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 이용되는 터치패널의 개략적인 구조를 나타낸 주요부 단면도,
도 23은 구체예 10의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 개략적인 구조를 나타낸 주요부 단면도,
도 24는 비교예의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 개략적인 구조를 나타낸 주요부 단면도,
도 25는 본 발명에 따른 다른 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 개략적인구조를 나타낸 주요부 단면도,
도 26은 상기 다른 실시예의 편광판과 2장의 광학 위상차 보상판의 배치 설정 방향을 나타낸 도면,
도 27은 반사형 액정 표시 장치의 액정층의 배향 상태가 전압에 의해 다르게 됨을 나타내는 설명도,
도 28은 반사형 액정 표시 장치의 액정층의 배향 방향과 조명방향의 관계에 따라 시야각이 변화하는 상태를 나타낸 설명도,
도 29는 구체예 11의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 전압의존성의 측정치를 나타낸 도면,
도 30은 구체예 12의 샘풀(#12a)의 구조를 나타낸 주요부 단면도, 및
도 31은 구체예 12의 샘플(#12b)의 구조를 나타낸 주요부 단면도이다.
본 발명의 목적은, 고해상도로 표시가능한 1장의 편광판 방식의 반사형 액정 표시 장치의 문제점을 해결하여, 콘트라스트비가 높고 시인성이 뛰어나며 칼라표시 가능한 반사형 액정 표시 장치, 및 그 반사형 액정 표시 장치를 응용하여, 압력 검출 입력장치를 배치하더라도 표시를 손상하지 않는 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치는, 적어도 광반사 수단을 갖는 제 1 기판과 광투과성을 갖는 제 2 기판 사이에 삽입되어, 정의 유전율이방성을 갖는 트위스트배향된 네마틱 액정으로 이루어지는 액정층; 및 직선편광판(이하, 편광판이라 함)을 가지며, 자연광으로부터 좌우 어느 한쪽의 원편광을 선택적으로 투과하는 원편광수단을 포함하고, 상기 제 1 기판, 액정층, 및 원편광수단이 이 순서로 적층 배치되어 반사형 액정 표시 장치의 적어도 일부분을 구성하며, 상기 원편광수단에 자연광이 입사되는 경우에 원편광을 출사하는 원편광수단의 주표면이 상기 액정층측에 있도록 상기 원편광수단이 배치되며, 상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께와의 곱이 150nm 이상 350nm 이하이고, 상기 액정층의 트위스트각이 45도 내지 100도의 범위인 구성으로 되어 있다.
이 반사형 액정 표시 장치는, 본원 발명자등이, 시차를 발생시키지 않는 구성이 가능하고 고해상도표시가 실현가능한 1장의 편광판 방식의 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 명상태와 암상태의 실현에 필요한 반사판상에서의 다른 편광상태들 사이에서 전기적으로 절환가능한 것을 검토한 결과, 액정층에 전압을 인가한 상태에서 액정 표시 장치의 암상태를 실현하도록 원편광수단을 포함시켜 상기 반사형 액정 표시 장치를 구성함에 의해, 액정층의 제조공정에 높은 정밀도를 요구하지 않고 양호한 암상태의 실현이가능한 것을 발견하였다.
또한, 이러한 편광상태를 실현하여 전압이 낮은 상태에서 충분한 명상태를실현하는 원편광수단을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 채용되는액정층을 상기한 바와 같이 설계함으로써, 상기 종래 기술보다 용이하게 제조가능한 반사형 액정 표시 장치를 실현하였다.
즉, 상기 구성에 의하면, 원편광수단과 액정층을 채용하여, 그들의 배치 관계를 상기한 바와 같이 함에 의해, 종래의 구성에 있어서의 과제를 해결하여, 표시특성이 뛰어난 반사형 액정 표시 장치의 실현이 가능해진다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서, 원편광수단은, 기판법선방향의 리타데이션이 1OOnm 이상 180nm 이하로 설정된 제 1 광학 위상차 보상판; 기판법선방향의 리타데이션이 200nm 이상360nm 이하로 설정된 제 2 광학 위상차 보상판; 및 직선편광판을 포함하고, 상기 액정층에서 볼 때 이 순서대로 적층되며, 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축과 제 1 광학 위상차 보상판의 위상축에 의해 형성된 각도를 θ1로 하고, 편광판의 투과축 또는 흡수축과 제 2 광학 위상차 보상판의 위상축에 의해 형성된 각도를 θ2로 하였을 때, ｜2×θ2-θ1｜의 값을 35도 이상 55도 이하로 구성하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 구성은, 편광판과 광학 위상차 보상판에 조합될 때, 원편광수단에 의해 전술한 바와 같은 편광상태를 실현하게 됨을 본 발명자들이 발견하였다. 이러한 구성의 원편광수단에서는, 실질적인 가시파장영역의 광을 원편광으로 변환할 수 있다. 또한, 편광판의 투과축과 흡수축은 서로 직교하는 관계로 되어 있다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 액정층의 트위스트각이 60도 내지 100도의 범위이고, 상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 250nm이상 330nm 이하이고, 또한 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 20도 이상 70도 이하 또는 110도 이상 150도 이하인 구성으로 함이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 크기 때문에, 액정재료의 선택폭이 넓어지는 동시에, 액정층 두께의 제어가 용이하게 되기 때문에 보다 용이하게 제조할 수 있다, 또한, θ3를 상기한 바와 같이 설정함으로써, 콘트라스트, 백표시의 착색, 흑표시의 착색을 억제한 표시품위가 높은 반사형 액정 표시 장치가 실현된다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 상기 광반사성을 갖는 제 1 기판은 광반사막을 포함하고, 상기 광반사막은 매끄럽고 연속적으로 변화하는 요철형상을 가지며, 또한 도전성재료로 이루어지는 구성으로 함이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 상기 반사형 액정 표시 장치의 고해상도 표시 가능한 반사율 변조 방법을 손상하지 않도록, 불필요한 산란이 없고 평탄한 경면과 마찬가지로 편광에 대한 교란작용(편광해소작용)을 갖지 않는 확산성 반사판이 얻어질 수 있고, 확산성이 없는 경면성의 반사판을 사용하며 표시장치 전면에 산란판을 배치한 것과 비교하여, 특히 효과적인 반사특성이 실현된다. 또한, 광반사막을 도전성재료로 함으로써, 이 광반사막이 제 2 기판의 투명전극과 협동하여 액정층으로의 전압인가 전극으로서의 작용도 할 수 있다.
또한, 광반사막에 설치된 요철형상은, 기판평면내의 방위에 따라 변하는 방향의존성을 갖는 구성으로 함이 바람직하다.
이 바람직한 구성은, 광반사막에 설치된 요철형상의 평균주기가 확산성 반사특성을 특징으로 하고 있는 것으로서, 더 구체적으로 입사광을 균일하게 확산시키도록 상기 평균 요철주기를 반사판의 평면내의 임의의 방위에 대해서 마찬가지로 균일하게 설정하여, 그 주기를 그 평면내의 특정한 방위에 대해서 변경함에 의해, 특정방위로부터의 조명광을 특정한 방위로 반사시키는 경우의 반사율을 크게할 수 있다. 이 구성은, 특히 게스트 호스트 방식에 비해 양호한 암상태가 실현되는 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 포함될 때 효과적인 것으로, 더욱 밝은 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있게 한다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 원편광수단과 액정층 사이에, 액정층의 잔류위상차를 상쇄하기 위한 제 3 광학 위상차 보상판이 적어도 1장 설치되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 구성에서는, 액정층에 인가되는 전압이 유한한 경우, 액정층에 최대의 전압이 인가되어 암표시만을 얻게 되더라도, 기판에 평행한 액정배향의 성분에 따라서 약간의 편광변환작용인 잔류위상차가 남게 되는데, 이것을 해소하려는 것이다. 제 3 광학 위상차 보상판에 의해 상기 잔류위상차를 제거함으로써, 실용상의 최대전압에서 양호한 흑표시를 실현한다. 또한, 동일한 효과를 제 2 광학 위상차 보상판의 리타데이션의 조정에 의해 달성할 수 있다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에 있어서는, 원편광수단과 액정층 사이에 설치된 제 3 광학 위상차 보상판중 적어도 1장이, 경사진 광축을 갖거나, 내부에 연속적으로 다른 경사방위를 갖는 3차원 배향된 광축을 갖고 있는 구성으로 함이바람직하다.
실제로 구동되는 전압의 최대치에서 양호한 암표시를 실현하고, 이것에 의해 양호한 표시가 얻어지는 방법에 있어서는, 액정층에 충분한 전압이 인가된 상태에서의 액정의 잔류복굴절을 상쇄하는 것이 효과적이고, 이를 위해서는, 액정층의 잔류복굴절을 양호하게 상쇄할 수 있는 방식으로 관찰각도 범위를 확대함에 의해 시야각의 확대가 가능하다.
이를 실현하기 위해서, 이 구성에서는, 제 3 광학 위상차 보상판중 적어도 1장을 액정 배향의 3차원 배치를 고려한 것으로서, 이것에 의해, 더욱 양호한 표시 특성을 갖는 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에 있어서는, 제 1 및 제 2 광학 위상차 보상판은 각각, 파장 450nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(450), 파장 650nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(650) 및 파장 550nm의 빛에 대한 굴절율이방성(△n)(550)의 비가,
1≤△n(450)/△n(550)≤1.06
0.95≤△n(650)/△n(550)≤1
을 만족하는 구성(제 1 구성)이 바람직하고, 더 바람직하게는,
1≤△n(450)/△n(550)≤1.007
0.987≤△n(650)/△n(550)≤1
을 만족하는 구성(제 2 구성)이다.
제 1 구성에 의하면, 반사형 액정 표시 장치에 요구되는 명상태의 약간의 착색, 및 암상태의 반사율의 향상에 의한 콘트라스트의 저하가 있지만, 충분히 사용에 견딜 수 있는 콘트라스트비 10:1 이상을 달성할 수 있다. 또한, 제 2 구성에 의하면, 제 1 구성보다도 더욱 착색이 감소됨과 동시에, 콘트라스트비 15:1 이상을 달성할 수 있다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 액정층의 트위스트각이 65도 이상 90도 이하의 범위이고, 그 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 250nm 이상 300 nm 이하이고, 또한 제 2 기판 근방의(제 2 기판에 접한다) 액정분자의 배향방향과 편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 110도 이상 150도 이하인 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 액정층을 구동하는 전압을 감소시킬 수 있어서, 더 양호한 백표시가 실현된다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 110도 이상 150도 이하이고, 관찰방향이 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향으로부터 90도의 방향 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내의 방위로 설정되는 구성으로 함이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 편광판의 투과축 또는 흡수축 사이의 각도(θ3)가 20도 이상 70도 이하이고, 관찰방위가 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 표시면의 법선에 의해 형성된 평면내의 방위로 설정되는 것이 바람직하다.
이들의 구성에 의하면, 상기한 바와 같이 관찰방위를 설정함에 의해, 양호한 시인성이 확보될 수 있다. 바꾸어 말하면, 관찰자의 관찰방위에 의해, θ3를 설정함으로써 양호한 시인성을 얻을 수 있다는 것이다. 또한, 관찰자의 관찰방위를 설정하는 부재를 표시면에 설치함에 의하여, 양호한 시인성이 얻어지도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 제 2 기판상의 액정분자의 배향방향과 편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 110도 이상 150도 이하이고, 관찰방향이 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향으로부터 90도의 방향 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내의 방위로 설정되며, 상기 관찰방향은 광반사막의 평균 요철이 다른 방위들에서 보다 짧은 평균 주기를 갖는 기판 평면의 방위 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내로 설정되는 구성이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 편광판의 투과축 또는 흡수축 사이의 각도(θ3)가 20도 이상 70도 이하이고, 관찰방향이 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 표시면의 법선에 의해 형성되는 평면내의 방위로 설정되고, 다른 방향들에서 보다 광반사막의 평균 요철 주기가 짧은 기판평면내의 방위와 표시면의 법선에 의해 형성된 평면내에 관찰 방향이 설정되는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이들의 구성에 의하면, 상기와 같은 양호한 방위로 확산성 반사판인 광반사막이 밝게 되는 방위를 설정함에 의해, 특히 우수한 시인성을 얻을 수 있다. 또한, 이 확산성 반사판이 밝게 되는 방향은, 일반적으로는 조명의 방위와 관찰자의 방위에 의존하지만, 여러가지 조명 조건에 대하여 양호한 배치로 할 수 있게 된다.
또한, 상기 반사형 액정 표시 장치에서는, 제 2 기판 근방의 액정 분자의 배향방향과 상기 편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 40도 이상 60도 이하이고, 관찰방위 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면상의 방위와 상기 제 2 기판 근방의 액정분자가 형성하는 각도(θ4)가 0도 이상 30도 이하 또는 180도 이상 210도 이하로 설정되는 구성이 바람직하다.
상기의 구성에 의하면, 상기한 바와 같이 관찰방위를 설정함에 의해, 양호한 시인성이 확보될 수 있다. 바꾸어 말하면, 관찰자의 관찰방위에 따라 θ3, θ4를 설정하면 양호한 시인성을 얻을 수 있다. 또한, 관찰자의 관찰방위를 설정하는 부재를 표시면등에 설치함으로써, 양호한 시인성이 얻어지도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치는, 상기 반사형 액정 표시 장치로 구성되는 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치이고, 원편광수단과 제 2 기판 사이에 층상의 빈 공간을 구비하여 외부에서의 압압력을 검출하는 평면상 압력 감지 소자가 삽입되어 구성되는 것이다.
상기한 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에서는, 원편광수단, 또는 편광판과 2장의 광학 위상차 보상판을 통과한 후에 광이 대략 원편광으로 되기 때문에, 상기 광이 상기 편광상태에서의 교란을 따르지 않는 방식으로 반사판에서 반사되더라도, 그 반사광은 출사전에 편광판에 흡수된다. 그 때문에, 휴대용 기기의 입력장치로서 유용한 압력 감지형 입력장치(터치패널)에 의해 반사광이 시인성의 악화를 초래하지 않는다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점은 이하의 설명에 의해 충분히 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 장점은 첨부도면을 참조한 다음 설명에 의해 명백하게 될 것이다.
이하, 실시예들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니다.
〔실시예 1〕
이하, 본 발명의 실시예 1을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 나타내는 주요부 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 반사형 액정 표시 장치는 배향처리된 배향막(2)이 형성된 기판(4)과, 마찬가지로 배향처리된 배향막(3)이 형성된 기판(5) 사이에, 정의 유전이방성을 갖는 트위스트 네마틱 액정이 삽입되어 있는 액정층(1)을 포함한다. 그리고, 하부의 기판(5)상에는 광반사막(7)이 배치되고, 그 광반사막(7)의 반사면은 반사광의 편광성을 보존할 정도로 매끄러운 요철형상으로 됨이 바람직하다. 또한, 상기 매끄러운 요철형상은 광반사막(7)의 반사면의 방위에 따라 요철 주기가 변하게 된 것이 바람직하다.
상부의 기판(4)에는 투명전극(6)이 형성되고, 하부의 기판(5)상의 광반사막(7)이 도전성 재료에 의해 형성되어 전극으로도 작용하며, 이들 투명전극(6)과 광반사막(7)을 통해 액정층(1)에 전압이 인가된다. 이와 같이 구성된 전극쌍으로의 전압 인가수단으로서 액티브 스위칭 소자등이 이용될 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 전극으로서 작용하지 않는 부재를 광반사막(7)으로 이용하는 경우에는, 기판(5)측에 별도의 전극을 설치하면 된다.
또한, 이와 같이 기판(4,5) 및 액정층(1)으로 구성되는 액정구동셀의 기판(4)측의 표시면상에는, 자연광을 필터링하여 좌우측중 어느 하나의 원편광을 선택적으로 투과하는 원편광수단(100)이 포함된다. 본 실시예에서 상기 원편광수단(100)은 기판(4)측의 표시면상에 하기 순서로 적층 배치된, 광학 위상차 보상판(8), 광학 위상차 보상판(9), 및 편광판(10)으로 구성된다.
이하, 광학 위상차 보상판(8), 광학 위상차 보상판(9), 및 편광판(10)의 각 광학소자의 광학특성과 그 작용에 대해서 설명한다.
본 실시예의 반사형 액정 표시 장치는, 액정층(1)에 편광판(10)을 통해 외부광등의 조명광이 입사되어, 조명광이 입사된 편광판(10)측에서 관찰되는 것이다. 이 편광판(10)에 의해서 특정 방위의 직선 편광 성분만이 선택적으로 투과되며, 그입사 직선 편광은 광학 위상차 보상판(9)과 광학 위상차 보상판(8)에 의해 편광상태가 변경된다.
여기서, 광학 위상차 보상판(8)의 기판 법선 방향의 리타데이션이 100nm 이상 180nm 이하이고, 광학 위상차 보상판(9)의 기판 법선 방향의 리타데이션이 200nm 이상 360nm 이하이며, 또한, 편광판(10)의 투과축 또는 흡수축과 광학 위상차 보상판(8)의 위상축 사이의 각도를 θ1이라 하고 편광판(10)의 투과축 또는 흡수축과 제 2 광학 위상차 보상판(9)의 위상축 사이의 각도를 θ2로 하였을 때, ｜2×θ2-θ1｜의 값이 35도 이상 55도 이하로 되면, 광학 위상차 보상판(8)을 통과한 후의 입사광은 대체로 원편광이 된다. 이때, 좌우의 어느쪽의 원편광으로 될 것인가는 이들 3개의 광학소자(광학 위상차 보상판(8), 광학 위상차 보상판(9), 편광판(10))의 배치에 따라 결정된다.
이에 대해서, 일예로 도 2에 나타낸 바와 같이 배치한 경우에 관해, 보다 상세하게 설명한다. 단, 이 예에서는, 반사형 액정 표시 장치의 입사광의 방위로부터 관찰한 것이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 편광판(10)의 투과축(11), 광학 위상차 보상판(8)의 위상축(13), 및 광학 위상차 보상판(9)의 위상축(12)으로 구성되고, 편광판(10)의 투과축(11)과 광학 위상차 보상판(8)의 위상축(13) 사이의 각도를 θ1, 편광판(10)의 투과축(11)과 광학 위상차 보상판(9)의 위상축(12) 사이의 각도를 θ2로 하고, 각각 θ1= 75°, θ2= 15°가 되도록 상기 3개의 광학 소자들을 배치하면, 액정 표시 장치에 입사한 광은 편광판(10), 광학 위상차 보상판(9) 및 광학 위상차 보상판(8)을 통과하며, 입사광은 대략 우측의 원편광으로 된다.
또한, 액정층(1)에 입사된 입사광은, 인가된 전압에 대응하여 배열된 액정층(1)의 복굴절 매체(액정)에 의한 편광변환작용에 따라 편광상태를 변화시켜 반사판에 도달한다. 이때, 광반사막(7)상에서의 편광상태는 액정분자의 배향에 따라 다른 상태로 된다.
우선, 암상태에 관해서 설명한다. 전압 인가시에 액정분자의 배향상태가 전압인가방향에 평행하고, 상기 장치의 법선방향에 평행하게 진행하는 광에 대해 편광변환작용을 갖지 않는 경우에는, 원편광으로 된 입사광은 편광의 변화를 수반하지 않고 광반사막(7)에 도달함으로써 암상태가 실현된다. 이 암상태를 가시파장 영역 전역에서 성립시키면, 흑표시가 실현된다.
이것에 가까운 편광상태를, 실질적으로 가시파장 영역에서 준비하기위해서, 본 발명자등은 다음과 같은 조건이 필요함을 발견하였다. 즉, 광학위상차 보상판(8)은 주된 가시파장인 400nm에서 700nm의 광에 대하여 4분의 1 파장 만큼의 위상차를 부여할 수 있는 위상차, 요컨대 파장 550nm의 광에 대해 100nm 내지 180nm의 리타데이션을 갖는 특성을 필요로 한다. 광학 위상차 보상판(9)은 동일 범위의 가시파장에 대하여 2분의 1 파장 만큼의 위상차를 부여할 수 있는 위상차, 요컨대 파장 550nm의 광에 대해 200nm 내지 360nm의 리타데이션을 갖는 특성을 필요로 한다.
또한, 도 2에 나타낸 편광판(10)과 광학 위상차 보상판(8,9)의 배치에서는, 전술한 바대로, θ1= 75°, θ2= 15°로 하면, ｜2×θ2-θ1｜= 45°이므로, 하기 식의 조건을 만족시킨다.
35°≤ ｜2×θ2-θ1｜≤ 55° ·‥ (1)
이 조건을 만족시키는 범위에서 θ1, θ2의 값을 변경할 수 있음은 말할 필요도 없지만, 그 구체적인 값은, 이용되는 2장의 광학 위상차 보상판(8,9)의 2장의 복굴절의 파장분산의 조합에 의해서 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 식 (1)의 각도 설정에 의하면, ｜2×θ2-θ1｜의 값의 범위가 20도이지만, 이 범위의 어떤 값을 취할 것인가는, 액정층(1)에 전압을 인가하는 경우의 액정층(1)의 편광변환작용에 의존하고 있다. 즉, 상기 배치는 광학 위상차 보상판(8,9)과 액정층(1)의 복굴절을 포함하여, 광반사막(7)상에서 원편광이 되 도록 설정하는 것이 바람직하다. 이때, 충분히 전압을 인가한 상태의 액정층(1)의 편광변환작용은 액정층(1)의 제조정밀도에 크게 의존하지 않기 때문에, 액정층(1)의 제조가 용이해진다.
다음, 명상태의 작용에 대해서 설명한다. 상기 식 (1)과 같이 설정된 광학 위상차 보상판(8,9)에 의해서, 대략 원편광으로 된 입사광을 광반사막(7)상에서 직선편광으로 변환함에 의해 명상태가 실현되지만, 이때의 직선편광에 의한 광전계의 진동방향은 광반사막(7) 평면내에서 임의적이다. 요컨대, 가시파장의 광이, 파장에 의해서 변하는 방위의 직선편광으로 되거나, 또는 파장에 무관하게 전부 같은 방향의 직선편광으로 되더라도, 동일하게 밝은 명상태가 실현된다.
이로써, 상기 암상태를 실현하기 위해서 대략 원편광으로 된 액정층(1)으로의 입사광을, 가시파장범위에서 임의의 방위의 직선편광으로 하는 것과 같은 액정층(1)의 광학적 작용을 실현하는 것이 중요하다.
액정층(1)의 제조가 용이한 상기 전기적구동을 고려하면, 암상태가 전압 인가 상태에 의해 실현되므로, 명상태는 전압이 인가되지 않은 상태에서 실현되거나, 또는 전압에 의해서 액정분자의 배향상태가 변화하고 있지만, 암상태와는 크게 다른 배향 상태에서 실현될 필요가 있다.
이상의 검토를 복합한 결과, 본원 발명자등은 명상태의 작용을 실용상 충분한 범위, 요컨대, 가시파장역에서 충분한 명도가 확보될 수 있고, 또한, 용이하게 고수율로 제조가능한 액정 표시 장치에 적합한 액정조성물의 개발이 가능한 범위를 발견하였다.
그 구체적조건은, 액정층(1)의 트위스트 네마틱 액정의 트위스트각이 45도 이상 100도 이하로 되는 것이다. 그리고, 그 액정의 복굴절율차 △n과 액정층(1)의 두께(d)의 곱인 △nd값을 150nm 이상 35Onm 이하의 범위로 하는 것이다.
보다 바람직하게는, 트위스트각은 60도 이상 100도이하, 또한, 액정층(1)의 액정의 복굴절율차 △n과 액정층(1)의 두께(d)의 곱인 △nd 값이 250nm 이상 300nm 이하의 범위이며, 더 바람직하게는, 트위스트각은 65도 이상 90도 이하, 또한, 액정층(1)의 액정의 복굴절율차 △n과 액정층(1)의 두께(d)의 곱의 값인 △nd 값은 250nm 이상 300nm 이하의 범위이다. 더 바람직한 범위의 조건은, 예컨대 액정층(1)의 두께를 4.5μm로 설정하는 액정 표시 장치의 제조 조건을 이용하더라도, 액정층(1)의 △n이 0.0667정도의 실용적인 액정재료에 의해 실현가능하고, 실용성이 높은 액정 표시 장치가 제조될 수 있도록 하는 것이다.
이하, 본 실시예에 따른 구체예를 설명한다.
〔구체예 1〕
먼저, 구체예 1로서, 액정층의 광학적인 작용을 고려한 구체적인 설계를 하기 위해서, 본원 발명자등이 계산에 의해 액정층의 설계를 검토한 경위를 설명한다. 우선, 액정층의 설계의 최적화를 위해, 식 (2)에 나타낸 평가함수를 이용하여 액정층의 설정을 검토하였다.
f= 1-s3 2········· (2)
여기서, s3는 편광상태를 지정하는 스톡 파라미터이고, 액정층을 한번만 투과하는 광의, 반사면상의 편광상태에 관한 스톡 파라미터이다. 또한, 스톡 파라미터는, 여기서는 규격화된 것을 이용하고 있다.
편광상태의 완전편광은 광의 강도를 규격화한 경우, 3개의 성분을 갖는 스톡 파라미터에 의해 편광상태를 기술할 수 있는데; 서로 45도로 진동면이 다른 직선 편광 성분을 나타내는 s1및 s2와, 원편광성분을 나타내는 s3에 의해 나타낸다. s1, s2, s3는 -1 이상 1 이하의 값을 취하며, 특히 s3는 원편광의 경우에는 ±1, 직선편광의 경우에는 O, 타원편광의 경우에는 이들의 중간의 값을 취한다.
즉, 평가함수 f는, s3를 제곱함에 의해 편광의 회전방향에 관계없이, 반사면상에서의 편광상태에 따라, 원편광으로 되는 경우는 f=0, 타원편광으로 되는 경우는 0<f<1, 직선편광으로 되는 경우는 f=1로 분류할 수 있다.
본원 발명자등은, 1장의 편광판과 편광판측에서의 경면반사를 나타내는 반사면 사이에 삽입된 임의의 복굴절매체에 편광판측으로부터 광이 입사되는 경우, 반사판상에서 f=0 (원편광)의 경우는, 반사된 광이 입사때에 통과한 편광판에 의해 전부 흡수되고, f=1의 경우에는, 편광판에 의해 흡수되지 않고 통과할 수 있는 것을, 해석적인 검토에 의해 확인하였다. 평가함수(f)가 상기 중간의 값을 취하는 경우에는, 반사광의 일부가 편광판에 의해 흡수되고, 나머지 반사광은 편광판을 투과하여, 중간의 반사율을 표시하게 된다.
또한, 상기 평가함수(f)가 이러한 1장의 편광판을 이용하여 반사판으로 입사광을 반사시키는 반사형 액정 표시 장치의 반사율에 비례하며, 1장의 편광판 방식의 반사율이 평가될 수 있음을 발견하였다. 따라서, 이 평가함수(f)에 의해, 명표시에서 양호한 밝음이 얻어지는 지, 양호한 암상태가 얻어지는 지를 함께 평가하는 것이 가능하다.
이와 같이, 평가함수(f)에 의해, 표시성능이 예측가능함으로써, 1장의 편광판 방식의 가장 양호한 성능을 기대할 수 있는 액정표시방식을 검토하였다. 다음에 그 구체적인 방법에 대해 설명한다.
우선, 액정 표시 장치를 제조함에 있어서, 양산성에 관한 고찰을 하였다. 특히, 액정 표시 장치의 광학특성을 결정하는 액정층 두께 및 그의 보유 정 밀도가 양산성에 큰 영향을 주기 때문에, 이에 관해서 고찰을 하였다.
이 액정층 두께의 보유 방법으로는, 액정층을 삽입시킨 기판 사이에 일정한 입경으로 제조된 구상 스페이서를 마련하는 방법이 정밀도와 실용성의 발란스가 가장 우수하다. 그러나, 이 방법에 의해서도, 양산공정에서 높은 정밀도를 요구하는 것은 양산비용의 상승을 초래한다. 이로부터, 액정층 두께의 정밀도가 필요하지 않은 방법을 검토하는 것이 산업상 중요하다.
또한, 제조된 액정 표시 장치의 표시품위에 관해서는, 인간의 시각의 특징을 고려하는 것이 중요하다. 즉, 인간의 시각은, 실제로 안구의 망막을 자극하는 빛의 강도와 인지되는 명도는 비례하지 않고, 비선형특성을 갖는 것으로 알려지고 있다. 요컨대, 표시장치의 광강도의 일정량의 변동에 대해서도, 동시에 망막에 가해지고 있는 자극의 강약에 의해서 작은 명도의 변동과 같이 느껴지거나(배경이 강한 자극의 경우), 큰 명도의 변화로 느껴지게(배경이 약한 자극의 경우) 된다. 이러한 시각의 비선형특성을 고려하면, 반사율이 같은 정도이더라도, 그것이 명표시에 생기는 경우에 비교하여, 암표시에 생기는 경우가 더 표시품위의 저하가 크다.
이로부터, 반사율의 얼룩이 큰 상태와 작은 상태가 존재하는 경우에는, 반사율의 얼룩이 작은 상태를 암표시에 할당하고, 반사율의 얼룩이 큰 상태를 명표시에 할당하는 것이, 양호한 표시품위의 액정표시소자를 제조하는 점에서 바람직하다.
또한, 액정층에 충분히 전압을 인가하여 편광변환작용이 소실된 경우가, 액정층 두께의 얼룩이 편광변환작용의 큰 변동으로 되어 어렵게 된다.
이상의 3가지 점을 고려하여, 전압이 충분히 인가된 배향상태를 암표시에 할당함에 의해, 양호한 표시가 얻어지는 것으로 고찰된다. 즉, 액정에 전압이 인가되어 있지 않은 상태를 명표시로 설정하고, 전압을 인가한 경우를 암표시로 설정하는 것, 소위 노멀리 화이트 표시가 바람직하다.
다음, 이 설정을 실현하는 광학 위상차 보상판의 설정과 액정층 부분의 설정에 대해서, 평가함수(f)에 따라 설명한다.
우선, 액정층에 충분히 전압이 인가된 경우에 있어서는, 액정층에 편광변환작용이 없다. 광학 위상차 보상판에 필요한 특성은, 그와 같은 액정층을 통과하여 반사판상에 도달한 반사판상에서 원편광으로 되는 특성이다. 여기에서, 원편광은 좌우 어느 쪽이라도 좋다.
광학 위상차 보상판에 관한 상기 설정에 의해, 넓은 파장대역에서 이 특성이 실현가능하다. 이때, 액정의 편광변환작용이 소실되기 때문에, 평가함수(f)는 0으로 되어, 양호한 암상태가 된다.
한편, 액정층에 전압이 인가되지 않은 경우에, 충분한 반사명도가 얻어지는 조건을 검토하기 위해서, 이러한 원편광을 발생시키는 광학 위상차 보상판의 설정에 있어서, 이 평가함수(f)를 평가해야 한다. 본원 발명자등은, 액정층에 전압이 인가되지 않은 상태로, 액정층이 균일하게 트위스트된 배향에 대하여 평가함수(f)를 구하였다. 그 결과, 액정에 원편광이 입사된 경우에, 평가함수(f)는 식 (3)으로 됨이, 죤스 매트릭스법에 의해 s3를 해석적으로 계산함으로써 분명해졌다.
ψtw: 상하 기판 사이의 트위스트각
도 3에, 시감도가 가장 높은 파장(λ=550nm)에서의 평가함수(f)의 값을, 액정층의 설계 파라미터인 △nd와 트위스트각에 대해서, 등가선도로 나타낸다. 또한,트위스트각(ψtw)에 대해서, f가 우함수이므로, 트위스트각은 정의 값에 관해서만 f를 기재하고 있지만, 실제의 액정배향의 트위스트 방향을 좌우 어느 쪽으로도 할 수 있음은 말할 필요도 없다.
도 3은, 단일파장(550nm)에서의 값이지만, 가시파장인 380nm 내지 780nm의 파장에 대해서도, 같은 방법으로 평가할 수 있다. 즉, 550nm 이외의 파장의 입사광에 대하여는, 평가함수(f)의 변수중 △n과 λ만이 변경됨을 고려하면 된다.
이와 같이 파장에 의해서 시각의 감도가 다른 효과를 고려하여, 시감도와 표준적인 조명광원을 가정하여 함수 f와의 중첩 적분을 취함에 의해, 더 정밀한 최적화가 가능하게 된다. 요컨대, 상기 식 (3)에, 시감도곡선(CIE1931등색함수의 yBAR(λ)) 및 D65 표준광원의 스펙트럼밀도 SD65(λ)를 이용하여, 식 (4)로 정의하는 것이 효과적이다.
여기에서, f(λ)는, 식 (3)에 의해서 계산되지만, 파장(入)에 의존하는 값을 가지는 것을 명시하고 있다.
이와 같이 정의된 fvis를 도 3과 같이 △nd 및 트위스트각에 대하여 계산한 것이, 도 4이다. 여기서, △n의 파장분산을 고려한 계산을 하고 있으며, 세로축의 △nd는, 550 nm의 파장의 광에 대한 값이다.
또한, 식 (2)에 의한 평가함수(f)가 표시의 반사율에 비례하는 값을 나타내기 때문에, 식 (4)의 등색함수 yBAR(λ)를 CIE1931에 동일하게 규정되어 있는 XBAR(λ), 또는 ZBAR(λ)로 변경함으로써, 색도의 계산이 가능하게 된다. 이에 따라, D65광원에서의 색도(x,y)를 도 4와 동일한 파라미터에 대해 계산하였다. 이 결과를 x, y 각각 도 5 및 도 6에 나타낸다.
이상의 검토에 의해서, 충분한 시감반사율(fvis가 0.7이상)에서, 백표시에 있어서의 양호한 색상(x가 0.27이상 0.35 이하, 또한 y가 0.28 이상 0.36이하)의 조건을 설정하여, 이에 적합한 △nd와 트위스트색의 범위를 구하였다. 이 결과를 도 7에 나타낸다.
이상과 같이, 충분한 명도와 색상을 얻기 위해 필요한 액정층의 파라미터의 범위가 정해지지만, 액정층의 설정에는, 액정재료와 액정층 두께의 설정에 의한 제한도 존재한다. 이것 때문에, 도 7에 사선으로 도시된 범위의 전부가 실용적이라고 한정하지 않는다. 또한, 이 범위로부터 약간 벗어난 범위이더라도 양호한 조건이 존재한다. 이 점에 관해서, 더욱 상세히 설명한다.
액정재료의 광학적인 물성치인 △n과, 액정재료의 사용가능한 온도범위에는, 일정한 상관 관계가 있는 것으로 알려지고 있다. 즉, 실용적인 액정재료는, 일반적으로 복수의 화합물의 블렌딩(blending)에 의해 필요한 특성으로 조정되지만, 이때의 블렌드 비율을 변경하여 △n을 작게 하면, 네마틱상이 얻어지는 온도 범위가 좁게 된다. 이러한 경우, 액정 표시 장치의 동작 온도 범위나, 보존 온도 범위를 현저하게 좁히는 난점이 있다. 즉, 네마티틱상이 안정적으로 얻어지는 온도범위의 관점에서, 액정재료 △n에는, 하한이 존재한다. 이러한 이유에 의해, 실온에서의 △n은, 필요한 온도범위등에 의존하지만, 대략 0.05 이상, 바람직하게는 0.065 이상의 값이 요구된다.
또한, 액정층의 층두께는 액정 표시 장치의 제조공정중의 이물등에 의해 야기되는 불량발생율의 문제나, 액정을 구동하기 위한 소자의 제조 단차, 이용되는 기판의 편평도등으로부터 제한이 있다. 또한, 본 발명의 일부의 구성에 액정층이 이용되는 경우에는, 액정층에 근접하여 배치되는 요철 확산 반사판의 요철 형상의 면에서도 제한이 있다.
액정층의 층두께로서는, 투과형 액정 표시 장치의 경우에는, 대략 5μm 전후의 값이 이용되고, 이에 대한 생산 기술이 확립되어 있다. 그러나, 액정층의 층두께를 이보다도 현저하게 작게 하는 것은, 막대한 난점을 수반하고, 실용성이 모자란다. 이에 따라, 액정층 두께는, 대략 3μm이상, 바람직하게는 4μm 이상으로 제조하는 것이 유용하다.
이상의 관점에서, 액정의 굴절율차 △n과 액정층 두께(d)의 곱인 △nd의 하한을 150nm, 바람직하게는 260nm 이상으로 하는 것이 유익하다.
또한, 실제의 액정 표시 장치의 구동상태의 액정에 있어서는, 임계치 특성을 나타내는 액정의 임계치 부근 이상의 전압을 인가하여 구동하는 경우가 많다. 이때, 임계치 정도의 인가전압에서, 액정은 완전히 전압이 인가되지 않은 상태에 비해 약간 경사지게 되고, 이 약간 경사진 상태에서의 기판 법선 방향의 굴절율차가, 실제의 표시로 나타난다.
이로부터, 액정재료에 의해 정해지는 △n은 상기 경사진 액정에 관한 실효적인 △n보다도 10% 정도 큰 값을 취할 수 있다. 또한, 액정의 임계치 이하에서의 표시도 가능하기 때문에, 이 △nd의 값의 변경을 △nd의 하한에는 적용하지 않는 것이 적당하다.
이상과 같이, 실제의 액정층의 설정을 이용한 구체적인 계산을 행하여, 1장의 편광판방식의 반사형 액정 표시 장치에 있어서는, △nd를 150nm이상으로 하고, △nd의 상한을 350nm으로 하며, 액정의 트위스트각을 45도 내지 100도로 설정하는 것이 유효함을 발견하였다.
〔구체예 2〕
구체예 2에서는, 상기 도 1에 나타낸 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치를, 표 1에 기재된 파라미터로 제조하여, 5개의 샘플(#2a∼#2f)을 얻었다.
각 샘플의 표시결과를 표 2에 개략적으로 나타낸다.
Vth는, 각 샘플에서의 액정층(1)의 배향변화가 관찰되는 임계치 전압이고, 다른 값으로 설정된 △nd로 인해 다른 값을 갖고 있다.
이상에 나타낸 바와 같이, 그의 파라미터가 본 발명의 반사형 액정 표시 장치의 범위에 들어 있는 샘플(#2a,#2b)에서는, 실제로 사용되는 전압인 Vth에서 3.0×Vth로, 백표시로부터 흑표시로 표시가 변화하였다. 이에 대해, 파라미터가 본 발명의 반사형 액정 표시 장치의 범위에 들어 있지 않은 샘플(#2c∼#2f)에서는, 표시가 어둡거나(샘플(#2c,#2f), 표시에 착색이 보였다(샘플(#2d,#2e).
표 2에 나타낸 표시는, 편광판(10)과 광학 위상차 보상판(8,9) 사이의 상대각도(θ1,θ2)를 변경하지 않고서, 액정의 배향 방향에 형성된 상대 각도(θ3)만을 변경한 것에서는, 샘플(#2a∼#2f)에 보이는 것과 같은 큰 특성 변동은 관찰되지 않고, 오히려 액정층(1)의 설정에 의존하고 있는 것을 확인하였다.
또한, 액정 반대측의 원편광이 입사하는 것과 같은 설정(요컨대, θ1 및 θ2에 공통으로 90도를 가하거나, 또는 θ1 및 θ2를 함께 부호를 역전시킨다), 및 동일 방향의 원편광이 얻어지는 별도의 설정(요컨대, θ1 및 θ2를 함께, 부호를 반전하여 90도를 더함)과 같은 조합 모두에 있어서, 표 2와 마찬가지의 표시로 되었다.
이상과 같이, 액정층(1)의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 150nm 이상 350nm 이하이고, 또한 액정층의 트위스트각이 45도 내지 100도의 범위로 되도록 액정층(1)을 설정함에 의해, 한정된 범위내에서 양호한 표시가 실현됨이 나타났다.
본 발명자등은 더욱 바람직한 표시가 얻어지는 조건을 검토하여, 최적화를 행한 예를, 다음 구체예 3 및 구체예 4에 나타낸다.
〔구체예 3〕
구체예 3으로서, 트위스트 네마틱 액정의 트위스트각을 90도로 설정한 액정층과, 리타데이션이 135nm과 270nm인 광학 위상차 보상판을 각각 1장씩 이용한 반사형 액정표시장치의 예를 개시한다.
구체예 3에서는, 상기 도 1에 나타낸 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치를 제조하였다. 기판(5)상의 광반사막(7)은 알루미늄을 이용하여 제조되어, 광반사성 전극으로 하였다. 또한, 액정 구동셀은 액정도입후에 액정층(1)의 두께가 4.2μm가 되도록 조정된 90도로 트위스트된 액정층(1)으로 하고, 도입된 액정재료는 통상의 TFT 투과형 액정디스플레이에 사용되는 액정과 동일한 액정물성(유전이방성, 탄성, 점성, 네마틱 온도범위, 전압보유특성)을 갖고 있고, △n만이 0.065로 조정된 것을 이용하였다. 여기서, 액정층(1)의 두께와 액정의 복굴절율차의 곱을 273nm이 되도록 설정하였다.
본 구체예에서, 편광판(10), 광학 위상차 보상판(8), 및 광학 위상차보상판(9)의 배치는, 도 8에 나타낸 바와 같이 설정하였다. 또한, 도 8에서, (11)은 편광판(10)의 투과축방향, (12)는 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위, (13)은 광학 위상차 보상판(8)의 위상축 방위, (14)는 기판(4)상에 형성된 배향막(2)에 접촉하는, 즉 배향막(2) 근방의 액정분자의 배향 방위, (15)는 기판(5)상에 형성된 배향막(3)에 접촉하는, 즉 배향막(3) 근방의 액정분자의 배향 방위를 각각 나타내며, 이 도면은 액정 표시 장치의 입사광의 방위에서 관찰한 것이다.
그리고, 이들의 배치관계는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(8)의 위상축 방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(9)의 위상축 방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 기판(4)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방향(11) 사이의 각도(θ3)를 30°로 한 것이다.
광학 위상차 보상판(8)과 광학 위상차 보상판(9)은, 함께 폴리비닐알콜로 된 배향막으로 이루어지고, 광학 위상차 보상판(8)은 파장 550nm의 면법선방향의 투과광에 대하여 130nm 내지 140nm으로 제어된 위상차를 가지며, 광학 위상차 보상판(9)은 동일한 광에 대하여 265nm 내지 275nm으로 제어된 위상차를 가진다 ．
이들 광학 위상차 보상판(8,9)의 배치는 제조후의 액정 표시 장치의 정면 방위에 대한 광학특성을 양호하게 하는 배치이지만, 액정층(1)과 함께 경사방위로부터의 관찰에 의한 특성을 고려하여 설계변경도 가능하다. 예컨대, 도 8에 나타낸 본 실시예의 설정각 조건을 성립시키면서, 광학 위상차 보상판(8,9)에 의해 경사방향으로의 통과하는 광에 대한 위상차를 변화시키는 설계에서는, 광학 위상차 보상판(8,9)중 적어도 1장을 2축성의 광학 위상차 보상판으로 대체시킬 수 있다. 또한, 상기 식 (1)의 범위내에서 각도 설정을 변경할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 편광판(10)으로는, 유전체 다층막으로 된 AR층을 갖고 단일 피스의 내부 투과율이 45%인 편광판을 이용하였다.
이상과 같은 구성의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 전압 의존성을 나타내는 그래프를 도 9에 나타낸다. 이 반사율의 측정에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 반사형 액정 표시 장치에 전압을 인가하여 구동시킨 상태에서, 조명 광원 장치로부터의 광을 하프 미러를 통해 기판(4)이 배치된 측에서 입사시켜, 기판(5)상의 광반사막에서의 반사광을 광검출기로써 검출한 것이다. 그리고, 도 9에서, 반사율 100%는 광학 위상차 보상판을 이용하지 않고서, 상기한 측정이 실행되는 장치와 동일한 편광판만을 이용한 점을 제외하면 본 실시예와 동일한 액정 표시 장치에서, 액정 미주입 상태에서의 반사율이다. 또한, 반사율로서, 시감휘도율(Y값)을 이용하였다.
도 9에 나타낸 측정결과로부터, 1V 정도 이하의 낮은 구동전압으로 높은 반사율이 얻어지게 되었다.
〔구체예 4〕
구체예 4로서, 트위스트 네마틱 액정의 트위스트각을 70도로 설정한 액정층 및 리타데이션이 135nm과 270nm인 광학 위상차 보상판을 각각 1장 이용한 예를 개시한다.
구체예 4에서는, 상기 도 1에 나타낸 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치를제조하였다. 기판(5)상의 광반사막(7)은, 알루미늄으로 제조되어 광반사성 전극으로 작용한다. 액정 구동셀은, 액정 도입후에 액정층(1)의 두께가 4.5μm(샘플#4a) 또는 4.2μm(샘플#4b)가 되도록 조정된 70도 트위스트된 액정층(1)으로 되며, 도입한 액정재료는 통상의 TFT 투과형 액정 디스플레이 장치에 사용되는 액정과 같은 액정물성(유전이방성, 탄성, 점성, 네마틱 온도범위, 및 전압보유특성)을 가지며, △n만이 0.06으로 조정된 것을 이용하였다. 여기서, 액정층(1)의 두께와 액정의 복굴절율차의 곱을 270nm(샘플#4a) 또는 250nm(샘플#4b)이 되도록 설정하였다.
본 구체예에서 편광판(10), 광학 위상차 보상판(8), 및 광학 위상차 보상판(9)의 배치는, 도 11에 나타낸 바와 같이 설정하였다. 또한, 도 11에서, (11)은 편광판의 투과축방향, (12)는 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위, (13)은 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위, (14)는 기판(4)상에 형성된 배향막(2)에 접촉하는, 즉 배향막(2) 근방의 액정분자의 배향방위, (15)는 기판(5)상에 형성된 배향막(3)에 접촉하는, 즉 배향막(3) 근방의 액정분자의 배향방위를 각각 나타내며, 상기 도 11은 액정 표시 장치의 입사광의 방위에서 관찰한 것이다.
또한, 이들의 배치 관계는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 기판(4)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방향(11) 사이의 각도(θ3)를 45°로 한 것이다.
광학 위상차 보상판(8)과 광학 위상차 보상판(9)은 함께 폴리비닐알콜로 된배향막으로 이루어지며, 광학 위상차 보상판(8)은 파장 550nm의 면법선방향의 투과광에 대해 130nm 내지 140nm의 제어된 위상차를 가지며, 광학 위상차 보상판(9)은 같은 광에 대하여 265nm 내지 275nm의 제어된 위상차를 가진다 ．
이들 광학 위상차 보상판(8,9)의 배치는 제조후의 액정 표시 장치의 정면방위에 대한 광학특성을 양호하게 하는 배치이지만, 액정층(1)과 함께 경사방위로부터의 관찰에 의한 특성을 고려하여 설계변경도 가능하다. 예컨대, 도 11에 나타낸 본 실시예의 설정각 조건을 성립시키면서, 광학 위상차 보상판(8,9)에 의해 경사방위로 투과하는 광에 대한 위상차를 변화시키는 설계에서는, 광학 위상차 보상판(8,9)중 적어도 하나를 2축성의 광학 위상차 보상판으로 대체시킬 수 있다. 또한, 상기 식 (1)의 범위내에서 각도설정을 변경할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
그리고, 편광판(10)으로는, 유전체 다층막으로 된 AR층을 갖고 단일 피스에서 측정된 내부 투과율이 45%인 편광판을 이용하였다.
이상과 같은 구성의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 전압의존성은, 상기 도 9에 나타낸 그래프와 같았다. 이 결과로부터, 1V 정도 이하의 낮은 구동전압에서 높은 반사율이 얻어지는 것이 밝혀졌다. 또한, 이 반사율도, 상기 구체예 3에서와 동일한, 도 10에 나타낸 측정광학계를 이용하여 측정된 것으로, 100%의 반사율은 상기 구체예 3과 동일하게 설정하였다.
또한, 편광판(10)의 투과축과 상기 기판(4) 근방의 액정의 배향방향사이의 각(θ3)의 각 각도에 있어서의 콘트라스트, 백색으로의 착색, 및 흑색으로의 착색을 표 3에 나타낸다.
(표에서, 0:사용에 문제없음, △: 사용에 견딜 수 있음. ×:사용에 견딜 수 없음)
이 결과로부터 θ3는 20도 이상 70도 이하 또는 110도 이상 150도 이하로 설정함에 의해 표시품위가 높은 반사형 액정 표시 장치가 실현되는 것을 확인하였다.
[구체예 5〕
구체예 5로서, 트위스트 네마틱 액정의 트위스트각을 70도로 설정한 액정층, 및 리타데이션이 135nm과 270nm인 광학 위상차 보상판을 각각 1장 이용한 예를 개시한다.
구체예 5에서는, 상기 도 1에 나타낸 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치를제조하였다. 기판(5)상의 광반사막(7)은, 알루미늄으로 제조되어, 광반사성 전극으로 작용한다. 또한, 액정구동 셀은, 액정 도입후에 액정층(1)의 두께가 4.5μm가 되도록 조정된 70도 트위스트된 액정층(1)으로 되며, 도입한 액정재료는 통상의 TFT 투과형 액정 디스플레이에 사용되는 액정과 같은 액정물성(유전이방성, 탄성, 점성, 온도특성, 전압보유특성)을 가지며, △n만이 0.0667로 조정된 것을 이용하였다. 여기서, 액정층(1)의 두께와 액정의 복굴절율차의 곱을 300nm이 되도록 설정하였다.
본 구체예에서 편광판(10), 광학 위상차 보상판(8), 및 광학 위상차 보상판(9)의 배치는, 도 12(a) 및 12(b)에 나타낸 바와 같이, 두 가지의 설정을 하여, 두 가지의 샘플을 제조하였다. 또한, 도 12(a) 및 12(b)에 있어서, 상기 도 8과 같이, (11)은 편광판(10)의 투과축방향, (12)는 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위, (13)은 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위, (14)는 기판(4)상에 형성된 배향막(2)에 접촉하는, 즉 배향막(2) 근방의 액정분자의 배향방위, (15)는 기판(5)상에 형성된 배향막(3)에 접촉하는, 즉 배향막(3) 근방의 액정분자의 배향방위를 각각 나타내고, 상기 도 12는 액정표시장치로의 입사광의 방위에서 관찰한 것이다.
하나의 샘플에서의 배치관계는, 도 12(a)에 도시된 바와 같이, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 기판(4)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방향(11) 사이의 각도(θ3)를 40°로 한 것이며, 이 샘플을 샘플(#5a)로 한다.
다른쪽의 샘플에서의 배치관계는, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 기판(4)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방향(11) 사이의 각도(θ3)를 130°로 한 것이며, 이 샘플을 샘플(#5b)로 한다. 즉, 샘플(#5a) 및 샘플(#5b)는 θ3이 다르고, θ1 및 θ2는 같다.
또한, 이들 샘플(#5a,#5b)은 상기 실시예 3과 같이, 광학 위상차 보상판(8,9)이 함께 폴리비닐알콜로 된 배향막으로 이루어지며, 광학 위상차 보상판(8)이 파장 550nm의 면법선방향의 투과광에 대해 130nm 내지 140nm으로 제어된 위상차를 가지며, 광학 위상차 보상판(9)이 동일한 광에 대하여 265nm 내지 275nm으로 제어된 위상차를 갖는 것이다. 또한, 편광판(10)에는, 유전체 다층막에 의한 AR층을 갖고 단일 피스에서 내부 투과율이 45%인 편광판을 이용하였다.
이상과 같은 구성의 반사형 액정 표시 장치(샘플#5a, #5b)의 반사율의 전압 의존성을 나타낸 그래프를 도 13에 나타낸다. 도 13에서, 곡선(13-1)은 샘플(#5a)의 측정결과, 곡선(13-2)은 샘플(#5b)의 측정결과를 각각 나타낸다. 또한, 이 반사율은 상기 구체예 3과 같이 측정광학계를 이용하여 도 10에 나타낸 바와 같이 측정된 것으로, 100% 투과율은 상기 실시예 3과 동일하게 설정하였다. 도 13에 도시된 측정결과로부터, 1.5V 정도 이하의 낮은 구동전압으로 높은 반사율이 얻어지는 것이 알려졌고, 그 중에서도 곡선(13-1)으로 나타낸 샘플(#5a) 쪽이 높은 반사율이 얻어졌다.
또한, 이상과 같은 구체예 5의 반사형 액정 표시 장치(샘플#5a, #5b) 및 상기 실시예 3의 반사형 액정 표시 장치에 대해서, 전압 대 반사율 특성을 조사한 결과를 표 4에 나타낸다.
표 4로부터, 어느 경우에나, 충분한 명상태의 반사율과, 콘트라스트비가 실현된 것이 알려졌고, 육안 관찰에 있어서도 양호한 반사형 액정 표시 장치임을 알았다.
또한, 표 4에 있어서, 콘트라스트비는, 명상태의 반사율을 암상태의 반사율로 나눈 것을 정의한 것이다. 여기서, 명상태의 인가전압은, 각 실시예에서 가장 반사율이 높은 전압을 이용하였고, 암상태에서는 인가전압을 3V로 설정하였다.
〔구체예 6〕
구체예 6으로서, 상기 구체예 4와 같은 조건으로 제조된 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 파장 450nm의 광에 대한 광학 위상차 보상판(8)과 광학 위상차 보상판(9)의 굴절율이방성 △n (450), 파장 650nm의 광에 대한 굴절율이방성 △n (650) 및 파장 550nm의 광에 대한 굴절율이방성 △n (550)의 비인 △n(450)/△n(550) 및 △n(650)/△n(550)의 조합이 (1,1), (1.003,0.993), (1.007,0.987), (1.01,0.98), (1.03,0.96), (1.06,0.95) 및(1.1,0.93)일 때의 광학특성을 측정하였다. 측정결과를 표 5에 나타낸다.
(표에서, 0:사용에 문제없음, △: 사용에 견딜 수 있음, ×:사용에 견딜 수 없음)
이 결과로부터 1≤△n(450)/△n(550)≤1.06, 0.95≤△n(650)/△n(550)≤1의 관계를 만족하도록 설정함에 의해 표시품위가 높은 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있고, 또한 1≤△n (450)/△n (550)≤ 1.007, 0.987≤△n (650)/△n (550)≤1의 관계를 만족시키도록 설정함에 의해 더욱 표시품위가 높은 반사형 액정 표시 장치가 실현되는 것을 확인하였다.
〔구체예 7〕
구체예 7로서, 상기 구체예 4와 같은 조건으로 제조된 반사형 액정 표시 장치에서, 도 14에 도시된 관찰방향과 표시면의 법선을 포함하는 평면내의 방위(16)와 상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 방향(14) 사이의 각(θ4)의 각 각도를 변경하면서 반사형 액정표시의 휘도, 콘트라스트, 색도를 종합평가하였다. 평가결과를 도 15에 나타낸다. 이 결과로부터, θ4를 0도 이상 30도 이하 또는 180도 이상 210도 이하로 설정함에 의해, 밝음, 콘트라스트, 무채색축으로부터의 색차가 매우 뛰어난 고품위 반사형 액정 표시 장치가 실현됨을 확인하였다.
〔구체예 8〕
구체예 8에서는, 액티브 매트릭스 구동 시스템과 매끄러운 요철을 갖는 광반사막을 이용한 예에 관해서 설명한다.
도 16은 본 구체예 8의 반사형 액정 표시 장치의 구성을 나타낸 주요부 단면도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 이 반사형 액정 표시 장치(16)는 제 1 기판(5)과 투명한 유리로 된 제 2 기판(4)을 구비하고, 제 1기판(5)상에 액티브 스위칭 소자로서 TFT 소자(17)가 각 화소에 형성되어 있다. TFT 소자(17)나 구동용 배선(도시 안됨)상에는 층간절연막(18)이 형성되고, TFT 소자(17)의 드레인단자(도시 안됨)와 광반사성 화소전극(19)은 콘택트홀을 통해 전기적으로 접속된다. 광반사성 화소전극(19)상에는, 배향막(3)이 100nm의 두께로 형성되어 있다.
여기서, 광반사성 화소전극(19)은, 예컨대 알루미늄, 니켈, 크롬, 은이나, 이들중 하나 이상을 포함하는 합금등의 도전성 금속 재료로 형성될 수 있고, 광의 반사성을 갖는 것이다. 또한, 광반사성 화소전극(19)의 형상은, 콘택트홀의 부분을 제외하면 매끄러운 요철을 가지며, 이로써 금속 반사면이 경면으로 작용함을 방지하고 있다.
다음, 광반사성 화소전극(19)의 형성방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
상기 TFT 소자(17) 및 구동용배선(도시 안됨)이 미리 형성된 기판(5) 표면에, 감광성 수지 재료로 된 대돌기(20) 및 소돌기(21)를 각각 다수형성하였다. 이들 대돌기(20) 및 소돌기(21)는 밑바닥 직경(Dl,D2)(도 16 참조)을 원형의 패턴으로 포토리소그라피 기술에 의해 다수 형성한 것이다. 상기 Dl, D2는 각각 예컨대 5μm 및 3μm로 설정되어 있다. 또한, 이들의 간격(D3)은 적어도 2μm 이상으로 설정되어 있다. 또한, 이들 돌기의 높이는, 감광성 수지재료로 된 막의 형성시에 제어될 수 있고, 본 구체예에서는 1.5μm로 하고, 그후의 노광공정 및 소성공정에 의해 돌기의 헤드를 완만하게 형성하였다.
그후, 상기 돌기(20,21)를 피복하여, 이들 돌기(20,21) 사이의 평탄부를 매립하도록, 동일의 감광성 수지재료로 평탄화막(22)을 형성하였다. 이렇게 하여, 평탄화막(22)의 표면은 돌기(20,21)의 영향을 받아서, 매끄러운 곡면상으로 형성되어, 원하는 형상이 얻어졌다. 또한, 상기 콘택트홀 부분에는 돌기 및 평탄화막(22)중 어느 것도 형성되지 않도록 제조하였다.
이상과 같은 구조의 TFT 소자 기판(23)을 제조함에 의해, 광반사성 화소전극(19)이 반사판을 겸하여 액정층(1) 가까이 배치되므로, 시차를 발생시키지 않고, 또한 액정층(1)을 통과하여 광반사성 화소전극(19)에 의해 반사되는 광이 TFT 소자(17)나 소자구동용배선(도시 안됨) 부분에 의해 손상되지 않는, 소위 개구율이 높은 밝은 반사형 액정 표시 장치의 TFT 소자기판(23)을 실현하였다.
한편, 상기 TFT 소자기판(23)과 동시에 사용되는 다른쪽의 기판에는, 반사방식에 따라 고휘도 칼라필터(24)를 배치하였다. 이 칼라필터(24)에는 각 화소 사이의 빛깔의 혼합을 방지하여, 화소전극 사이의 전압 미인가부나 전계 흐트러짐에 따른 암표시에서의 반사광의 누설을 방지하는 블랙매트릭스(25)를 배치하고 있다.
이 블랙매트릭스(25)는, 그곳으로 입사하는 광이 이미 대략 원편광으로 되어 있고, 블랙매트릭스(25)에 의한 반사광은 출사시에 광학 위상차보상판의 작용에 의해 재차 편광판에 흡수되기 때문에, 저비용의 금속막등을 쓰더라도블랙매트릭스(25)가 반사광을 발생시켜 시인성을 악화시키지 않았다. 또한, 블랙매트릭스(25)에 저반사처리를 하면, 보다 고콘트라스트의 표시에 적합함은 말할 필요도 없다.
이 칼라필터(24)상에, 투명전극(6)으로서 ITO(Indium Tin 0xide)를 스퍼터링 기술에 의해 마스크 퇴적하여, 140nm 두께의 원하는 패턴을 갖는 TFT 소자 구동용의 광반사성 화소전극(19)의 대향전극(6)을 형성하였다. 그리고, 그 위에 배향막(2)을 형성하여, 칼라필터 기판(26)을 형성하였다.
또한, 투명전극(6)이 140nm 두께가 아니더라도, 투명전극(6)의 막두께의 간섭효과로 액정층(1)에 도달하지 않고 반사하는 입사광의 일부는 광학 위상차 보상판(8,9)과 편광판(10)에 의해 흡수되기 때문에, 암상태에서 악영향이 없고, 시인성을 손상하지 않는다.
또한, 이때에 사용되는 칼라필터(24)는, 편광판을 이용한 고콘트라스트 표시 모드에 적합한 휘도가 되도록 적절하게 설계되고, 블랙매트릭스(25)의 개구율이 90%인 경우에, 칼라필터기판(26)의 투과율이 Y값에서 50% 이었다.
이와 같이 준비된 TFT 소자기판(23)과 칼라필터기판(26)에, 러빙법에 의해 배향처리를 실시하여, 액정층(1)의 두께를 보유하기 위한 플라스틱 스페이서(도시 안됨)의 배치, 및 테두리부의 시일 재료 배치 공정을 실행한후대향배치하고, 가압하에 경화시켜 밀봉하여, 액정주입용 액정셀을 준비 하였다. 또한, 액정층(1)에는, 유전이방성(△ε)이 정인 액정재료를 진공주입법으로 도입하였다. 그후, 액정 표시 장치의 방위의 표현은, 상기 장치에 대향하는 관찰자에 의해 관찰할때, 시계의 문자판의 방향으로, 상향 방위를 12시 방향으로서 나타낸다.
상기 칼라필터기판(26)의 액정층(1)과 반대측에는, 폴리비닐알콜로 된 배향막으로 된 광학 위상차 보상판(8) 및 광학 위상차 보상판(9)이 설치되고, 또한 그 위에는 편광판(10)이 배치되어 있다.
본 구체예에서, 원편광판(100)을 구성하는 편광판(10), 광학 위상차 보상판(8), 및 광학 위상차 보상판(9)의 배치는 도 17에 도시된 바와 같이 설정하였다. 또한, 도 17에 있어서, (11)은 편광판(10)의 투과축방위, (12)는 광학 위상차 보상판(9)의 위상축 방위, (13)은 광학 위상차 보상판(8)의 위상축 방위, (14)는 칼라필터기판(26)상에 형성된 배향막(2)에 접촉하는, 즉 배향막(2) 근방의 액정분자의 배향 방위, (15)는 TFT 소자기판(23)상에 형성된 배향막(3)에 접촉하는, 즉 배향막(3) 근방의 액정분자의 배향 방위를 각각 나타낸다. 여기서, 칼라필터기판(26)상의 배향막(2)의 배향처리방위(14)는 상기 장치에 대해 3시 방위로 되도록 제조하였다.
그리고, 이들의 배치관계는, 도 17에 도시된 바와 같이, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방위(11) 사이의 각도(θ3)를 130°로 하였다.
또한, 액정층(1)은 액정재료 도입후에 4.0∼5.0μm의 두께가 되도록 조정된 액정층을 이용하고, 액정은 △n이 0.0667의 것을 이용하여, 액정층 두께와 복굴절율차의 곱을 대략 300nm이 되도록 설정하였다. 액정층(1)의 두께는, 광반사성 화소전극(19)의 요철 때문에, 위치에 따라 다른 값을 갖는다.
또한, 이와 같이 제조된 액정표시패널의 주위에 구동용 회로를 실장하여, 반사형 액정 표시 장치로 완성하였다.
본 구체예의 반사형 액정 표시 장치에서는, 광반사성 화소전극(19)이 액정층(1) 근방에 배치되어 있기 때문에, 시차가 없고, 양호한 고해상도 표시가 실현되었다. 반사광은, 광반사성 화소전극(19)에 제공된 요철 형상에 의해, 관찰자의 얼굴이 장치에 반사되지 않고, 양호한 백표시를 실현하였다. 또한, 랜덤하게 반사되는 입사광이 액정 표시 장치의 전면에 배치되지 않기 때문에, 액정표시장치는 양호한 암상태를 나타내며, 이로써 고콘트라스트비의 표시가 얻어진다.
또한, 고휘도의 칼라필터(24)를 사용하였기 때문에, 편광판을 이용하더라도, 충분한 휘도가 확보될 수 있고, 암상태에서의 반사율이 낮으며, 이 암상태에 선택된 색요소에 의한 반사광과 명상태에서 선택된 색요소의 반사광이 동시에 관찰되므로 색순도가 악화되지 않는다. 이로써, 고휘도의 칼라필터(24)에서 색채도가 낮음에도 불구하고, 칼라필터(24)의 색재현범위를 손상하지 않고 양호한 색재현성이 이루어진다.
또한, 각 화소에 인가되는 전압이 암상태와 명상태의 중간상태로 설정됨에 따라, 중간조의 재현에도 문제가 없다. 따라서 칼라필터(24)의 각 색의 중간색채의 표현에도 문제가 없었다. 또한, 실제의 구동에 있어서도 응답속도는 동화상 재현에 문제가 없는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 다계조 표시가 가능하고, 동화상 표시가 가능하며, 양호한 색재현범위를 확보한 반사형 액정 표시 장치가 실용적인 제조법에 의해 실현되었다.
〔구체예 9〕
구체예 9로서, 면내에 이방성을 갖는 요철 형상의 광반사막을 제조함으로써 휘도를 향상시키고 휘도가 높은 방위에 대한 액정층의 경사시각이 양호한 방위를 향하게 하는 예에 대해서 설명한다.
구체예 9에서는, 구체예 8에서 제조한 반사형 액정 표시 장치의 광반사성 화소전극(19)의 요철형상을, 다른 패턴으로 제조하여, 반사성전극이 형성된 평면의 방위에 따라 요철형상이 변경되도록 하였다.
본 실시예에서는, 상기 조건을 만족하는 패턴으로서, 도 18에 주요부 확대 평면도로 나타낸 바와 같이, 요철형상은 원형이 아니라 타원형이고, 방향성을 갖는 것으로 제조하였다. 이 요철형상을 가진 광반사막으로 구성된 광반사판의 반사특성을, 도 19에 나타낸 측정계를 이용하여 측정하였다. 요컨대, 도 19에 나타낸 바와 같이, 조명광을 30°경사방위로 입사시키고, 광반사판면의 법선방위로 향하는 반사광강도를 상기 광원을 회전시킴에 의해 측정하여 반사 이방성을 측정하였다.
그 결과는 도 20에 나타낸 바와 같이 되어, 특정한 방향으로부터의 광을 효율적으로 액정 표시 장치 정면으로 향하게 하는 것이 확인되었다. 그러나, 액정재료의 굴절율이 공기와 크게 다른 것을 고려하여, 측정시에는 광반사판면에 굴절율 1.516의 임머젼 오일(매칭오일)을 떨어뜨리고, 그 위에 투명한 유리판을 부착하여 측정하였다. 또한, 측정치는, Mg0로 된 표준확산판(표준백색판)상에서 동일하게 측정한 경우의 값이 100%가 되도록, 환산하여 얻어진 것이다. 도 20에서, 곡선(20-1)은 본 구체예의 이방성 확산성 반사판의 측정환산치이고, 곡선(20-2)은 구체예 8에서 사용된 것과 같은 확산성 반사판과 동일한 측정환산치이다.
이 결과, 도 20에 나타낸 바와 같이, 곡선(20-1)에서는, 본 구체예의 요철형상의 평균주기는 반사판면내의 방향에 따라 변화하고, 조명광의 입사방위(ø)의 변화에 따라, 반사휘도(반사광 강도)가 크게 변화하고 있다. 이에 대하여, 요철형상에 이방성이 없는 반사판(구체예 8)에 의한 곡선(20-2)에서는, 그의 조명광의 입사방위(ø)의 변화에 따른 반사휘도(반사광 강도)의 변화가 크지 않다.
이들 결과로부터, 본원 발명자들은, 반사휘도를 높이기 위해서는, 본 구체예에서 이용되는 반사판과 같이, 평균 요철 주기가 반사판 표면내의 방위에 따라 변화하는, 방향의존성(이방성)이 유력한 수단으로 됨을 발견하였다. 또한, 도 20에서 ø=90°및 270°의 방위가 요철형상의 평균주기가 짧은 방위이고, 이와 같이, 평균주기가 짧은 방위로부터의 조명광의 반사휘도가 높은 것이 확인된다.
이러한 특징을 갖는 광반사판을 구비한 TFT 소자기판(23), 구체예 8과 같이 제조된 칼라필터기판(26)상에, 구체예 8과 같은 방식으로 배향막(2,3)을 형성하고 배향처리를 하여(트위스트각 70°), 4종류의 샘플을 제조하였다.
이들의 샘플에서는 편광판(10), 광학 위상차 보상판(8), 및 광학 위상차 보상판(9)의 배치가 다르고, 그들의 배치는 도 21(a)∼(d)에 나타낸다. 또한, 도 21(a)∼(d)에서, 상기 도 17과 같이, (11)은 편광판(10)의 투과축방위, (12)는 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위, (13)은 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위,(14)는 칼라필터기판(26)상에 형성된 배향막(2)에 접촉하는, 즉 배향막(2) 근방의 액정분자의 배향방위, (15)는 TFT 소자기판(23)상에 형성된 배향막(3)에 접촉하는, 즉 배향막(3) 근방의 액정분자의 배향방위를 각각 나타내며, 상기 도면은 액정 표시 장치의 입사광 방위에서 관찰한 것이다.
즉, 도 21(a)에 나타낸 샘플에서의 배치관계는, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(8)과 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방위(11) 사이의 각도(θ3)를 130°로 한 것으로, 이 샘플을 샘플(#9a)로 한다(상기 구체예 8과 동일함). 또한, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)을 3시 방향으로 평행하게 설정하고 있다.
또한, 도 21(b)에 나타낸 샘플에서의 배치관계는, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방위(11) 사이의 각도(θ3)를 130°로 한 것으로, 이 샘플을 샘플(#9b)로 한다. 또한, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)을 12시 방향에 평행하게 설정하고 있다.
또한, 도 21(c)에 나타낸 샘플에서의 배치관계는, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방위(11) 사이의 각도(θ3)를 40°로 한 것으로, 이 샘플을 샘플(#9c)로 한다. 또한, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)을 3시 방향에 평행하게 설정하고 있다.
또한, 도 21(d)에 나타낸 샘플에서의 배치관계는, 편광판(10)의 투과축방위(11)와 광학 위상차 보상판(8)의 위상축방위(13) 사이의 각도(θ1)를 75°, 편광판(10)의 투과축방향(11)과 광학 위상차 보상판(9)의 위상축방위(12) 사이의 각도(θ2)를 15°, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)과 편광판(10)의 투과축방위(11) 사이의 각도(θ3)를 40°로 한 것으로, 이 샘플을 샘플(#9d)로 한다. 또한, 칼라필터기판(26)상의 액정분자의 배향방향(14)을 12시 방향에 평행하게 설정하고 있다.
또한, 이들 샘플은, 광반사판상에 형성되는 요철형상 패턴 제조 공정이외는 상기 구체예 8과 같이 제조된 것이다.
이러한 요철형상의 광반사판을 가지는 각 샘플의 반사형 액정 표시 장치를, 육안으로 관찰한 바, 정면방향에서 관찰하면, 각 샘플(#9a∼#9d)에서는, 상기 구체예 8의 것보다 더 휘도가 높은 표시가 실현되어, 이방성 요철의 휘도향상 효과가 발견되었다. 이때, 반사휘도가 높은 것은, 12시 방향 또는 6시 방위로부터 조명광이 입사된 경우이었다. 또한, 정면방위로부터 조사하고, 경사방위로부터 관찰하여도, 마찬가지로 12시 방위 또는 6시 방위에서 휘도가 높았다.
또한, 이들 샘플의 액정 표시 장치에 정면방위로부터 조명광을 입사시키고, 정면보다 45도 경사진 여러가지의 방위로부터 관찰한 바, 샘플(#9a)과 샘플(#9d)에서는, 반사휘도가 높은 경사방위인 6시 방위 및 12시 방위에서 양호한 표시가 실현되고, 또한 동일한 방위에서 양호한 콘트라스트의 표시가 실현되는 한편, 휘도가 높은 경사 관찰방위로부터 관찰할때 특히 경사에 따른 표시의 변화는 느껴지지 않았다. 한편, 샘플(#9b)과 샘플(#9c)은 휘도가 높은 방위인 6시 방위 또는 12시 방위에서 관찰할때 표시의 콘트라스트비의 악화가 관찰되었다.
이는, 액정표시변조층(액정층 1)의 시인성이 우수한 시야각방위는, 3개의 다른 θ3의 값에 따라 변경됨을 나타내고 있다. 또한, 상기 시인성이 양호한 방위를 상기 광반사판의 이방성 요철형상의 휘도가 높은 방위와 일치시킨 샘플(#9a) 및 샘플(#9d)에 의해, 본 발명의 편광판, 광학 위상차 보상판 및 액정변조층(액정층)이 높은 콘트라스트비를 갖는 고품위표시가 가능하게 되었다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치의 주된 사용환경에 따라 본 구체예에서 사용하는 광반사판의 이방성 요철형상의 방위를 다른 방위로 설정하는 것도 가능하고, 또한 그 경우에는 동일효과를 얻도록 액정배향, 편광판 및 광학 위상차 보상판에 의해 형성된 각이 고휘도를 제공하는 방위와 경사 시야각 특성이 양호한 방위가 동일하게 되도록 설정해야 한다.
〔구체예 10〕
다음, 구체예 10으로서, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치의 주된 이용분야인 디지털 기기에 탑재되는 정보입력수단으로서의 터치패널을 포함한 반사형 액정표시 장치의 실시예에 대해서 설명한다.
먼저, 본 구체예에서 이용한 터치 패널의 주요부의 개략적인 구성을 도 22에 단면도로서 나타낸다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 이 터치패널(31)은 압압위치 검출용의 투명전극(30)이 형성된 지지기판(28) 및 압압위치 검출용의 투명전극(29)이 형성된 가동기판(27)을 포함하며, 상기 전극(29,30)이 그들 사이의 에어갭을 통해 대향하도록 배치되어 구성되는 평면상 감압소자이다. 또한, 가동기판(27) 및 지지기판(28)은 모두 복굴절을 갖지 않는 것을 이용하였다.
본 구체예의 개략적인 구조를 도 23의 주요부 단면도로 나타낸다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 본 구체예의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치는, 터치패널(31)의 가동기판(27)상에, 광학 위상차 보상판(8), 광학 위상차 보상판(9), 및 편광판(10)을 부착하여, 이들이 상기 구체예 8에서 편광판(10) 및 광학 위상차 보상판(8,9)이 첨부되어 있지 않은 것과 동일한 구조의 액정 구동 셀의 표시면측에 배치된 것이다.
이때, 액정층(1)의 배향방위, 편광판(10) 및 광학 위상차 보상판(8,9)의 배치는 상기 도 17에 나타낸 바와 같은 방식(구체예 8)이고, 또한 터치 패널 이외의 구성은 동일하다. 또한, 터치 패널의 지지기판(28)과 반사형 액정 표시 장치의 칼라필터기판(26) 사이의 간격을 일정히 유지함에 의해 압압력 전달 방지 효과를 갖게 하도록, 에어갭(32)을 설치하여, 압압력 완충 부재를 이용하지 않고 경량으로 터치패널로의 압압력이 칼라필터기판(26)에 전파되지 않도록 구성하였다.
또한, 비교예로서, 도 24에 주요부 단면도로서 나타낸 바와 같은 구조의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치를 제조하였다. 즉, 비교예의 구조는, 상기 구체예 8의 구조를 가진 액정표시장치의 편광판(10)의 상부에, 도 22에 나타낸 터치패널(31)을 배치한 것이다. 따라서, 본 구체예와 비교예에서 다른 점은, 터치 패널(31)의 상대적인 위치뿐이다.
다음에, 이들 본 구체예와 비교예의 비교를 하였다. 우선, 비교예의 경우는, 터치패널에서의 반사광 성분이 직접 관찰되어, 시인성을 크게 열화시키었다. 이 반사광은, 압압위치 검출용 투명전극(29,30) 사이에 삽입된 갭에 의한 것 뿐만이 아니라, 터치패널 지지기판(28)과 편광판(10) 사이에 삽입된 갭에 의해서도 발생되고 있었다.
이에 대하여, 본 구체예의 경우는, 비교예에서 발생하였던 것 같은 반사광 성분은 전혀 관찰되지 않고, 터치패널을 이용하지 않은 경우(구체예 8)와 마찬가지로, 대단히 양호한 표시를 나타낸다. 그리고, 본 구체예에서는, 비교예와 같이, 터치패널의 압압위치 검출용 투명전극(29,30) 사이에 삽입된 갭에 의한 반사광도 관찰되지 않았다.
또한, 압압력 전파 방지용 에어갭(32)과 터치패널 지지기판(28) 사이의 계면, 및 터치패널 지지기판(28)과 액정 표시 장치의 칼라필터기판(26) 사이의 계면에의한 반사도 관찰되지 않았다. 따라서, 구체예 10에 의하면, 압압력 완충부재가 불필요하므로 경량으로 되며, 또한, 표시장치가 입력장치의 반사방지수단에 의한 원편광상태를 유효하게 표시에 이용할 수 있는, 입력장치(터치패널)를 포함하는 반사형 액정 표시 장치가 실현되었다.
또한, 상세하게 나타내지 않았지만, 터치패널(31)의 가동기판(27)을 생략하고, 광학 위상차 보상판(8)의 액정층(1)측에 투명전극(29)을 직접 배치하여, 보다 간편하고 경량인 구성도 가능하였다.
〔실시예 2〕
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 설명의 편의상, 상기 실시예 1에서 나타낸 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 병기하며, 그 설명을 생략한다.
지금까지는, 액정층에 고전압을 인가한 경우에 대해서는, 액정층에 편광변환작용이 없고, 이와 같은 조건하에서 양호한 특성이 얻어진 예를 기재하였지만, 액정에 인가되는 전압이 유한의 전압으로 됨을 고려하여, 최적화를 행하는 것이 더 효과적이다.
우선, 상기 도 1을 참조하여 설명하면, 액정에 인가되는 전압의 최대치에서 흑표시를 실현하지만, 이때의 액정은 완전하게 기판법선방향으로 배향되어 있지 않고, 액정의 배향에는 기판(4,5)에 평행한 성분이 남게 되는 효과를 고려해야 한다. 이를 고려한 암표시의 조건은, 지금까지와 같이, 액정에 실용상의 최대전압을 인가한 상태에서, 편광판(10)으로 입사한 광이, 광학위상차 보상판(8,9)과 액정층(1)을 모두 통과한 단계에서 원편광으로 되는 것이다.
이때 액정층(1)에는, 실용상의 최대전압이 인가되기 때문에, 거의 편광변환작용이 생기지 않는 상태로 되어 있지만, 기판에 평행한 액정배향의 성분에 따라서 약간의 편광변환작용(이하, 잔류위상차라 함)이 남게 되며, 이에 적합하도록, 광학 위상차 보상판(8,9)을 지금까지의 조건으로부터 약간변경함으로써, 실용상의 최대전압에서 양호한 암표시가 실현된다.
한편, 이와같이 하여 양호한 암표시를 실현하도록 최적화된 광학 위상차 보상판(8,9)과 액정층(1)의 배향을 이용하여 양호한 명표시를 얻는 조건은, 마찬가지로, 반사판(3)면상에서의 편광상태가 직선편광인 것이지만, 그것을 실현하는 액정층(1)의 설계 파라미터는, 지금까지의 액정의 잔류 복굴절이 무시할 수 있는 정도로 충분한 고전압이 인가될 수 있다는 동일한 가정하에 결정된다.
즉, 액정의 잔류위상차에 따라 약간 변경된 광학 위상차 보상판(8,9)을 이용하는 경우, 액정층(1)의 설정은, 변경 이전의 액정층(1)의 설정으로부터 크게 벗어나지 않고, 지금까지의 설정에 근거하여 예견가능하다.
도 25에, 본 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 이 반사형 액정 표시 장치는, 상기 실시예 1의 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 원편광판(100)의 광학 위상차 보상판(8)과 기판(4) 사이에, 액정층(1)의 잔류위상차를 상쇄하기 위해서 제 3 광학 위상차 보상판(101)이 설치되어 있는 구성이다. 도 26에, 이 반사형 액정 표시 장치의 3장의 광학 위상차 보상판(8,9,101)의 배치의 일예를 나타낸다.
액정층(1)의 잔류위상차의 위상축에 있어서, 액정층(1)의 트위스트각이 본 발명에 따른 트위스트 각의 설정 범위의 중간 부근인 트위스트 각 70도로 설정되면, 액정층(1)의 기판(4,5)의 중앙들 사이의 액정배향방향에 평행한 위상축의 복굴절성분이 잔류한다. 이를 상쇄하기 위해서, 이 액정배향과 직교하는 방위로 위상축을 갖는 광학 위상차 보상판을 제 3 광학 위상차 보상판(101)으로서 배치하는 것이 적합하다. 그의 리타데이션 량은, 액정에 인가되는 최대전압에 따르지만, 대략 10 내지 50nm 전후로 설정하면, 액정층(1)의 잔류위상차를 상쇄할 수 있다.
계속해서, 도 25의 반사형 액정 표시 장치에 대하여, 시야각의 개선을 함으로써, 양호한 표시를 실현하는 방법을 더 검토한다.
도 25의 반사형 액정 표시 장치에서는, 실제로 구동되는 전압의 최대치에서 양호한 암표시를 실현하고, 이 방식으로 양호한 표시가 얻어지는 방법에 있어서는, 액정층(1)에 충분한 전압이 인가된 상태에서, 액정의 잔류복굴절을 상쇄하는 것이 효과적이다.
이 때문에, 액정층(1)의 잔류복굴절을 양호하게 상쇄할 수 있는 관찰각도 범위를 확대함에 의해, 시야각의 확대가 가능하다. 이를 실현하기 위해서는, 액정 배향의 3차원 배치를 고려한 광학 위상차 보상판의 사용이 효과적이다.
도 27에, 액정층(1)의 실구동상태에서의 3차원 배향을 개략적으로 나타낸다. 또한, 도 27은 도 25의 반사형 액정 표시 장치에서의 액정 배향을 실제 배향에 더 정확하게 한 것이다. 이 상태에서, 표시면 법선방향으로 액정층(1)을 통과하는 광에 대해서는, 통상의 평면내에 위상축 방위를 갖는 1축성의 광학 위상차 보상판으로 잔류 복굴절의 상쇄가 가능하게 되지만, 액정층(1)을 경사지게 통과하는 광에 대해서는, 액정층(1)의 배향의 경사를 고려한 광학 위상차 보상판의 사용이 효과적이다.
우선, 액정이 대략 기판(4,5)에 수직하게 배향하고 있으므로, 액정층(1)의굴절율은, 기판법선방향의 전계에 대한 성분이 커지게 된다. 이것을 상쇄하기 위해서는, 제 3 광학 위상차 보상판(101)의 층두께 방향의 전계에 대한 굴절율이 작은 특성을 갖는 광학 위상차 보상판이 효과적인데, 광학 위상차 보상판(101)으로서 광학적으로 1축성이고 막두께방향의 전계에 대한 굴절율이 막면방향의 전계에 대한 것 보다 작은 광학 위상차 보상판을 사용 함으로써 이를 실현한다. 또한, 상기 액정층의 층표면 방향의 잔류위상차를 상쇄시키도록, 광학적으로 2축성인 굴절율 타원체로 된 광학 위상차 보상판(10)을 사용할 수 있다.
또한, 더 엄밀하게는, 액정배향이 기판(4,5)에 완전히 수직이 아닌 점을 고려하는 것이 효과적이다. 특히, 확산성 반사막, 또는 반사막이 반사형 액정 표시 장치의 표시면에 대하여 경사지게 배치되는 경우, 또는 보다 일반적으로, 표시면의 정반사방향과 다른 방향으로 광을 반사시키는 작용을 갖는 반사면을 이용한 경우에는, 액정층(1)을 통과하여 광반사막(7)에 도달하기까지의 광로와, 광반사막(7)으로부터 액정층(1)을 통과하는 출사시의 광로 각각에 대하여 액정의 잔류복굴절을 상쇄시키는 것이 양호한 시야각의 실현에 효과적이다.
도 28을 참조하여 더 상세하게 설명한다. 도 28에 도시한 바와 같이, 반사형 액정 표시 장치의 정면방향의 관찰자에 대하여 주위의 조명광(A)이 이용되는 경우로부터, 조명광(B)이 주로 이용되는 경우로 조명환경이 변화하는 경우를 생각한다.
이때, 관찰자와 액정 표시 장치의 위치가 고정되어 있음에도 불구하고, 주위의 조명광의 변화에 의해서, 암표시의 휘도나 색상이 변화하게 된다. 이는, 액정층(1)을 통과하는 광로의 방향에 따라 액정의 잔류복굴절의 상쇄의 정도가 변화하기 때문이고, 이를 방지함으로써 더욱 양호한 표시가 실현된다.
〔구체예 11〕
구체예 11로서, 상기 도 25에 도시된 구성의 반사형 액정 표시 장치를, 표 6에 기재한 파라미터로 제조하여, 2개의 샘플(#1la,#11b)을 얻었다.
각 샘플(#11a,#1lb)의 전압 대 반사율곡선을 도 29에 도시한다. 비교를 위해, 구체예 3의 반사형 액정 표시 장치의 전압 대 반사율곡선도 기재하고 있다.
이제, 본 구체예의 샘플(#11a)에서는, 명표시의 반사율이 약간 감소되지만, 양호한 암표시가 실현되고 있다. 또한, 샘플(#11b)에서는, 휘도의 저하도 없고, 양호한 암표시가 실현되고 있다.
여기서, 광학 위상차 보상판의 사용매수를 삭감함으로써, 더욱 저비용으로 이들의 구성예와 같은 액정 표시 장치를 제조하는 것을 목적으로, 광학 위상차 보상판(101)과 광학 위상차 보상판(8)의 2장의 작용을 광학 위상차 보상판 1장으로 실현하기 위한 검토를 하였다.
이때, 2장의 광학 위상차 보상판이 위상축을 평행하게 배치하여 적층되어 있는 경우에는, 상기 2장의 광학 위상차 보상판 각각의 리타데이션의 합의 리타데이션을 갖는 1장의 광학 위상차 보상판으로 2장의 광학 위상차 보상판을 대체할 수 있고, 또한, 2장의 광학 위상차 보상판이 그들의 위상축을 직교하게 배치하여 적층되어 있는 경우에는, 2장의 광학 위상차 보상판의 리타데이션의 차의 리타데이션을 갖는 1장의 광학 위상차 보상판으로 2장의 광학 위상차 보상판을 대체할 수 있음을 이용하였다.
요컨대, 본 구체예의 샘플(#11b)에서의 광학 위상차 보상판(8)과 광학 위상차 보상판(101)은 근접하여 적층 배치되고, 또한 위상축방위가 직교하게 배치되어 있기 때문에, 이들 2장의 관학 위상차 보상판의 리타데이션의 차의 리타데이션을 갖는 1장의 광학 위상차 보상판으로 상기 2장의 광학 위상차 보상판의 대체가 가능하다. 즉, 광학 위상차 보상판(8)의 리타데이션의 변경에 의해서, 샘플(#11a,#11b)등과 동일한 효과가 발생한다.
이 효과를 확인하기 위해, 샘플(#11c,#11d)을 제조하였다. 이들의 각 샘플 (#11c,#11d)은, 상기 실시예 1의 도 1과 같은 단면 구조를 갖고 있다. 각 샘플(#11c,#11d)에서의 광학 위상차 보상판(8,9)의 배치를, 표 7에 나타낸다.표 7각 샘플(#11c,#11d)에서의 전압 대 반사율곡선은, 도 29에 나타낸 샘플(# 11b)과 동일하다.이에 의해, 액정에 인가되는 실용상의 최대전압에서, 액정의 잔류위상차를 상쇄하기 위한 제 3 광학 위상차 보상판을 추가함으로써 보다 양호한 특성이 실현되는 것으로 나타났다. 또한, 2장의 광학 위상차 보상판을 이용하는 경우에도, 리타데이션의 조정에 의해서, 동일한 효과가 실현가능함을 확인하였다. 요컨대, 실제의 구동을 고려한 광학 위상차 보상판의 추가 또는 조정을 함으로써, 보다 양호한 흑표시가 실현됨을 확인하였다.
〔구체예 12〕
구체예 12로서, 액정층(1)의 잔류 복굴절을 보다 많은 방위에 대해 상쇄할 수 있도록, 제 3 광학 위상차 보상판(101)으로서, 광학적으로 1축성이고 경사진 광축을 갖는 광학 위상차 보상판을 배치하여, 도 30에 나타낸구성의 반사형 액정 표시 장치를 실현하고, 이를 샘플(#12a)로 하였다. 또한, 제 3 광학 위상차 보상판(101)으로서 2축성 광학 위상차 보상판을 이용하여, 도 31에 나타낸 구성의 반사형 액정 표시 장치를 실현하고, 이를 샘플(#12b)로 하였다.
이 예에서는, 광학 위상차 보상판(101)의 굴절율 타원체가 기판에 대해 경사되어 있지 않다.
여기서, 도시하지 않고 있지만, 광의 확산성을 갖도록 광반사막(7)으로서, 도 16의 반사형 액정 표시 장치와 동일한 요철 금속 반사판을 이용하고 있다.
또한, 샘풀 #12c로서, 광학 위상차 보상판(101)으로 정의 1축성 광학 위상차 보상판을 이용한 것 이외에는, 샘플(#12a,#12b)과 같은 구성을 갖는 반사형 액정 표시 장치를 제조하였다.
각 샘플(#12a∼#12c)의 광학소자의 배치를 표 8에 나타낸다.
* 샘플(#12a,#12b)에서의 광학 위상차 보상판(101)의 방향은, 광학 위상차 보상판의 x 방향의 첨부 방위를 나타낸다. 또한, 광학 위상차 보상판(101)의 리타데이션은, 기판법선방향으로 전파하는 광이 x 방향을 위상축으로 하여 생기는 값이다.
또한, 각 샘플(#12a∼#12c)의 시야각의 평가 결과를 표 9에 기재한다.
샘풀#12a에 이용되는 광학 위상차 보상판(101)은 연신 공정에 의해 굴절율 타원체가 경사지도록 제조되어, 정면방향으로 투과하는 광선에 대한 리타데이션이 30nm 정도가 되도록 제조되어 있다.
도 30에 도시된 바와 같이, 이 필름은 전계의 z성분에 대한 굴절율만이 다른 x 및 y 성분에 대한 굴절율보다도 작은 부의 1축성을 나타내며, 또한, 상기 z 방향이 평면상 필름의 광학 위상차 보상판(101)의 면의 법선방향에서 경사져 있다. 광학 위상차 보상판(101)은 상기 z 방향이 실용상의 최대전압에 있어서의 액정배향의 방위에 가깝게 되도록 배치되어, 광학 위상차 보상판(101)의 정면방향의 광에 대해서는, x 방향이 위상축으로서 작용한다.
이 광학 위상차 보상판(101)은, 광학작용층의 두께를 d101로 하고, 도 30에 도시된 x, y, z 방향의 굴절율을 각각 nx, ny, nz으로 하면, (ny-nz) d101= (nx-nz) d101= 300 nm 이었다.
또한, 액정층(1)의 3차원 배향을 정밀하게 상쇄하도록, 네마틱 액정성배향, 또는 디스코틱 액정성배향을 고정화한 고분자 필름을 이용하더라도 좋은 것은 말할필요도 없다.
샘플(#12b)로 이용한 광학 위상차 보상판(101)은, 연신 공정의 연구에 의해 2축성의 굴절율 타원체로 되도록 제조되어 있고, 정면방향으로 투과하는 광축에 대한 리타데이션이 30nm 정도가 되도록 제조되어 있다.
도 31에 도시된 바와 같이, 이 필름은, 전계의 각 성분에 대한 굴절율이, 큰 것으로부터 x성분, y성분, z성분이 된다. 또한, (nx-ny)d101= 30nm, (ny-nz) d101= 300nm 이었다.
표 9에 나타낸 바와 같이, 명표시는 어느것이나 백표시이지만, 암표시는, 양호한 것으로부터, 샘플 #12a, #12b, #12c가 되었다. 또한, 전체의 평가는 양호한 것으로부터, 샘플 #12a, #12b, #12c의 순서로 되었다. 이는, 백표시에 있어서도 특성이 변동하고 있지만, 시각적인 변화가 없기 때문이다. 이에 대하여, 흑표시에 있어서는, 시각적인 변화가 크고, 전체의 평가에 영향을 주었기 때문이다.
이상과 같이, 액정의 3차원 배향을 고려한 광학 위상차 보상판의 연구에 의해서, 양호한 시야각의 액정 표시 장치가 실현되는 것을 확인하였다. 또한, 광학 위상차 보상판(8,9)을 2축성으로 함으로써, 보다 양호한 암상태가 실현되는 것을 확인하였다.
또한, 본 구체예에 있어서도, 구체예 11에서와 같이, 저비용화를 위해, 광학 위상차 보상판(8)과 광학 위상차 보상판(101)의 기능을 동시에 갖는 위상차 보상 필름이 사용가능한 것은 말할 필요도 없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 의하면, 광반사막등의 광반사판의 반사면을 액정층측에 설치할 수 있어서, 양호한 암상태가 실현된다. 따라서, 시차가 없고, 고콘트라스트의 고해상도 동화상 표시가 가능한 반사형 액정 표시 장치가 실현된다.
또한, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 고휘도로 조정된 칼라필터를 이용하면, 양호한 색재현성을 갖는 고품위 반사형 칼라 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 의하면, 상기 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 터치패널을 부착한 경우에, 편광판과 2장의 광학 위상차 보상판을 조합한 터치패널을 사용함에 의해, 표시 특성에 악영향을 미치게 하는 반사광의 발생을 방지하여, 터치패널을 포함하는 고품위의 반사형 액정 표시 장치가 실현된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 의하면, 광반사막등의 광반사판의 반사면을 액정층측에 설치할 수가 있어서, 양호한 암상태가 실현된다. 따라서, 시차가 없는 고콘트라스트의 고해상도 동화상 표시가 가능한 반사형 액정 표시 장치가 실현된다.

Claims (35)

  1. 적어도 광반사 수단을 갖는 제 1 기판과 광투과성을 갖는 제 2 기판 사이에 삽입되어, 정의 유전율이방성을 가진 트위스트배향된 네마틱액정으로 이루어지는 액정층;
    적어도 1장의 직선편광판을 갖고, 자연광으로부터 좌우측중 어느 한쪽의 원편광을 선택적으로 투과하는 원편광수단을 포함하고,
    상기 제 1 기판, 액정층, 및 원편광수단이 적층배치되어 반사형 액정표시장치의 적어도 일부분을 구성하며,
    상기 원편광수단에 자연광이 입사한 경우에 원편광을 출사하는 상기 원편광수단의 주표면이 상기 액정층측에 있도록 상기 원편광 수단이 배치되며,
    상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 150nm 이상 350nm 이하이고,
    상기 액정층의 트위스트각이 45도 내지 100도의 범위인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
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  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 적어도 광반사 수단을 갖는 제 1 기판과 광투과성을 갖는 제 2 기판 사이에 삽입되어, 정의 유전율이방성을 가진 트위스트배향된 네마틱액정으로 이루어지는 액정층;
    적어도 1장의 직선편광판을 갖고, 자연광으로부터 좌우측중 어느 한쪽의 원편광을 선택적으로 투과하는 원편광수단을 포함하고,
    상기 제 1 기판, 액정층, 및 원편광수단이 적층배치되어 반사형 액정표시장치의 적어도 일부분을 구성하며,
    상기 원편광수단에 자연광이 입사한 경우에 원편광을 출사하는 상기 원편광수단의 주표면이 상기 액정층측에 있도록 상기 원편광수단이 배치되며,
    상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 85nm 이상 315nm 이하이고,
    상기 액정층의 트위스트각이 0도 이상 100도 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  18. 적어도 광반사 수단을 갖는 제 1 기판과 광투과성을 갖는 제 2 기판 사이에 삽입되어, 정의 유전율이방성을 가진 트위스트배향된 네마틱액정으로 이루어지는 액정층;
    적어도 1장의 직선편광판을 갖고, 자연광으로부터 좌우측중 어느 한쪽의 원편광을 선택적으로 투과하는 원편광수단을 포함하고,
    상기 제 1 기판, 액정층, 및 원편광수단이 적층배치되어 반사형 액정표시장치의 적어도 일부분을 구성하며,
    상기 원편광수단에 자연광이 입사한 경우에 원편광을 출사하는 상기 원편광수단의 주표면이 상기 액정층측에 있도록 상기 원편광수단이 배치되며,
    상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 90nm 이상 350nm 이하이고,
    상기 액정층의 트위스트각이 0도 이상 100도 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  19. 제1항, 제17항 및 제 18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원편광수단이, 기판법선방향의 리타데이션이 100nm 이상 180nm 이하로 설정된 제 1 광학 위상차 보상판; 기판법선방향의 리타데이션이 200nm 이상 360nm 이하로 설정된 제 2 광학 위상차 보상판; 및 직선편광판을 포함하고,
    상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축과 상기 제 1 광학 위상차 보상판의 위상축에 의해 형성된 각도를 θ1로 하고, 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축과 상기 제 2 광학 위상차 보상판의 위상축에 의해 형성된 각도를 θ2로 하였을 때, ｜2xθ2-θ1｜의 값이 35도 이상 55도 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 액정층의 트위스트각이 60도 내지 100도의 범위이고,
    상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 250nm 이상 330nm 이하이고,
    상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 20도 이상 70도 이하, 또는 110도 이상 150도 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  21. 제1항, 제 17항 및 제 18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광반사성을 갖는 제 1 기판은 광반사막을 포함하고,
    상기 광반사막은 매끄럽고 연속적으로 변화하는 요철형상을 가지며, 도전성재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광반사막의 매끄럽고 연속하여 변화하는 요철형상은 기판평면상의 방위에 따라 변하는 방향의존성을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  23. 제1항, 제17항 및 제18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원편광수단과 액정층 사이에, 액정층의 잔류위상차를 상쇄하기 위한 제 3 광학 위상차 보상판이 적어도 1장 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제 3 광학 위상차 보상판중 적어도 1장이 경사진 광축을 갖거나, 또는 내부에 연속적으로 변하는 경사방위를 갖는 3차원 배향된 광축을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  25. 제1항, 제17항 및 제18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광학 위상차 보상판은 각각, 파장 450nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(450), 파장 650nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(650), 및 파장 550nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(550)의 비가,
    1≤△n(450)/△n(550)≤1.06
    0.95≤△n(650)/△n(550)≤1
    임을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광학 위상차 보상판은 각각, 파장 450nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(450), 파장 650nm의 광에 대한 굴절율 이방성 (△n)(650), 및 파장 550nm의 광에 대한 굴절율이방성(△n)(550)의 비가,
    1≤△n(450)/△n(550)≤1.007
    0.987≤△n(650)/△n(550)≤ 1
    임을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  27. 제1항, 제17항 및 제 18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액정층의 트위스트각이 65도 이상 90도 이하의 범위이고,
    상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 250nm 이상 300nm 이하이고,
    상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 110도 이상 150도 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  28. 제1항, 제17항 및 제 18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 110도 이상 150도 이하이고,
    상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향으로부터 90도의 방향 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내의 방위로 관찰방위가 설정되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  29. 제1항, 제17항 및 제18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 20도 이상 70도 이하이고,
    상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성된 평면내의 방위로 관찰방위가 설정되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  30. 제22항에 있어서, 상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 110도 이상 150도 이하이고,
    상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향으로부터 90도의 방향 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내의 방위로 관찰방위가 설정되며,
    상기 관찰방위는 상기 광반사막의 요철이 다른 방위들에서 보다 짧은 평균 주기를 갖는 기판 평면의 방위 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내로 설정되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  31. 제22항에 있어서, 상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 20도 이상 70도 이하이고,
    상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내의 방위로 관찰방위가 설정되고,
    상기 관찰방위는 상기 광반사막의 요철이 다른 방위들에서 보다 짧은 평균 주기를 갖는 기판 평면의 방위 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면내로 설정되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  32. 제1항, 제17항 및 제18항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제 2 기판 근방의 액정분자의 배향방향과 상기 직선편광판의 투과축 또는 흡수축의 각도(θ3)가 40도 이상 60도 이하이고,
    관찰방위 및 표시면에 대한 법선에 의해 형성되는 평면상의 방위와 상기 제 2 기판 근방의 액정분자가 형성하는 각도(θ4)가 0도 이상 30도 이하, 또는 180도 이상 210도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  33. 적어도 광반사 수단을 갖는 제 1 기판과 광투과성을 갖는 제 2 기판 사이에 삽입되어, 정의 유전율이방성을 가진 트위스트배향된 네마틱액정으로 이루어지는 액정층;
    적어도 1장의 직선편광판을 갖고, 자연광으로부터 좌우측중 어느 한쪽의 원편광을 선택적으로 투과하는 원편광수단을 포함하고,
    상기 제 1 기판, 액정층, 및 원편광수단이 적층배치되어 반사형 액정표시장치의 적어도 일부분을 구성하며,
    상기 원편광수단에 자연광이 입사한 경우에 원편광을 출사하는 상기 원편광수단의 주표면이 상기 액정층측에 있도록 상기 원편광수단이 배치되며,
    상기 액정층의 액정의 복굴절율차와 액정층 두께의 곱이 150nm 이상 350nm 이하이고,
    상기 액정층의 트위스트각이 45도 내지 100도의 범위인 반사형 액정 표시 장치로 구성되는 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 원편광수단과 상기 제 2 기판 사이에 층상의 빈 공간을 구비하여 외부에서의 압압력을 감지하는 평면상 압력 감지 소자가 삽입되는 것을 특징으로 하는 터치패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  34. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 원편광 수단이, 자연광으로부터 좌우측중 어느 한쪽의 대략 원편광을 가시파장 전역에서 선택적으로 투과하는 것이고,
    액정측으로의 입사광이 광반사수단 평면내에서 임의 방향의 대략 직선 편광으로 되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  35. 제33항에 있어서, 상기 원편광 수단이, 자연광으로부터 좌우측중 어느 한쪽의 대략 원편광을 가시파장 전역에서 선택적으로 투과하는 것이고,
    액정측으로의 입사광이 광반사수단 평면내에서 임의 방향의 대략 직선 편광으로 되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
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