KR100379718B1

KR100379718B1 - 반사형 액정표시소자

Info

Publication number: KR100379718B1
Application number: KR10-2000-7011536A
Authority: KR
Inventors: 야마구치히사노리; 세키메도모아키; 이와이요시오; 오가와데츠
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2003-04-10
Also published as: CN1127672C; EP1072928A1; EP1072928A4; JP3172706B2; JP2001100194A; WO1999054781A1; TW556019B; US6567149B1; CN1297539A; KR20010042793A

Abstract

편광 필름을 1매만 이용하는 반사형 액정표시소자에 있어서, 네마틱 액정의 트위스트 각도를 0°∼90°로 하고, 액정의 복굴절율차 △n_LC, 액정층 두께 d_LC, 위상차판의 리타데이션 R_F와의 관계를 △n_LC·d_LC= 0.20㎛∼0.30㎛, R_F- △n_LC·d_LC= -0.20㎛∼ -0.05㎛으로 하고, 상방 기판측에서 봐서 네마틱 액정이 하방 기판측에 걸쳐 트위스트하는 방향을 양으로 하여 표현한 한쪽 기판에 가장 가깝게 접하는 액정분자 장축 방향을 Φ_LC, 위상차판의 지상축의 방향을 Φ_F, 편광 필름의 흡수축 또는 투과축의 방향을 Φ_P로 하였을 때에, Φ_F- Φ_LC를 -40°∼ -25°, Φ_P- Φ_F를 +50°∼+80°로 함으로써, 혹은 Φ_F- Φ_LC를 +65°∼ +105°, Φ_P- Φ_F를 -60°∼ -90°로 함으로써 밝은 백과 무채색으로 높은 콘트라스트의 표시를 가능하게 하였다.

Description

반사형 액정표시소자{REFLECTION LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

액정표시소자는 얇고 가볍기때문에 휴대형 정보단말의 디스플레이를 비롯해 다양한 용도에 널리 이용되고 있다. 액정표시소자는 스스로는 발광하지 않고 빛의 투과강도를 변화시켜 표시를 행하는 수광형 소자로, 몇 볼트의 실효 전압으로 구동할 수 있으므로, 액정표시소자의 하측에 반사판을 구비하여 외부광의 반사를 이용하여 표시시키는 반사형으로서 이용하면, 백 라이트의 전력이 불필요하게 되므로 소비전력이 매우 낮은 표시소자가 된다.

종래 반사형의 컬러 액정표시소자는 컬러 필터를 구비한 액정 셀과 이 액정 셀을 개재하여 배치된 한쌍의 편광 필름으로 이루어져 있다. 컬러 필터는 상기 액정 셀의 한쪽 기판에 구비되어 있고, 기판상에 컬러 필터와, 또한 그 위에 투명전극이 형성된다. 이 액정 셀에 전압을 인가함으로써 액정분자의 배향상태를 변화시켜 각 컬러 필터마다 빛의 투과율을 제어하여 컬러 표시를 행하고 있다.

1매의 편광 필름의 투과율은 최대이어도 45% 정도이고, 편광 필름의 흡수축에 평행한 편광 투과율은 거의 0% 이고, 흡수축에 수직인 편광의 투과율은 거의 90%이다. 따라서 편광 필름을 2매 이용하는 반사형의 액정표시소자에서는 빛이 편광 필름을 4회 통과하여 출사되므로, 컬러 필터 그 이외의 흡수를 고려하지 않은 최대 반사율은

(0. 9)⁴×50% = 32.8%

이다. 이와 같이 컬러 필터를 이용하지 않은 흑백표시 패널이라도 반사율은 고작 약 33%이다. 컬러 필터를 도입하면 반사율은 이것의 1/3정도까지 저하되어 버린다.

따라서, 표시를 밝게 하기 위해, 액정 셀을 1매의 편광 필름과 반사판에 개재한 몇몇 구성이 제안되어 왔다(예컨대, 특개평 7-146469호 공보, 특개평 7-84252호 공보). 이 경우, 광은 편광 필름을 2회밖에 통과하지 않으므로, 컬러 필터 이외의 흡수를 고려하지 않은 최대 반사율은

(0.9)²×50% = 40.5%

로 되고, 편광 필름을 2매 이용한 구성에 대해 최대 약 23%의 반사율의 향상을 기대할 수 있다.

그러나, 편광 필름을 l매만 사용하는 액정 셀에 있어서, 컬러 필터를 이용하여 컬러 표시를 행하고, 또한 반사율을 높여 밝기를 확보하고자 하면 색 편차가 발생하기 쉽고, 흑백의 무채색 표시가 곤란하며, 특히, 반사율이 낮아 무채색인 흑 표시가 곤란하다는 과제를 가지고 있었다.

또한, 컬러 필터를 이용하지 않고 트위스트 배향된 네마틱 액정층의 복굴절과 편광 필름에 의해 다색표시를 행하는 반사형 컬러 액정표시장치(특개평 6-308481호 공보)나, 액정층과 위상차 필름의 복굴절을 이용하는 컬러 액정표시장치(특개평 6-175125호 공보, 특개평 6-301006호 공보)가 제안되어 있다. 이들 장치에는 컬러 필터가 없기 때문에, 편광 필름을 2매 이용해도 실용적인 밝기를 얻을 수 있는 만큼의 반사율을 확보할 수 있다. 그러나, 복굴절에 의한 착색을 이용한 컬러 표시이므로, 16계조(階調) 4096색 표시 혹은 64계조 풀 컬러 표시 등의 다계조·다색표시가 원리적으로 어렵고, 또한, 색순도·색재현 범위도 좁다고 하는 과제를 가지고 있었다.

본 발명에서는 이러한 사정을 감안하여 백표시가 밝고, 높은 콘트라스트를 가지며, 무채색의 흑백표시 및 다계조의 다색표시가 가능한 반사형 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 반사형 액정표시소자는 한쌍의 기판사이에 네마틱 액정을 봉입한 액정 셀과, 상기 액정 셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광 필름과, 상기 편광 필름과 상기 액정 셀과의 사이에 배치된 위상차판과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사 수단을 포함하고, 상기 한쌍의 기판사이에서의 네마틱 액정의 트위스트 각도가 0°∼90°, 상기 네마틱 액정의 복굴절 △n_LC과 액정층 두께 d_LC의 곱 △n_LC·d_LC가 0.20∼0.30㎛, 곱△n_LC·d_LC와 위상차판의 리타데이션 R_F에 의해 R_F- △n_LC·d_LC로 정의되는 복굴절차 △R이 -0.20㎛∼ -0.05㎛이고, 한쪽 기판측에서 봐서 네마틱 액정이 한쪽 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐 트위스트되는 방향을 양으로 하여 각도를 표현하는 것으로서, 한쪽 기판에 가장 가깝게 접하고 있는 액정분자의 장축방향을 Φ_LC, 위상차판의 지상축(遲相軸)의 방향을 Φ_F, 편광 필름의 흡수축 또는 투과축의 방향을 Φ_P로 하였을 때에, Φ_F- Φ_LC가 -40°∼ -25°, Φ_P- Φ_F가 +50°∼+80°인 것, 혹은 Φ_F- Φ_LC가 +65°∼ +105°, Φ_P- Φ_F가 -60°∼ -90°인 것을 특징으로 한다.

여기서, Φ_P를 편광 필름의 흡수축의 방향으로 하는 것과 투과축의 방향으로 하는 것은 광학적으로 등가이기 때문에, 어느쪽 방향으로 해도 된다.

또한, 본 발명의 반사형 액정표시소자에 있어서는, 네마틱 액정의 트위스트 각도가 30°∼65°이고, R_F가 0.10㎛∼0.25㎛인 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 더욱 양호한 특성을 얻을 수 있다.

이러한 구성에 의해, 밝고 무채색인 흑백표시 및 다계조의 다색표시가 가능한 노멀 화이트형의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있다.

본 발명은 반사형 액정표시소자에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 반사형 액정표시소자의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

도2는 도1의 반사형 액정표시소자의 광학구성도이다.

도3은 도1의 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압 관계의 예를 나타내는 특성도이다.

도4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 반사형 액정표시소자의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

도5는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압 관계의 예를 도시하는 특성도이다.

도6은 우방향(a) 또는 상방향(b)의 시각변화에 대한 온 전압 인가시의 흑의 반사율 변화의 예를 나타내는 특성도이다.

도7은 본 발명의 제5 실시형태에 관한 반사형 액정표시소자의 개략 구성을 나타낸 단면도이다.

도8은 본 발명의 제6 실시형태에 관한 반사형 액정표시소자의 개략 구성을 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시형태)

도l은 제1 실시형태에 있어서의 반사형 액정표시소자의 개략구성을 도시한 단면도이다. 이하에 그 제작방법을 설명한다.

우선, 상측 투명기판(13) 및 하측 기판(19)으로서 무 알칼리 유리 기판(예컨대 1737: 코닝사제)을 이용하여 상측 투명기판(13)상에 컬러 필터층(14)으로서 안료 분산 타입인 적색, 녹색, 청색의 스트라이프 배열을 포토리소그래피로 형성하고, 그 위에, 투명전극(16)으로서 인듐, 주석, 옥사이드로 화소전극을 형성했다. 또한, 하측 기판(19)상에는 티탄을 300nm 증착한 위에 알루미늄을 200nm 증착한 것을 형성하여 거울면 반사 타입의 금속반사전극(18)을 형성했다.

투명전극(16) 및 금속 반사전극(18)상에는 폴리이미드의 γ-부티로락톤의 5중량% 용액을 인쇄하고, 250℃에서 경화시킨 후, 소정의 트위스트각을 실현하도록 레이온천을 이용한 회전 러빙법에 의한 배향처리를 행하여 배향층(15a, 15b)을 형성했다.

그리고, 상측 투명기판(13)상의 주변부에는 소정 직경의 유리 화이버를 1.0중량% 혼입한 열경화성 시일 수지(예컨대 스트락트본드: 미츠이 東厭化學(주)제)를 인쇄하고, 하측 기판(19)상에는 소정 직경의 수지 비즈를 100∼200개/mm²의 비율로 살포하여, 상측 투명기판(13)과 하측 기판(19)을 상호 맞붙여 150℃에서 시일 수지를 경화시킨후, 복굴절 △n_LC이 0.09의 불소 에스테르계 네마틱 액정에 키랄 피치가 80㎛이 되도록 키랄 액정을 혼합한 액정을 진공주입하여, 자외선 경화성 수지로 입구를 봉한후, 자외선광에 의해 경화시켰다. 액정층의 두께는 d_LC로 나타나 있다.

이렇게 해서 형성된 액정 셀(l)의 상측 투명기판(13)의 위에 산란 필름층(12)으로서, 등방성의 전방 산란 필름을 부착하고, 그 위에, 위상차판(11)으로서 폴리카보네이트로 이루어지는 고분자 필름 1매를 지상축이 후술의 각도가 되도록 부착하였다. 또한 그 위에, 편광 필름(10)으로서 뉴트럴 그레이의 편광 필름(스미토모화학공업(주)제 SQ-1852AP)에 안티 글래어(AG)와 안티 리플렉션(AR) 처리를 실시한 것을 흡수축 또는 투과축의 방향이 후술의 각도가 되도록 부착하였다.

또한, 하측 기판(l9)은 반드시 투명할 필요는 없다.

그리고, 도2는 이 반사형 액정표시소자의 광학구성을 설명하는 평면도이다. 21은 하측 기판에 가장 가까운 액정분자의 배향방향 즉 하측 기판의 러빙 방향, 22는 상측 투명기판에 가장 가까운 액정분자의 배향방향 즉 상측 기판의 러빙 방향, 23은 위상차판의 지상축 방향, 24는 상측 편광 필름의 흡수축 방향, 그리고 20은 기판면내에 상정한 기준선을 표시한다. 기준선(20)은 임의로 정하면 되는데, 편의상 2개의 러빙 방향(21) 및 (22)을 이등분하는 선상에 잡았다. 또한, Φ_LC0는 하측 기판(19)에 가장 가까운 액정분자 배향방향(21)의, Φ_LC은 상측 투명기판(13)에 가장 가까운 액정분자 배향방향(22)의, Φ_F는 위상차판(11)의 지상축 방향(23)의, Φ_P는 편광 필름(10)의 흡수축 또는 투과축 방향(24)의, 각각 기준선(20)으로부터 측정한 각도를 표시한다. 또한, 각도의 양 음은 Ω_LC로 표시되는 액정의 트위스트 방향(상측 투명기판으로부터 하측 기판으로 액정분자가 비틀리는 방향)을 양으로 정한다. 또한, Φ_F와 Φ_P는 방향의 극성이 없기때문에, 0∼180°의 범위로 정의한다. 또한, Φ_P를 편광 필름 흡수축의 방향으로 하는 것과 투과축의 방향으로 하는 것은 광학적으로 등가이기때문에 어느쪽 방향으로 해도 된다.

이 반사형 액정표시소자는 전압이 인가될 때에 반사율이 가장 높은 백표시로 되고, 전압의 증가와 동시에 반사율이 감소하여, 온 전압을 인가하였을 때에 반사율이 가장 낮은 흑표시로 되는 소위 노멀 화이트 모드로 동작한다.

본 실시형태에서 이용하는 위상차판은 양의 굴절율 이방성을 가지는 일축성의 것으로, 그 광축(지상축)은 위상차 판면내에 평행하다. 그리고, 지상축 방향의 굴절율(이상광 굴절율)을 nx, 진상축 방향의 굴절율(상광(常光) 굴절율)을 ny, 위상차판의 두께를 d_F로 하였을 때, 상광선과 이상광선의 위상차를 표시하는 리타데이션은 R_F= (nx - ny)·d_F로 표시된다. 또한, 액정층에 충분한 전압이 인가되어 액정분자가 이상적으로 기판에 수직인 방향으로 향한 경우의 액정층의 리타데이션은 △n_LC·d_LC로 표시된다.

이하에 이 액정표시장치의 광학적인 구성을 다양하게 바꾼 경우의 광학특성에 대해 기술한다. 우선, 액정층의 배향조건 및 위상차판과 편광 필름의 광학배치를

Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°

로 하고, 또한, 복굴절차 △R = R_F- △n_LC·d_LC를 항상 -0.10㎛로 유지하면서, △n_LC·d_LC를 변화시켜, 즉 사용하는 액정의 복굴절의 크기 및 액정층의 두께를 여러가지로 변화시켜 시료를 작성하고, 반사 모드로 이들 광학특성을 측정했다. 그 결과, △n_LC·d_LC가 0. 20㎛∼0. 30㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색인 흑과 반사율이 높고 무채색인 백을 얻을 수 있는 노멀 화이트 모드의 반사형 액정표시소자가 실현되는 것을 알았다. 이는 백과 흑을 충분히 얻을 수 있는 만큼의 액정 복굴절차가 있고, 또한, 액정의 복굴절에 의해 색이 생기는 것을 위상차판으로 보상할 수 있는 범위인 것에 의한다.

또한, 상기 예에서는 실험조건을 고정하기 위해 복굴절차 △R을 항상 -0.1㎛로 유지하였지만, △R이 -0. 20㎛∼-0. 05㎛를 만족하면, 백표시로부터 흑표시로 전압을 인가하였을 때, 표시색이 실용상 무채색의 범위내에서 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 △R을 -0.20㎛∼-0.05㎛로 하고, Φ_F- Φ_LC를 -40°∼-25°(-32.5°±7.5°)의 범위내로 함으로써, 백으로부터 흑으로 변화하는 동안, 특히, 온 전압을 인가한 흑표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 해소할 수 있는 것에 의한다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑표시와 반사율이 높은 무채색의 백표시가 가능한 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있었다.

다음에, 액정의 트위스트각 Ω_LC을 변화시켰을 때의 특성을 조사한 바, 본 발명의 제1 실시형태에서는 트위스트각이 0°∼90°의 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 그리고, 트위스트각 Ω_LC을 30°∼65°로 하였을 때 더욱 양호한 특성을 얻을 수 있었다.

그리고, R_F가 0.10㎛∼0.25㎛를 만족할 때, 특히, 온 전압 인가시의 흑의 반사율을 낮게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한 편광 필름의 흡수축의 방향 Φ_P과 위상차판의 지상각의 방향 Φ_F이 이루는 각도 Φ_P- Φ_F를 45°로 설정하면 편광 필름을 투과한 직선편광의 편광변환이 최대로 되지만, 이 설정으로 사용하면, 시감도 최대파장(550 nm) 근방의 성분이 증가하므로, 투과광의 색채가 백표시일 때는 황색방향으로, 흑표시일 때는 그 보색인 청색방향으로 시프트되어 버린다. 그래서 실험적으로 검토한 결과, 백표시 및 흑표시를 동시에 무채색화하기 위해서는, 이 각도 Φ_P- Φ_F를 50°∼80°(65°±15°)의 범위로 설정하여 편광변환의 중심 파장을 단파장측으로 시프트하면 되는 것을 확인할 수 있었다.

여기서 특히, △n_LC·d_LC= 0.270㎛, R_F= 0.170㎛, Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°로 하였을 때의 광학특성을 측정한 결과를 나타내기로 한다. 이 때, △R = R_F- △n_LC·d_LC= -0.100㎛, Φ_F- Φ_LC= -34.5°, Φ_P- Φ_F= +63.0°로서 상기에서 확인한 조건을 만족하고 있다.

도3은 이 경우의 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가전압의 관계를 표시하는 특성도이다. 여기서 반사율은 액정표시소자로 백을 표시하였을 때의 밝기를, 표준 백색판의 반사율을 100%로 하여 XYZ 표색계의 Y치로 환산하여 표현하고 있다.

도3에 도시하는 바와같이, 정면특성에서의 반사율은 l8.2%, 콘트라스트는 15.8이었다. 또한, 흑으로부터 백까지 무채색으로 변화하므로, 64계조 풀 컬러의 표시가 가능한 것도 확인할 수 있었다.

또한, 이상에서 기술한 구성 중, 컬러 필터층(l4)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제작한 바, 정면특성에서 콘트라스트 15.3, 반사율 34.9%가 얻어졌다.

또한, 이상의 구성에서는 산란 필름층(12)을 위상차판(11)과 상측 투명기판(13)의 사이에 배치하였는데, 산란 필름층(12)을 편광 필름(l0) 상에 배치하였을 때도 편광 필름(10)과 위상차판(l1) 사이에 배치하였을 때도 동일 특성이 얻어졌다.

또한, 본 실시형태에서는 위상차판으로서 폴리카보네이트를 이용했는데, 본 발명의 효과는 이에 한정되지 않고, 예컨대, 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 이용해도 동일 효과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.

또한, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로서 포함하는 금속반사전극을 이용했는데, 본 발명의 효과는 이에 한정되지 않고 예컨대, 은을 구성요소로서 포함하는 금속반사 전극 등을 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제2 실시형태)

도4는 제2 실시형태의 반사형 액정표시소자의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도1과 같은 기능을 가지는 요소는 동일 부호로 표시했다. 제1 실시형태와 다른 것은 산란 필름(12)을 이용하지 않고, 거울면 반사 타입의 금속반사 전극(18)에 대신하여 산란 반사 타입의 금속 반사 전극(48)으로 한 것이다. 확산(산란) 타입의 금속 반사 전극은 하측 기판(l9) 상에 티탄을 300nm 증착한 다음에 알루미늄을 200nm 증착하고, 다시 그 표면을 평균 경사각 3°∼12°가 되도록 거칠게 하여 작성했다. 이 이외의 액정 셀의 작성 공정은 실시형태1과 동일하므로 설명을 생략한다.

제2의 실시형태의 광학구성은 도2에 도시하는 제1 실시형태의 경우와 같다.

이 액정표시장치의 액정층의 배향조건 및 위상차판과 편광 필름의 광학배치를 제l 실시형태와 같은

Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°

로 하고, 또한 복굴절차 △R = R_F- △n_LC·d_LC를 항상 -0.10㎛로 유지하면서, △n_LC·d_LC를 변화시켜, 즉 사용하는 액정의 복굴절의 크기 및 액정층의 두께를 다양하게 변화시킨 시료를 작성하여, 반사 모드로 그들 광학특성을 측정했다.

그 결과, △n_LC·d_LC가 0.20㎛∼0.30㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색인 흑과 반사율이 높고 무채색인 백을 얻을 수 있는 노멀 화이트 모드의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있었다. 이는 백과 흑을 충분히 얻을 수 있는 만큼의 액정의 복굴절차가 있고, 게다가, 액정의 복굴절에 의해 색이 생기는 것을 위상차판으로 보상할 수 있는 범위인 것에 의한다.

또한, △R이 -0.20㎛∼-0.05㎛를 만족하면, 백표시로부터 흑표시로 전압을 인가하였을 때, 표시색이 실용상에서 무채색의 범위내에서 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 △R를 -0.20㎛∼-0.05㎛로 하고, Φ_F- Φ_LC를 -40°∼-25°(-32.5°±7.5°)의 범위내로 함으로써 백으로부터 흑으로의 변화의 사이, 특히, 온 전압 인가시의 흑표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 해소할 수 있음에 의한다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑표시와 반사율이 높은 무채색의 백표시의 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있었다.

다음에, 액정의 트위스트각 Ω_LC을 변화시켰을 때의 특성을 조사한 바, 본 발명의 제2 실시형태에서는 트위스트각이 0°∼90°의 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있는 것을 확인했다. 그리고, 트위스트각 Ω_LC을 30°∼65°로 했을 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있었다.

그리고, R_F가 0.l0㎛∼0.25㎛을 만족하고 있을 때, 특히, 온 전압 인가시의 흑의 반사율을 낮게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 편광 필름의 흡수축의 방향 Φ_P과 위상차판의 지상축의 방향 Φ_P이 이루는 각도 Φ_P- Φ_F를 50°∼80°(65°±l5°)의 범위로 설정함으로써 백표시 및 흑표시에 색이 생기는 것을 억제하여 무채색화할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

여기서 특히 △n_LC·d_LC= 0.270㎛, R_F= 0.170㎛, Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°로 했을 때의 광학 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 이 때, △R = R_F- △n_LC·d_LC= -0.10㎛, Φ_F- Φ_LC= -34.5°, Φ_P- Φ_F= +63.0°로서 상기에서 확인한 조건을 만족하고 있다.

이 때 정면특성에서 반사율은 17.1%, 콘트라스트는 l5.4 였다. 또한, 흑으로부터 백까지 무채색으로 변화하기 때문에, 64계조 풀 컬러의 표시가 가능한 것도 확인할 수 있었다.

또한, 이상의 구성에서 컬러 필터층(14)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제작한 바, 정면특성에서 콘트라스트 15.l, 반사율 33.4%가 얻어졌다.

또한, 본 실시형태에서는 위상차판으로서 폴리카보네이트를 이용했는데, 발명의 효과는 이에 한정되지 않고, 예컨대, 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 이용해도동일한 효과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.

또한, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로서 포함하는 금속 반사 전극을 이용했는데, 발명의 효과는 이에 한정되지 않고, 예컨대, 은을 구성요소로서 포함하는 금속 반사 전극 등을 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제3 실시형태)

제3 실시형태의 반사형 액정표시소자의 구조 및 제작방법은 제1 실시형태와 공통이고, 도1에 도시한 반사형 액정표시소자의 단면 및 도2와 동일한 반사형 액정표시소자의 광학구성을 가진다.

본 실시형태에서는 위상차판의 지상축의 각도 Φ_F를 지금까지의 실시형태와 다른 값으로 설정하고 있다. 즉, 제l 및 제2 실시형태에서는 Φ_F- Φ_LC를 -40∼-25°(-32.5°±7.5°)로 함으로써 바람직한 결과를 얻었지만, 본 실시형태에서는 Φ_F- Φ_LC를 +65∼+105°(+85°±20°)로 함으로써 동일한 바람직한 결과가 얻어지는 것을 나타내는 것이다. 그리고, 액정층의 배향조건 및 위상차판과 편광 필름의 광학배치를

Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 155.0°, Φ_P= 90.0°로 하고, 또한 복굴절차 △R = R_F- △n_LC·d_LC를 항상 -0.10㎛로 유지하면서, △n_LC·d_LC를 변화시켜, 요컨대 사용하는 액정의 복굴절의 크기 및 액정층의 두께를 다양하게 변화시킨 시료를 작성하여, 반사 모드로 이들 광학특성을 측정하였다. 그 결과, △n_LC·d_LC가 본 실시형태에 있어서도 0.20㎛∼0.30㎛의 범위에서 반사율이 낮고 무채색인 흑과 반사율이 높고 무채색인 백을 얻을 수 있는 노멀 화이트 모드의 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있었다.

또한, △R가 -0.20㎛∼-0.05㎛인 범위를 만족하고 있으면, 백표시로부터 흑표시로 전압을 인가했을 때, 표시의 색이 실용상 무채색 범위내에서 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 △R를 -0.20㎛∼-0.05㎛로 하고, Φ_F- Φ_LC를 +65°∼+l05°(+85°±20°)의 범위내로 함으로써, 백으로부터 흑으로의 변화의 사이, 특히, 온 전압 인가시의 흑표시일 때의 액정층의 복굴절에 의한 착색을 위상차판에 의해 해소할 수 있는 것에 의한다. 이에 따라 반사율이 낮은 무채색의 흑표시와 반사율이 높은 무채색의 백표시의 콘트라스트가 높은 반사형 액정표시소자를 실현할 수 있었다.

다음에, 액정의 트위스트각 Ω_LC를 변화시켰을 때의 특성을 조사한 바, 본 발명의 제3 실시형태에서는 트위스트각이 0°∼90° 범위내에서 양호한 특성을 얻을 수 있는 것을 확인했다. 그리고, 트위스트각 Ω_LC을 30°∼65°로 하였을 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있었다.

또한, R_F가 0.l0㎛∼0.25㎛을 만족하고 있을 때, 특히, 온 전압 인가시의 흑의 반사율을 낮게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 편광 필름의 흡수축의 방향 Φ_P과 위상차판의 지상축의 방향 Φ_F가 이루는 각도 Φ_P- Φ_F를 -60°∼-90°(-75°±15°)의 범위로 설정함으로써 백표시 및 흑표시에 색이 생기는 것을 억제하여 무채색화할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

여기서 특히 △n_LC·d_LC= 0.270㎛, R_F= 0.170㎛, Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 155.0°, Φ_P= 90.0°로 했을 때의 광학 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 이 때, △R = R_F- △n_LC·d_LC= -0.10㎛, Φ_F- Φ_LC= 87.5°, Φ_P- Φ_F= -65.0°로서 상기에서 확인한 조건을 만족하고 있다.

도5는 제3 실시형태의 반사형 액정표시소자의 반사율과 인가 전압의 관계를 나타내는 특성도이다. 정면특성에서 반사율은 18.1%, 콘트라스트는 15. 6이었다. 또한, 흑으로부터 백까지 무채색으로 변화하기 때문에, 64계조 풀 컬러 표시가 가능한 것도 확인할 수 있었다.

또한, 이상의 구성에서 컬러 필터층(14)을 제외한 반사형 액정표시소자를 제작한 바, 정면특성에서 콘트라스트 15.1, 반사율 34.3%가 얻어졌다.

또한, 이상의 구성에서는 산란 필름층(12)을 위상차판(ll)과 상측 투명기판(13)의 사이에 배치하였는데, 산란 필름층(l2)을 편광 필름(10) 상에 배치하였을 때나 편광 필름(l0)과 위상차판(11) 사이에 배치하였을 때도 동일 특성이 얻어졌다.

또한, 본 실시형태에서는 위상차판으로서 폴리카보네이트를 이용했는데, 발명의 효과는 이에 한정되지 않고 예컨대, 폴리아릴레이트나 폴리술폰을 이용해도 동일 효과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.

또한, 본 실시형태에서는 반사전극으로서 알루미늄을 구성요소로서 포함하는 금속반사전극을 이용했는데, 발명의 효과는 이에 한정되지 않고 예컨대, 은을 구성요소로서 포함하는 금속반사전극 등을 이용해도 동일 효과를 얻을 수 있다.

(제4 실시형태)

제4 실시형태의 반사형 액정표시소자는 제작 및 구조가 기본적으로 제1 실시형태와 공통이고, 도1에 도시한 반사형 액정표시소자의 단면 및 도2와 동일한 반사형 액정표시소자의 광학구성을 가진다.

다른 것은 위상차판(ll)으로서 2축의 광학율 이방성을 표시하는 것을 이용하고 있는 것이다. 위상차판의 법선방향을 z축, 면내의 지상축의 방향을 x축, 진상축의 방향을 y축으로 하고, 이들 방향의 굴절율을 각각 nz, nx, ny로 하였을 때,

Qz = (nx-nz)/(nx-ny)

로 정의되는 Z계수 Q_Z를 도입한다. Z계수 Q_Z는 위상차판의 z축방향에서의 광학율 이방성의 크기를 나타내는 지표이다.

QZ = l인 경우는 1축의 광학 이방성에 상당한다. 액정표시소자로 입사하는 광의 각도가 법선방향에서 벗어나면 광이 받는 리타데이션이 변화하여 시야각 의존성이 생기므로, 이 리타데이션의 변화를 보상하여 시야각 의존성을 경감시키기위해서 본 실시형태에서는 2축성의 광학율 이방성을 나타내는 위상차판을 이용하고 있다.

그런데, 본 실시형태에서 △n_LC·d_LC= 0.270㎛, R_F= 0.170㎛, Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°로서, 위상차판(1l)의 Z계수 Qz를 변화시켜 조사한 바, Qz가 1.0∼3.0일 때, 시각변화에 대한 반사율 변화가 적어 양호한 특성을 얻을 수 있는 것을 알았다.

그리고, 특히, Qz가 0.3, 0.5, 1.0, 1.5일 때의, 흑표시의 시각에 의한 반사율 변화를 상세히 조사했다. 도6a는 본 실시형태에 의한 표시소자의 우측 방향(도2의 기준선(20)에 따라 우측 방향)의 시각변화에 대한 온 전압 인가시의 흑의 반사율 변화를 표시하는 특성도, 도6b는 상방향(도2의 기준선(20)에 수직인 상방 방향)의 시각변화에 대한 온 전압 인가시의 흑의 반사율 변화를 나타내는 특성도이다.

도6a와 도6b를 보면, 위상차판(11)이 시각특성변화에 영향을 미치고 있고, Qz가 클 때, 시각 의존성이 적은 양호한 흑의 반전율 특성을 얻을 수 있는 것을 알았다. 이 결과에 따라 특히, Qz가 1.0∼2.0를 만족하고 있을 때, 보다 바람직한 시각특성을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 이 예에서는 2축의 광학 이방성을 표시하는 위상차판을 1매 이용했는데, 이에 대신하여 광축이 x축 방향을 향한 양의 광학 이방성을 표시하는 1축성 위상차판과 광축이 z축 방향을 향한 음의 광학 이방성을 표시하는 1축성 위상차판을 조합하여 이용해도 된다. 이 경우도, 조합시킨 위상차판에서의 Qz가 1.0∼3.0일 때 양호한 시야각 특성이 얻어진다.

(제5 실시형태)

도7은 제5 실시형태의 반사형 액정표시소자의 개략구성을 도시한 단면도이다. 지금까지의 실시형태를 설명한 도1 혹은 도4와 동일 기능을 가지는 요소는 동일 부호로 표시하고 있다. 본 실시형태의 구성이 제2 실시형태와 다른 것은 하측 전극을 확산 반사 타입 금속반사전극으로부터 ITO에 의한 투명전극(78)으로 바꿔, 하측 기판을 투명기판(79)으로 하고, 그 외측에 은의 확산 반사판(72)을 배치한 것이다. 그 밖의 구성요소는 제2 실시형태와 동일하다.

또한, 반사형 액정표시소자의 광학구성은 도2와 동일하다.

본 실시형태에서는 △n_LC·d_LC= 0.270㎛, R_F= 0.170㎛, Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°으로 했다.

이와 같이 상하기판을 투명기판·투명전극으로 하고, 하측에 확산 반사판을 이용했을 때, 시차(視差)의 영향에 의해 화상이 흐려지는 일이 다소 나타나지만, 시각 특성 변화가 자연스러운 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

정면특성을 측정하면, 반사율 16.l%, 콘트라스트 14.3이 얻어졌다.

또한, 이상의 구성에서 컬러 필터층(74)을 제거한 반사형 액정표시소자를 제작한 바, 정면특성에서 반사율 32.1%, 콘트라스트 14.0이 얻어졌다.

또한, 확산반사판(72)을 하측 투명기판(79)의 하부에 설치할 때에, 완전히 점착제로 접착하지 않고, 사이에 공기층을 넣어 수지 굴절율 약 1.6과 공기굴절율1.0의 차에 의해 일어나는 확산효과의 증대에 의해, 보다 자연스러운 시각특성을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 실시형태에서는 확산반사판으로서 은을 이용했는데, 알루미늄의 확산반사판이어도 동일한 발명 효과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.

(제6 실시형태)

도8은 제6 실시형태의 반사형 액정표시소자의 개략구성을 도시한 단면도이다. 지금까지의 실시형태를 설명한 도1 혹은 도4와 동일 기능을 가지는 요소는 동일 부호로 표시하고 있다.

본 실시형태에서는 하측 기판(l9) 상에 게이트 전극(90), 소스선(9l), 박막 트랜지스터 소자(TFT)(92), 드레인 전극(93), 평탄화막(94) 등을 배치한 소위 액티브 매트릭스 어레이가 구성되어 있다. 금속반사전극(88)은 콘택트 홀(95)을 통해 평탄화막(94)의 하부 비선형 스위칭 소자(TFT)(92)와 도통해 있다. 금속반사전극(88)은 화소마다 분리된 구조로 되어 있고, 각 화소는 액티브 구동되므로 콘트라스트가 높은 표시를 할 수 있다. 본 실시형태의 반사형 액정표시소자의 광학배치 표시는 도2와 동일하다.

상측 투명기판(l3) 및 하측 기판(19)으로서 무 알칼리 유리기판(예를들면 1737: 코닝사 제)을 이용하고, 상측 투명 기판(13)상에 컬러 필터층(14)으로서 안료 분산 타입인 적색, 녹색, 청색의 스트라이프 배열을 포토리소그래피로 형성하고, 그 위에 투명전극(16)으로서 인듐, 주석, 옥사이드로 화소전극을 형성했다.

또한, 하측 기판(19)상에는 소정의 방법에 의해 알루미늄과 탄탈로 이루어지는 게이트 전극(90), 티탄과 알루미늄으로 이루어지는 소스 전극(91) 및 드레인 전극(93)을 매트릭스상으로 배치하고, 게이트 전극(90)과 소스 전극(91)의 각 교차부에 비정질 실리콘으로 이루어지는 TFT 소자(92)를 형성했다.

이와 같이 비선형소자를 형성한 하측 기판(l9)상의 전면에, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지(예를들면 FVR : 후지약품공업(주)제)를 도포하여 평탄화막(94)을 형성한 후, 소정의 포토마스크를 이용하여 자외선 조사하고, 드레인 전극(93)상에 콘택트 홀(95)을 형성했다. 그리고, 그 위에 티탄을 300mn 증착한 다음에 알루미늄을 200nm 증착한 것을 형성하여 거울면 반사 타입의 금속반사전극(88)을 형성했다.

투명전극(16) 및 금속반사전극(88)상에는 폴리이미드의 ??-부티로락톤 5중량% 용액을 인쇄하고, 250℃에서 경화시킨 후, 소정의 트위스트각을 실현하도록 레이온천을 이용한 회전 러빙법에 의한 배향처리를 행하여 배향층(15a, l5b)을 형성했다.

그리고, 상측 투명기판(13)상의 주변부에는 소정 직경의 유리 화이버를 1.0wt% 혼입한 열경화성 시일 수지(예컨대 스트락트 본드 : 미츠이 東厭化學(주)제)를 인쇄하고, 하측 기판(l9)상에는 소정 직경의 수지 비즈를 100∼200개/mm²의 비율로 살포하여, 상측 투명기판(13)과 하측 기판(19)을 상호 맞붙여 l50℃에서 시일 수지를 경화시킨 후, △n_LC= 0.09의 불소 에스테르계 네마틱 액정에 소정량의 키랄 액정을 혼합한 액정을 진공 주입하여, 자외선 경화성수지로 입구를 봉한 후, 자외선광에 의해 경화시켰다.

이렇게 해서 형성된 액정 셀(8)의 상측 투명기판(l3) 상에 산란 필름층(12)으로서 등방성의 전방 산란 필름을 부착하고, 그 위에, 위상차판(1l)으로서 폴리카보네이트를 지상축이 후술의 각도가 되도록 부착하고, 또한, 편광 필름(l0)으로서 뉴트럴 그레이의 편광 필름(스미토모화학공업(주)제 SQ-1852AP)에 안티 글래어(AG) 및 안티 리플렉션(AR)처리를 실시한 것을 흡수축 또는 투과축의 방향이 후술의 각도를 이루도록 부착했다.

본 실시예의 광학구성은 제1 실시형태와 마찬가지로, △n_LC·d_LC= 0.270㎛, R_F= 0.170㎛, Φ_LC0= -67.5°, Φ_LC= 67.5°, Ω_LC= 45.0°, Φ_F= 33.0°, Φ_P= 96.0°으로 했다.

이에 따라 64계조의 풀 컬러 표시를 얻을 수 있었다. 평탄화막상에 금속반사전극을 형성함으로써 개구율은 97%을 얻을 수 있었으므로, 정면특성에서 반사율은 17.9%, 콘트라스트는 15.9였다.

또한, 본 실시형태에 한정되지 않고, 지금까지 기술한 모든 실시형태에 있어서, 하측 기판상에 TFT 등의 비선형 소자를 형성하여 액티브 구동의 반사형 액정표시소자를 본 실시형태에 기술한 방법에 따라 얻을 수 있다. 또한 비선형 소자로서는 비정질 실리콘의 TFT에 머물지 않고, 2단자 소자(MIM 및 박막 다이오드 등)나 폴리실리콘 TFT 등을 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 반사형 액정표시소자에 의하면, 밝고, 높은 콘트라스트로 무채색의 흑백변화가 가능한 노멀 화이트형의 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다. 또한, 컬러 필터를 이용하여 다계조의 컬러 표시도 가능한 반사형 액정표시소자를 얻을 수 있다. 그 결과, 소비전력이 매우 적은 고화질의 액정표시장치를 공급하는 것이 가능하게 되어, 휴대형 정보기기를 비롯하여, 넓은 분야에서 액정표시장치의 이용이 촉진된다.

Claims

한쌍의 기판사이에 네마틱 액정을 봉입한 액정 셀과, 상기 액정 셀의 한쪽 기판측에 배치된 편광 필름과, 상기편광 필름과 상기 액정 셀과의 사이에 배치된 위상차판과, 다른쪽 기판측에 배치된 광반사 수단을 포함하고,

상기 한쌍의 기판사이에서의 네마틱 액정의 트위스트 각도가 0°∼90°, 상기 네마틱 액정의 복굴절 △n_LC과 액정층 두께 d_LC의 곱 △n_LC·d_LC가 0.20∼0.30㎛이고,

상기 한쪽 기판측에서 봐서 상기 네마틱 액정이 상기 한쪽 기판측에서 상기 다른쪽 기판측에 걸쳐 트위스트되는 방향을 양으로 하여 각도를 표현하는 것으로서, 상기 한쪽 기판에 가장 가깝게 접하고 있는 액정분자의 장축방향을 Φ_LC, 상기 위상차판의 지상축(遲相軸)의 방향을 Φ_F, 상기 편광 필름의 흡수축 또는 투과축의 방향을 Φ_P로 하였을 때에, Φ_F- Φ_LC가 -40°∼ -25°, Φ_P- Φ_F가 +50°∼+80°의 범위나, 혹은 Φ_F- Φ_LC가 +65°∼ +105°, Φ_P- Φ_F가 -60°∼ -90°의 범위이고,

상기 곱 △n_LC·d_LC과 상기 위상차판의 리타데이션 R_F에 의해 R_F- △n_LC·d_LC라고 정의되는 복굴절차 △R이 -0.20∼-0.05㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 네마틱 액정의 트위스트 각도가 30°∼65°인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 R_F가 0.10㎛∼0.25㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 위상차판이 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 및 폴리술폰에서 선택되는 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 위상차판의 Z계수 Qz가 1.0∼3.0인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.

단, 상기 Qz는 판면의 법선방향을 z축으로서 정하는 공간 좌표계(x, y, z)에 있어서의 각 축방향의 굴절율 nx, ny 및 nz(nx는 지상축 방향의 굴절율, ny는 진상축 방향의 굴절율)을 이용하여 Qz=(nx-nz)/(nx-ny)에 의해 표시되는 계수.
제5항에 있어서, 상기 Qz가 1.0∼2.0인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 한쪽 기판측에 산란 필름을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제7항에 있어서, 상기 산란 필름을 상기 위상차판과 상기 한쪽 기판사이에 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제7항에 있어서, 상기 산란 필름이 전방 산란 필름인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 광반사수단이 알루미늄 및 은에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 구성요소로서 포함하는 금속전극인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 금속 전극의 표면이 거울면상인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 금속전극상에 산란막을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 금속전극의 표면이 평균 경사각 3°∼12°의 요철을 가지고, 입사광을 확산 반사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 다른쪽 기판이 투명기판이고, 이 투명기판의 외측에 광 반사 수단을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제14항에 있어서, 상기 투명기판과 상기 광 반사 수단사이에 공기층을 개재시킨 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 한쪽 기판측에 컬러 필터를 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 다른쪽 기판측에 비선형 스위칭 소자를 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제17항에 있어서, 상기 비선형 스위칭 소자상에 절연성 평탄화막을 형성하고, 이 평탄화막에 형성한 콘택트 홀을 통하여 상기 비선형 스위칭 소자와 상기 다른쪽 기판측의 전극이 도통해 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.