KR100386105B1 - 반사형액정표시장치및반사형컬러액정표시장치 - Google Patents

반사형액정표시장치및반사형컬러액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반사형 컬러액정표시장치에 관한 것으로서, 백라이트를 필요로 하지않는 저소비 전력형의 밝은 반사형 액저표시장치를 제공하는 것을 목적으로한 것이며, 그구성에 있어서, 적어도 액정층(22)과 이 액정층(22)을 사이에 두는 1쌍의 편광막(20)으로 구성되며 표시면에 대해서 거의 법선방향의 외부광을 투과ㆍ차단하는 모드에 의해 명암표시하는 액정표시수단과, 상기 액정표시수단을 투과한 외부광을 반사하는 반사수단을 구비하고, 액정표시수단은, 외부광을 차단하는 모드라해도 거의 법선방향외의 소정방향의 외부광은 차단하지 않는 투과특성을 가지고, 반사수단은 액정표시수단을 투과한 소정방향의 외부광을 거의 법선방향으로 반사하는 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

반사형액정표시장치 및 반사형 컬러액정표시장치{Reflection type liquid crystal display appartatus and reflection type color liquid crystal display apparatus}
본 발명은, 백라이트를 필요로하지 않는 저소비전력형의 밝은 반사형액정표시장치에 관한 것으로서, 특히, 반사형 컬러액정표시장치에 관한 것이다.
종래의 반사형 액정표시장치의 구성에 대해서, 제 24도에 표시한 단면도를 참조하여 설명한다. 반사형액정표시장치는, 대별하면 표시부(53)과 처리부(52)로 이루어진다. 그리고, 표시부(53)은, 액정표시부(30)이나 확산반사판(37)등으로 구성되고, 문자화상을 표시하는 부분이다. 처리부(52)는, 정보를 처리하는 부분이다. 또 액정표시부(30)은, 액정층(22)를 사이에 두고 기판(21)등이 적층된 것이다.
이와 같은 구성의 반사형액정표시장치의 표시부(53)에 대해서 생각하면, 조명(10)이 천정에 배치된 오피스환경에서는, 표시부(53)에 입사하는 외부광의 대부분은 상부방향으로부터의 입사광(11)이다. 그리고, 입사광(11)은 확산반사판(37)에 의해서 반사되어 반사광(12)로 된다. 이때, 반사면이 조면화되어 산란성을 가진 확산반사판(37)이 사용되고 있으나, 반사광분포(13)은 치리부(52)를 따른 수평방향으로 피크를 가지는 것이다. 즉, 입사광(11)은 사용자의 눈이 있는 시각인식방향(40)에 일부밖에 반사되지않고, 표시부(53)의 표시는 어두운 것이다.
따라서, 오피스환경에서 조명(10)의 외부광을 효율좋게 이용하고, 밝은 반사형액정표시장치를 얻을려면, 반사광분포(13)의 피크를 시각인식방향(40)으로 향하게 할 필요가 있다.
이것을 해결하는 기술로서, 일본국 특개평 4-274217호공보에 개시되고 있는 것이 있다.
이것은, 상기 피크를 시각인식방향으로 돌리기위하여, 반사면이 블레이즈형상으로된 지향성을 가진 반사판을 사용한 것이다.
또, 다른기술로서, 일본국 특개평4-212124호공보에 개시되어 있는 것이있다. 이것은, 액정층의 표시면쪽에 소정방향으로 광을 인도하는 파이버플레이트와 반사판을 설치하고, 상기 피크를 시각인식방향으로 돌리게하는 것이다.
그러나, 상기 종래기술의 전자에서는, 광량이 많은 상부방향으로부터의 외부광이 투과율이 낮은 표시모드에 의해서 차단되어, 지향성을 가진 반사판에 도달하지 않으므로 시각인식방향으로 반사되지 않아, 밝기를 높일 수 없는 문제가 있다.
또, 후자에서는, 파이버플레이트에 입사한 외부광이, 액정층이나 기반등을 투과하여 반사판에서 반사하는 왕복광로를 거치고 있는 동안에, 원추형상으로 확산하고, 밝기가 저하한다는 문제가 있다.
또, 양쪽다같이, 컬러필터에 의한 광손실의 문제에 대해서는 언급되어 있지않고, 반사형의 컬러표시에 관하여 미해결의 기술이 있다.
본 발명의 제 1의 목적은, 외부광을 많이 투과하여 확산시키지않고 반사해서, 백라이트가 필요없는 저소비전력에 의해 밝은 반사형액정표시장치를 제공하는 일이다.
또, 제 2의 목적은, 외부광이 쓸데없이 컬러필터에서 흡수되지 않고, 밝고 선명한 컬러화상을 가진 반사형컬러액정표시장치를 제공하는 일이다.
본 발명의 반사형액정표시장치에 의하면, 적어도 액정층과 이 액정층을 사이에 두는 1쌍의 편광막으로 구성되어 표시면에 대해 거의 법선방향의 외부광을 투과ㆍ차단하는 모드에 의해 명암표시하는 액정표시수단과, 상기 액정표시수단을 루과한 상기 외부광을 반사하는 반사수단을 구비하고, 액정표시수단은, 외부광을 차단하는 모드라할지라도 거의 법선방향외의 소정방향의 외부광은 차단하지 않는 투과특성을 가지고, 반사수단은 액정표시수단을 투과한 소정방향의 외부광을 거의 법선방향으로 반사하는 수단을 가지고 있다.
또, 본 발명의 반사형컬러액정표시장치에 의하면, 적어도 액정층으로 구성되어 외부광을 투과ㆍ차단하여 명암표시하는 액정표시수단과, 상기 액정표시수단을 투과한 외부광을 반사하는 반사수단과, 외부광이 투과하는 컬러필터를 구비하고, 컬러필터는, 색별의 스트라이프형상필터이고, 이 컬러필터는 스트라이프형상필터의 스프라이프방향이, 반사수단에 있어서 입사ㆍ반사하는 외부광의 입사광의 궤적과 반사광의 궤적을 포함하는 면에 평행한 방향이 되도록 배치되어 있다.
또, 컬러필터는 반사수단의 반사면에 밀착배치해도 된다.
상기한 구성에 의해, 액정표시수단이 가진, 전압무인가(투과)ㆍ전압인가(차단)의 표시모드에 좌우되지 않는 특성, 즉 외부광을 차단하는 모드상태에 있어서도 표시면의 거의 법선방향외의 소정방향의 외부광에 대해서는 차단하지않는 투과특성에 의해서, 광량이 많은 상부방향, 즉 소정방향의 외부광은, 액정표시수다을 효율좋게 투과한다.
그리고, 투과한 광량이 많은 상기 외부광은, 반사수단에 의해 거의 법선방향인 시각인식방향으로 반사시키게 되고, 재차 액정표시수단을 투과할때, 본래의 거의 법선방향의 투과특성에 의해서, 투과(밝음)ㆍ차단(어둠)을 선명하게 떠올리므로, 밝고콘트라스트비가 높은 표시를 얻을 수 있다. 이에 의해, 백라이트를 필요로 하지않을 정도의 밝은 표시특성을 얻을 수 있다.
한편, 반사형컬러액정표시장치의 컬러필터가, 색이 다른 스트라이프형상필터로서는, 상기 스트라이프형상필터의 스트라이프방향을, 반사수단에 있어서는 입사ㆍ반사하는 외부광의 입사장치 궤적과 반사광의 궤적을 포함하는 면에 평행인 방향으로 하면, 상기 필터를 투과하는 입사광과 반사광은 동일색의 컬러필터를 투과하므로, 광이 쓸데없이 흡수되는 일이없어 밝기의 저하가 회피된다.
또, 컬러필터를 반사수단의 반사면에 밀착배치한 것이라면, 입ㆍ반사광이 상기 필터를 투과하는 점과, 입ㆍ반사광이 반사면에서 반사하는 점과는, 거의 동일점이므로, 입사광과 반사광이 동일색의 컬러필터를 투과하고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 반사형에 있어서, 밝은 표시를 얻기위하여, 광량이 많은 소정방향의 외부광에 대해서 투과율을 높이고 시각인식방향의 콘트라스트비를 높이는 일에 대해서 상세히 설명한다.
먼저, 입사방향에 대한 광의 투과율을 높이고, 시각인식방향의 콘트라스트비를 높이는 과제에 대해서 설명한다. 반사형액정표시장치의 밝기를 생각했을 경우, 반사판의 반사율과, 액정소자의 투과율의 각도의존성을 생각을 맞추지 않으면 안된다. 반사형액정표시장치의 밝기에 대해서, 제 25도에 표시한 바와같은 표시부(53)의 모델을 참조하여 설명한다.
외부광의 밝기의 분포 90을 L(θ,Ø), 외부광의 입사방향의 액정표시부(30)의 투과율을 T(θ,Ø), 확산반사판(37)의 반사율을 R(θ,Ø,θ',Ø'), 시각인식방향의 액정소자의 투과율을 T(θ',Ø')로 한다. 여기서, θ는 지면에 수직방향에 대한 각도, Ø는 액정소자의 표시면의 법선방향에 대한 각도이며, θ,Ø는 입사광의 각도, θ',Ø'는 시각인식방향의 각도를 표시한 것으로 한다.그리고, 반사형액정표시장치의 밝기 91을 L(θ,Ø,θ',Ø')로 하면, L(θ,Ø,θ',Ø')는, 이하의 식에 의해 표시된다.
따라서, 반사형액정표시장치의 밝기를 늘리고, 콘트라스트비를 높게하기 위해서는, 상기 식에 있어서, 백표시점은, L(θ,Ø), T(θ,Ø), R(θ,Ø,θ',Ø'), T(θ',Ø')를 각각 크게, 흑표시점은, L(θ,Ø), T(θ,Ø), R(θ,Ø,θ',Ø'), T(θ',Ø)를 다같이 작게하게 된다. 그러나 액정소자에 전압을 인가하므로서 가변으로 할 수 있는 것은, T(θ,Ø)T(θ',Ø')이다.
따라서, L(θ,Ø), R(θ,Ø,θ',Ø')은, 액정소자에 인가하는 전압에 의존되지 않으므로, 백표시점은, T(θ,Ø), T(θ',Ø')를 다같이 크게, 흑표시점은, T(θ,Ø), T(θ',Ø')를 다같이 작게할 필요가 있다.
그러나, 제 26도에 표시한 바와 같은 분할화소를 가진 경우, 예를들면, 화소(72)가 흑표시 모드, 화소(73)이 백표시모드의 경우, 기판(21)에 두께가 있으므로, 경사진방향으로부터의 입사광(11)은, 인접한 화소를 투과한 반사광(12)가 된다. 따라서, 인접하는 화소의 표시모드에 영향된다.
이 영향을 받지않고, 콘트라스트비를 높게하고, 밝은표시를 얻기 위해서는, 백표시모드에서, T(θ,Ø), T(θ',Ø')를 다같이크게, 흑표시모드에서, T(θ,Ø)를 크게, T(θ',Ø')를 작게하게 된다. 대단히 곤란한 제어이다.
그래서, 경사진 방향으로부터 액정소자에 입사하는 광의 투과율T(θ,Ø)를, 액정소자의 전압 무인가(투과), 전압인가(차단)에 의존되지 않고 올리는 동시에, 반사판을 블레이즈화하므로서 시각인식방향으로의 반사율R(θ,Ø,θ',Ø')를 크게하는 방법에 의해서 해결하는 것이다.
또 본 발명의 반사형액정표시장치에 의하면, 액정표시부의 상부면에 도광판을 구비하고, 이 도광판이 주로 액정표시장치 상부쪽으로부터의 광을 액정표시부표면에 도광하도록 한다.
이와같이 구성하므로서, 외부광을 보다 많게 액정표시부에 입사시킬 수 있어, 사용자의 눈에 도달하는 광의 강도, 즉 표시장치의 밝기를 개선하는 것이 가능하다. 먼저 평판형상투명체(본 발명에서는, 도광판이라 칭한다)를 액정패널의 사부면에 배치하고, 오피스상부쪽으로부터 조사되는 광을 이 도광판에서 도입한 다음에 그 광을 액정패널에 인도한다. 오피스상부쪽으로부터의 광을 보다 많이 도광판에 도입하기 위하여, 도광판면을 수평면에 대해서 45°이하로 하면 좋다. 또, 도광판하부면으로부터 출사하는 광을 보다 많이 액정패널에 인도하기 위하여, 도광판하부면에 마이크로프리즘과 같은 굴절효과를 가진 구조를 구비하면 좋다. 이와같이해서 액정패널에, 보다 강한 광이 입사된다. 더욱더 밝게하기 위하여, 도광판을 투과해서 전반해온 광이 패널면에 대해서 약간 상부쪽으로부터 입사하는 것을 고려하고,비대칭인 반사특성을 구비한 반사판에 의해, 광을 액정셀표면에 거의 수직인 방향, 즉, 사용자의 눈의 방향으로 반사시킨다. 반사판으로서는, 예를들면 약간상부쪽으로 향해서 경사진 미세한 반사경을 사용하면 좋다.
외부광의 이용효율이 비약적으로 높게할 수 있으면, 컬러필터에 의한 광흡수가 있어도 반사형컬러표시가 가능하게 된다. 조금이라도 많은광을 도입할려면 셀구조로서는, 통상의 투과형에 있어서 설치되어 있는 인접하는 컬러필터의 사이의 차광층을 제거하고, 광투과성의 영역으로 하고, 여기서부터 광을 도입하면 된다. 액정의 표시모드로서는 전압이 0인 비전극부의 광투과율이 높은 노멀리오픈형이 바람직하다. 광을 도입하기 위한 인접하는 컬러필터의 사이의 영역의 면적은 어느 정도높게하는 것이 바람직하고, 그 비율은 20%이상이 좋다.
또, 본 발명의 반사형액정표시장치에 의하면, 액정표시부의 하부쪽에 반사형도광판을 구비하고, 이 반사형도광판이 액정표시장치의 상부쪽으로부터의 광을 액정표시부표면에 도광하도록한다.
이와같이 구성하므로서, 상기한 효과와 마찬가지로 액정표시장치의 밝기가 개선된다.
오리피스상부쪽으로부터의 광을 보다 많이 반사형 도광판에 도입하기 위하여, 반사형도광판면을 수평면에 대해서 45°이하로 하면 좋다. 또, 반사형도광판하부면으로부터 출사하는 광을 보다 많이 액정셀에 인도하기 위하여, 반사형도광판을 미세하게 경사진 마이크로미러로 구성하면 좋다. 이와같이 하면, 액정패널에 의해 강한 광이 입사된다. 더욱더 밝게하기 위하여, 도광판을 투과해서 전반해온 광이패널면에 대해서 약간 하부쪽으로부터 입사하는 것을 고려하고, 비대칭인 반사특성을 구비한 반사판에 의해, 광을 액정셀의 표면에 거의 수직인방향, 즉 사용자의 눈의 방향으로 반사시킨다. 반사판으로서는, 예를들면 약간 하부쪽을 향해서 경사진 미세한 반사경을 사용하면 된다.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 사용해서 설명한다.
[실시예 1]
제 1도는, 본 발명에 의한 실시예 1의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도이다. 일실시예의 반사형컬러액정표시장치를 표시한 것이다. 이 실시예 1의 구성은, 표시부(53)과 처리부(52)로 이루어지고, 표시부(53)과 처리부(52)는, 표시부(53)의 설정각도(50)을 설정한 각도설정수단(35)에 의해서 결합된다.
표시부(53)은, 편광막(20), 액정소자(31), 컬러필터(33)으로 이루어진 액정표시부(30)과 블레이즈반사판(23)과 매칭체(32)와, 고착제(34)로 구성된다. 즉, 액정소자(31)의 양쪽에 편광막(20)이 배치되고, 컬러필터(33)은 블레이즈(23)쪽의 액정소자(31)과 편광막(20)의 사이에 배치된다. 또한, 반사형 흑백액정표시장치의 경우, 컬러필터(33)은 없다. 여기서, 흑백이나 컬러를 포함한 것을 반사형액정표시장치라고 호칭한다.
그리고, 투명한 매칭제(32)가 편광막(20)과 블레이즈반사판(23)의 사이에 배치되고, 둘레끝 부분은 고착제(34)에 의해 고착된 구조이다. 그리고, 키보드등이 정보를 처리하는 처리부(52)의 표면에 배치되고, 반사형 컬러액정표시장치가 구성된다.
상기 구성에 있어서, 도면중의 화상표로 표시한 상부방향으로부터의 광선이, 표시부(53)에 입사광(11)이 되어 입사하여, 액정소자(31)등을 투과하고, 블레이즈반사판(23)에서 반사해서 반사광(12)가 되고, 사용자의 눈의 위치의 방향인 시각인식방향(40)으로 출사하고 있다.
그리고, 일반적인 사용환경에 있어서는, 상부방향으로부터의 입사광(11)과 반사한 반사광(12)는, 표시부(53)에 대해 연직(수직)인 방향에 있다.
또한, 편광막(20)의 하부면에서의 반사가 적게되도록, 매칭제(32)는, 그 굴절율이 보호필름인 편광막(20)의 굴절율에 가까운 것이 선정된다. 매칭제(32)로서, PC(폴리카아보네이트), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)나, 실리콘오일등이 사용된다. 이 선정은, 블레이즈반사판(23)에 도달하는 입사광(11)이 감소하고, 밝은표시특성에 악영향을 미치는 것을 회피하는 것이다.
제 2도는, 제 1도의 블레이즈반사판(23)의 단면도이다. 실시예 1의 블레이즈반사판(23)의 구조에 대해서 설명한다. 도면에 표시한 바와같이, 블레이즈반사판(23)은, 예를들면, 세탁판과 같은 한쪽에 규칙바르게 경사진 블레이즈형상의 반사면(이하, 블레이즈면이라 칭함)을 가진 형상으로 되어있다. 본 실시예 1에서는, 이 규칙바른경사진 블레이즈면의 각도, 즉, 블레이즈각(24)는 20°로 하였다. 그리고 회절격자의 피치인 블레이즈흠폭은, 35㎛로 하였다.
제 3도는, 제 1도의 표시부(53)의 상세구성을 표시한 단면도이다. 표시부(53)은, 액정표시수단으로서의 액정표시부(30)과, 반사수단으로서의 블레이즈반사판(23)을 포함하는 것이다. 액정표시부(30)의 구성은, 제 1편광막(201)과 액정소자(31)과 컬러필터(33)과 제 2편광판(202)가 차례로 적층된 것이다.
그리고, 액정소자(31)은 기판(21)과 전극(28)과 배향막(29)와 액정층(22)가, 도면에 표시한 바와 같이 차례로 적층된 것이다. 즉, 대향면에 투명한 전극(28)과 배향막(29)를 가진 1쌍의 투명한 기판(21)사이에, 네마틱액정으로 이루어진 액정층(22)가 끼워유지된 것이다.
또한, 표시부(53)의 표시면쪽에 위치하는 편광막(20)을 제 1편광막(201), 반대표시면쪽에서 블레이즈반사판(23)쪽에 위치하는 편광막(20)을 제 2편광막(202)라 호칭한다. 또, 표시면쪽에 위치하는 배향막(29)를 제 1배향막(291), 반대표시면쪽에 위치하는 배향막(29)를 제 2배향막(292)라 호칭한다.
제 4도는, 제 3도의 제 1및 제 2편광막과 제 1및 제 2배향막과의 배치관계를 표시한 도면이다. 또한, 도면표시되고 있는 표시부(53)의 상하, 좌우방향은 가정한 것이다.
제 4도에 표시한 바와같이, 제 1배향막(291)과 제 2배향막(292)는, 제 1배향막의 러빙방향(62)와 제 2배향막의 러빙방향(63)이, 소정의 트위스트각(64)를 가지도록 배치된다. 마찬가지로, 제 1편광막(201)과 제 2편광막(202)는, 제 1편광막의 흡수축(60)과 제 2편광막의 흡수축(61)이, 소정의 교차각도가 되도록 배치된다.
또한, 제 1과 제 2러빙방향의 백터합의 방향과, 제 1과 제 2흡수축이 이루는 각을 2등분하는 방향은 동일방향이다.
제 5도는, 제 4도의 배치관계에 의해 제작한 액정표시부(30)의 시야각특성을 표시한 도면이다. 실시예 1의 경우, 트위스트각(64)가 90°가 되도록 배치하였다.제 1편광막의 흡수축(60)과 제 2편광막의 흡수축(61)과의 교차각도는, 거의 직교가 되도록 배치하였다. 도, 액정층의 지연 △nd는, 0.55㎛인 액정표시부(30)를 제작하였다. 이와같은 액정표시부(30)의 투과 특성의 하나인 시야각특성이 제 5도에 표시되어 있다.
횡축은, 액정표시부(30)의 법선에 대해서의 입사각도(도)이다, 종축은, 액정표시부(30)의 광의 투과율(%)이다. 특성곡선(80)은, 광을 투과하는 전압무인가모드의, 즉, 백표시의 상하 및 좌우방향의 시야각특성이다. 2개의 곡선이 거의 겹쳐지고 있다. 정의 입사각도가 상부 및 좌방햐으, 부가하부 및 우방향을 표시하고 있다. 여기에 표시한 상하 및 좌우방향은, 제 4도에서 가정한 액정표시부(30)의 상하 및 좌우방향을 가리키고 있다.
특성곡선(81)은, 광을 차단하는 전압인가모드의, 즉, 흑표시의 좌우방향의 특성이며, 정의각도가 좌방향, 부가, 우방향을, 또, 특성곡선(82)는, 흑표시의 상하방향의 특성이며, 정이 상부방향, 부가, 하부방향을 각각 표시하고 있다.
도면에서, 입사각도가 0°근변의 영역, 즉, 액정표시부(30)의 법선방향의 영역(대략 법선방향이라고 정의하다)을 벗어나, 입사각도가 정ㆍ부 다같이 큰 영역(대략 법선방향바깥이라고 정의한다)에 있어서, 전압의 인가(차단)ㆍ무인가(투과)에 관계없이, 광의 투과율이 높은값을 표시하고 있는 것을 알 수 있다.
환언하면, 액정표시부(30)은, 외부광을 차단하는 모드라도 거의 법선방향외의 소정방향, 즉, 입사각도가 큰경사진방향으로부터의 외부광은, 차단하지 않은 투과특성인 것을 표시하고 있다. 본 실시예의 경우. 특히 상부방향과 좌측방향의 투과율이 높다. 또한, 이와같은 투과 특성을 얻는데 있어서, 흡수축(60)과 제 2편광막의 흡수축(61)과의 교차각은 정확하게 직교하고 있을 필요는 없고, 따라서, 거의직교인 것으로 표현하고 있다.
그리고, 여러가지의 액정표시부(30)을 제작하고 검토한 결과에서, 경사진방향의 투과율을 전압의 인가ㆍ무인가에 관계없이 높이기위해서는, 액정층의 지연△nd는, 트위스트각(64)가 90°이하의 경우는 0.35㎛이상, 트위스트각(64)가 200°에서부터 270°의 경우는 0.45㎛이상이 바람직한 것으로 판명되었다. 또, 제 4도의 배치나 지연△nd를 바꾸더라도, 전압무인가시 표시의, 즉, 백표시의 투과율의 상승율은, 흑표시의 상승율에 비해, 그다지 크게되지않는 것도 판명하였다.
그런데, 본 발명의 실시예를 실제로 평가하는데 있어서, 반사형액정표시장치가 이용되는 저형적인 오피스환경에 대해서 조사하고, 후울하는 설정사용조건 및 설정조도조건으로 이루어진, 설정오피스환경을 결정하기로 하였다. 먼저, 설정사용조건에 대해서 설명한다.
제 6도는, 실시예 1의 표시장치를 사용상태로 세트한 모양을 표시한 도면이다. 표시장치의 사용조건에 대해서, 20명에 대해서 가장 사용하기 쉬운 표시화면의 각도 및 그때의 사용자의 눈의 시선방향을 조사파악하기로 하였다. 조사방법은, 표시부(53)과 처리부(52)를, 제 6도에 표시한바와같이 탁상(55)에 설치하고, 가장 사용하기 쉬운 상태로 세트하게하고, 그때의 표시화면의 설정각도(50)과, 표시부(53)(액정표시부(30))의 법선에 대한 사용자의 눈의 위치의 방향, 즉 시각인식방향(40)의 각도인 시각인식각도(51)을 측정하였다. 그결과, 설정각도(50)은 110°±20°, 시각인식각도(51)은 0°±20의 범위이었다.
또한, 시각인식각도가 0°란, 시각인식방향(40)이 표시부(53)의 법선방향인 것을 표시하고 있다. 따라서 상기한 대체로의 법선방향은 0°±20°의 범위인 것으로도 말할 수 있다. 그리고, 시각인식각도(51)은 0°±20°의 시각인식방향(40)에, 표시부(53)으로부터의 반사광의 피크를, 즉, 액정표시부(30)의 표시특성의 지향성을 향하는 것이 바람직한 것으로 말할 수 있다.
본조사에 의해, 표시화면의 설정사용조건은, 120°의 설정각도(50)과, 0°의 시각인식각도(51)에 설정하기로 하였다.
다음에, 설정조도조건에 대해서 설명한다. 전형적인 오피스환경의 표시부(53)의 조도를 조사하였다. 조사방법은, 제 6도와 동일하도록, 표시부(53)의 정면에 사용자를 앉게하고, 액정표시부(30)의 표시면의 조도에 대해서, 각도를 파라미터로하고 측정하였다. 수개소의 환경에서 조사측정한 결과를, 제 7도, 제 8도, 제 9도에 표시한다.
제 7도와 제 8도는, 표시부(53)에 대해 연직(수직)방향의 조도분포를 표시한 도면이다.
제 7도, 제 8도의 2종류로 대별되는 것이 판명되었다. 표시부(53)의 중앙부(14)에서의 각도를 파라미터로한 조도를, 바로위로부터 수평으로 되기까지 22.5°씩 경사지게해서 측정하였다. 제 7도에 표시한 한쪽의 조도분포는, 바로위 방향은, 750럭스(1X), 차례로, 560럭스, 480럭스, 사용자의 그림자로되는 방향은280럭스, 수평방향은 170럭스이었다. 이 조도분포를, 화살표방향과 화살표길이로 표시한 것이 화살표조도분포(15)이다.
제 8도에 표시한 다른쪽의 조도분포는, 바로위방향이 700럭스, 22.5°경사진 각도에서 1000럭스로 최대의 조도를 얻을 수 있었다. 더경사지면, 600럭스, 사용자의 그림자가 되는 방향에서 빠르게 저하하고, 400럭스, 수평방향은 210럭스이었다. 화살표조도분포(15)는 도면에 표시한 바와같이 되었다. 또한, 설정각도(50)은 120°일정하게 하고 측정하였다.
제 9도는, 표시부(53)에 대해 수평(좌우)방향의 조도분포를 표시한 도면이다. 도면에 표시한바와같이, 수평방향의 조도분포는 처리부(52)에 대해 평행으로 측정하였다. 그결과 양쪽방향의 조도는 350럭스와 390럭스, 45°방향은 290럭스와 350럭스이었다. 또, 사용자의 그림자로되는 정면방향은 170럭스이었다. 중앙부(14)에서의 화살표조도분포(15)는 도시한바와같이 되었다. 즉, 사용자의 그림자로되는 정면방향에서, 급격히 조도가 저하하고 있다.
본 조사에 의해, 표시화면의 설정조도조건은, 바로위방향에 있어서 최대인 연직방향의 조도분포와, 제 9도에 표시한 수평방향의 조도분포로 설정하기로 하였다.
따라서, 설정오피스환경의 조건은, 바로위방향으로부터 입사하는 외부광, 120°의 설정각도, 표시면의 법선방향인 시각인식방향으로 된다. 바로위방향으로부터 입사하는 외부광은, 표시부(53)의 법선방향에 대해 60°의 입사각도를 가지고 있다.
또 조사결과에서, 통상의 오피스환경의 표시부(53)으로서는, 설정각도(50)을 110°±20°로 설정한 상태에 있어서, 바로위방향에 대해±20°로 입사하는 광을 효율좋게 투과하고, 0°±20°의 시각인식각도(51)의 방향으로 광을 반사하게하는 기능을 가진 표시장치가 바람직한 것이 판명되었다. 따라서, 상기 조건이 만족되는 것이 밝은 반사형액정표시장치를 얻기위하여 중요하다.
또한, 실시예 1에서는, 액정층(22)로서 네마틱액정을 사용했으나, 슈우퍼트위스트네마틱액정(STN), 균등(homogenous)액정, 호메오토로픽(homeotropic)액정등의 액정을 이용할 수 있다. 이들의 액정층과 편광막을 상기한 바와같이 조합시켜서, 제 5도에 표시한 시야각특성을 가진 액정표시부(30)을 제작한다. 제 5도와 같은 각도의존성이 큰 시야각특성, 즉 투과지향성을 가진 액정표시부(30)은, 특히 상부방향으로부터의 광을 효율좋게 투과하여 반사판에 인도할 수 있기때문에, 반사형액정표시장치의 액정표시수단으로서는 호적하다.
여기서 제 1도에 복귀하여, 실시예 1의 표시부(53)의 즉, 액정표시수단으로서의 액정표시부(30)과 반사수단으로서의 블레이즈반사판(23)의, 작용에 대해서 설명한다.
제 1도에 표시한 바와같이, 입사광(11)은, 표시부(53)의 설정각도(50)이 120°로 설정된 액정표시부(30)에 대해서, 바로위방향으로부터 소정방향의 외부광으로서 입사한다. 액정표시부(30)에 대한 입사각도는 60°이다. 액정표시부(30)은, 제 5도에 표시한 바와같이, 백표시 또는 흑표시에 관계없이 높은 투과율의 시야각특성을 가지고 있다. 따라서, 광량이 많은 바로 위방향으로부터의 입사광(11)이, 백표시 또는 흑표시에 관계없이, 액정표시부(30)을 투과한다. 그리고, 투과한 광량이 많은 입사광(11)은, 반사수단으로서의 블레이즈반사판(23)에서 반사되고, 반사광(12)로 된다.
여기서, 반사수단이 단순한 거울면이면 반사광(12)는, 법선에 대해서 60°의 방향으로 반사되고, 시각인식방향(40)인 법선방향(시각인식방향0°의 방향)으로 반사되지 않는다. 따라서, 밝은 표시특성은 얻을 수 없다.
그때문에 블레이즈각이 20°인 블레이즈반사판(23)에서 입사광(11)을 반사하고, 시각인식방향(40)인 법선방향으로 반사광(12)를 출사시키는 것이다. 즉, 반사수단으로서의 블레이즈반사판(23)은, 액정표시수단으로서의 액정표시부(30)을 투과한 소정방향의 외부광을 거의 법선 방향으로 반사하는 수단이다.
이와같이해서, 반사광(12)는 재차 액정표시부(30)을 투과한다. 이때, 반사광(12)의 입사각도는 0°이다. 따라서, 액정표시부(30)은, 본래의 거의법선방향의 투과특성에 의해서, 투과(밝음), 차단(어둠)을 선명하게 떠오르게 한다. 즉, 광량이 많은 반사광(12)가 투과하는 백표시와 광을 차단하는 흑표시를 선명하게 하고, 밝은 표시특성을 얻는것이다.
또한, 여기서 매칭제(32)의 굴절율의 영향이 약 10°있으며, 매칭제를 사용하지 않는 공기층이면 블레이즈각은 30°이다.
상기 실시예 1의 액정표시부(30)과 블레이즈반사판(30)을 사용한 표시부(53)의 휘도특성을, 사기한 설정오피스환경에서 실측하였다. 그결과, 표시부(53)은, 시각인식방향(40)을 대략중심으로한 절반값 폭 30°의 지향성을 가진 반사광분포특성을 표시한 것이었다. 또한, 절반의 값폭이란, 광량의 피크치의 1/2을 표시한 점을 피크치로 표시한 점에서부터의 각도로서 나타낸것이다.
그리고, 백표시때 및 흑표시때의 콘트라스트비는 레벨 50이상을 얻을 수 있었다. 이는 종래에 비해 2배이상으로 되는 것이었다.
또, 완전반사가 아니고 20%에서부터30%정도의 확산반사가 되도록, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈면을 꺼칠게 표면화하고, 산란성이 있는 것으로 한결과, 지향성이 양호하고, 또한, 간섭에 의한 글레어등의 화질저하를 방지할 수 있는 것이 판명되었다.
또, 실시예 1의 반사형컬러액정표시장치에 있어서 컬러필터(33)을 제거하고, 반사형흑백액정표시장치로 하였을경우에 있어서도, 밝은 표시를 얻을 수 있었다. 이때의 백표시때 및 흑표시때의 콘트라스트비도, 레벨 50이상이었다.
또, 상기와 동일 구성조건으로서, 1화소의 크기가 300㎛mx300㎛이고, 화소수가 10x10화소의 표시장치에 있어서, 화소마다 흑백표시를 했을때도, 전체면 백표시때에 비교해서, 백의 밝기는 거의 저하하지 않았다.
제 10도는, 제 1도의 컬러필터(33)의 색별필터의 배치를 표시한 도면이다. 제 10도(a)는, 컬러필터(33)과 블레이즈반사판(23)을 부분확대해서 표시한 도면이다. 제 10도(b)는, 제 10도(a)의 사시도이다.
도면에 표시한바와같이, 컬러필터(33)은, 적색필터(33R), 녹색필터(33G), 청색필터(33B)로 이루어진 색별스트라이프형상필터가, 이 필터의 스트라이프방향과블레이즈반사판(23)의 블레이즈홈방향이 거의 직교하도록, 각각 배치되어 있는 것이다.
여기서, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈홈방향은, 표시부(53)의 수평방향으로 평행한 방향이다. 따라서, 컬러필터(33)의 스트라이프방향은, 표시부(53)에 대해서 수직의 방향이 된다. 그리고, 상기한 바와같이 입사광(11)과 반사광(12)도, 표시부(53)에 대해서 수직의 방향에 있다. 따라서, 컬러필터(33)의 스트라이프방향과, 입사광(11)과 반사광(12)의 궤적을 포함하는 면의 방향과는 평행되는 관계에 있다. 즉, 제 10도(b)에 표시한 바와 같이, 예를들면, 상부방향으로부터 입사한 입사광(11)이 청색필터(33B)를 투과하였다면, 블레이즈반사판(23)에서 시각인식방향(40)으로 반사한 반사광(12)도 청색필터(33B)를 투과하게 된다.
환언하면, 반사형의 표시장치에 있어서, 스트라이프형상필터의 스트라이프방향을, 반사수단에 있어서 입ㆍ반사하는 외부광의 입사광의 궤적과 반사광의 궤적을 포함하는 면에 평행한 방향이되도록 배치하면, 입사광과 반사광은 동일색의 컬러필터를 투과하게 된다. 이에의해, 예를들면, 적색필터는 적색만을 투과하고 다른색은 흡수하는 기능을 가진 컬러필터이어도, 입사광이 다른색의 컬러필터를 투과하지 않으므로, 광의 손실이 적어진다. 투과형의 표시장치에서는 반사가 없으므로, 상기는 반사형에 있어서의 특유의 양호함이라 말할 수 있다.
제 11도는, 컬러필터(33)의 색별의 투과율특성을 표시한 도면이다. 실시예 1에서 사용한 컬러필터(33)의 투과율은, 도면에 표시한 바와같이, 종래의 투과형컬러필터와 비교하고, 전체파장영역에 있어서 투과율이 높은 것이다. 투과형컬러필터의 특성으로서는, 예를들면, 청색은, 녹색이나 적색의 파장영역에서 투과율이 낮은것이 요망되나, 반사형컬러필터의 경우, 상기한 바와같이 동일색의 컬러필터를 2번투과하므로, 광이 흡수되지 않도록 투과율은 높은쪽이 좋다. 구체적으로는, 예를들면, 반사형컬러필터의 청색필터특성은, 550nm이상이고 종래의 투과율이 거의 0%이었던 것을, 약 40%까지 높인것이다.
또, 밝은 반사형컬러액정표시장치를 얻기위해서는, 표시색의 범위는 좁게되나, 적색, 청색, 녹색이외에 시아노, 마젠타, 황색등의 컬러필터를 사용하는 것도 생각할 수 있다.
한편, 실시예 1에 있어서, 컬러필터(33)에 관해서 개량을 가해서 관찰했다. 제 12도는, 스트라이프형상필터의 스트라이프폭과 액정층(22)의 화소폭 및 개구부(56)과의 관계를 표시한 단면도이다. 도면에 표시한 바와같이, 스트라이프형상필터의 개개의 스트라이프폭은, 스프라이프방향에 대해 직각방향의 액정층(22)의 화소폭보다 작게했다. 실시예 1에서는, 1개의 스트라이프폭을 화소폭(300㎛)의 50%로 하였다. 또한, 액정층(22)의 화소폭의 개구부(36)의 이상적인 치수는 화소폭과 동등한 치수이다.
이 결과, 스트라이프폭과 화소폭이 동등한 경우에 비해, 밝기를 증가할 수 있었다. 이는, 도면중의 점선으로 표시한 바와같이 스트라이프폭이, 화소폭과 동등한 정도로 폭넓은 경우, 청색필터(33B)를 투과한 확산광의 일부가 누설되어서, 인접하고 있는 적색표시의 화소를 투과하고, 악영향을 미치게되기때문이다. 따라서, 스트라이프형상필터의 스트라이프폭으로서는, 스트라이프방향에 대해서, 직각방향의 액정층(22)의 화소폭보다 작고, 폭좁은 것이 요망된다.
다음에, 실시예 1의 효과를 확인하기 위하여 비교한, 비교예에 대해서 설명한다.
[비교예 1]
비교예 1의 구성은, 제 4도에 있어서, 제 1편광막의 흡수축(60)과 제 2편광막의 흡수축(61)과의 교차각을 0°로하는. 즉, 2개의 흡수축이 평행인 배치관계로한 액정표시부(30)을 채용한 것이다. 그외는, 실시예 1과 동일하다. 이때의 트위스트각은 90°그대로이다.
제 13도는, 비교예 1의 배치관계에 의해 제작한 액정표시부(30)의 시야각특성을 표시한 도면이다. 이 시야각특성의 표시는, 제 5도와 동일하다. 즉, 횡축은 액정표시부(30)의 입사각도, 종축은 투과율이다. 2개의 특성곡선(80)은, 전압무인가때의 상하, 좌우방향의 시야각특성을, 특성곡선(81)은 전압인가때의 좌우방향의 시야각특성을, 특성곡선(82)는 전압인가때의 상하방향의 시야각특성을 각각 표시한 것이다.
이와같은 표시모드특성을 가지는 비교예 1에서는, 1화소의 크기가 300㎛x300㎛이고, 화소수가 10x10화소의 표시장치에 있어서, 화소마다 흑백표시를 하였을 경우, 백표시의 밝기는, 실시예 1과 비교해서 크게 저하되었다.
[비교예 2]
비교예 2의 구성은, 컬러필터(33)의 스트라이프방향을 블레이즈반사판(23)의 블레이즈홈방향과 평행으로 배치한 것이고, 그외는, 실시예 1과 마찬가지의 구성이다. 이 비교예 2에 있어서도, 백표시때의 밝기는, 실시예 1과 비교해서 크게 저하되었다.
[비교예 3]
비교예 3의 구성은, 매칭제(32)를 충전하지않고, 단순히 공기층으로한 것이다. 그외는 실시예 1과 마찬가지의 구성이다. 비교예 3의 표시부(53)을 설정오피스환경에서 실측한결과, 비교예 3의 백표시때의 박리 및 콘트라스트는, 실시예 1과 비교하여 크게 저하되었다.
[실시예 2]
제 14도는, 실시예 2의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도이다. 제 15도는, 제 14도의 컬러필터(33)과 블레이즈반사판(23)을 부분확대해서 표시한 도면이다. 도면에 표시한바와 같이, 실시예 2의 구성은, 컬러필터(33)의 배치만이 실시예 1과 다른것이며, 그외는 실시예 1과 동일하다.
제 15도에 표시한 바와같이, 컬러필터(33)의 배치는, 스트라이프형상필터를 블레이즈홈과 거의 직교하도록, 블레이즈반사판(23)의 반사면위에 밀착시킨것이다. 예를 들면, 반사수단위에 직접 인쇄한 것이다. 반사판위에 밀착시킨 목적은, 입사광(11)과 반사광(12)를 반사판위에 설치된 컬러필터(33)의 동일점에서 입ㆍ반사시켜 동일색의 컬러필터(33)을 투과시키기 위해서이다. 반사판위에 밀착배치된 컬러필터(33)은 박막이므로, 입ㆍ반사한 광은 대략 동일 점의 컬러필터를 투과하는 것으로 말할 수 있다. 따라서, 다른색의 컬러필터를 투과하여 광이 흡수되는 것은 회피된다.
또한, 실시예 2에서는, 스트라이프형상필터를 사용하였으나, 일반적인 도트형상필터를 사용하더라도 동일점에서 입ㆍ반사하는 점에 변함은 없기때문에, 박막필터를 반사면위에 밀착배치한 것이라면 형상에 한정은 없다.
또, 실시예 2에서는, 투과형컬러필터를 인쇄했으나, 대신으로 반사형컬러필터를 인쇄해도 된다. 반사형컬러필터의 경우는, 투과형컬러필터에 비해 보다 얇으므로 동일점의 관점에서 보다 바람직한 것으로 생각할 수 있다. 또한, 투과형컬러필터는 소정의 막두께를 가진 것이며, 예를들면. 적색필터는 적색만을 투과하고, 다른색은 흡수하는 필터이다. 한편, 반사형컬러필터는 박막이며, 녹색의 필터는 녹색만을 반사하고, 다른색은 흡수하는 필터이다.
그리고, 실시예 2에 대해서, 밝기를 측정한 결과, 실시예 1과 동등한 표시특성을 얻게되었다.
[실시예 3]
제 16도는, 실시예 3의 반사형 컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도이다. 상부방향으로부터의 「입사하지않는」표시장치의 실시예를 표시한 것이다. 실시예 3의 구성은, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈면의 경사방향을, 실시예 1의 경사방향과 반대방향으로 하고, 또한 표시부(53)의 하부에, 표시면에 대해 거의 수직방향으로, 간접조사수단으로서의 확산반사판(37)을 배치한 것이다. 그외의 구성은, 실시예 1과 동일하다. 또, 실시예 3을 실시예 2에 결합한 구성으로 할수도 있다.
이 실시예 3의 구체적인 구성을 설명하면, 블레이즈반사판(23)의 반사면은완전반사의 거울면으로 하고, 표시면쪽의 제 1편광막(201)도 비채광처리등의 표면반사의 처리는 행하지 않는 것으로 하였다. 그리고, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈각(24)는, 20°, 회절격자의 피치는, 30∼70㎛의 불규칙피치로 하였다.
이와같은 실시예 3의 경우, 간접조사수단으로서의 확산반사판(37)은, 광량이 많은 상부방향으로부터의 외부광인 입사광(11)을 반사하고, 액정표시수단으로서의 액정표시부(30)을 간접적으로 조사한다. 그리고, 확산반사판(37)에서 반사된 입사광(11)은, 확산광이되어 액저표시부(30)을 투과하고, 그후, 블레이즈반사판(23)의 거울면에서, 시각인식방향(40)으로반사된다. 그리고, 이와같은 확산반사판(37)을 배치하므로서, 블레이즈반사판(23)의 반사면을 거울면으로하는 것이 가능하게되고, 반사율이 향상하므로 밝은 표시가 얻어진다.
상기 실시예 3을 사용한 표시부(53)의 휘도특성에 대해서, 설정오피스환경에서 측정한결과, 입사가없고, 또한, 표시면의 시각인식방향(40)을 중심으로한 절반값폭30°의 지향성을 가진 반사광분포특성을 표시한 것이었다. 또, 이때의 반사광(12)의 밝기는, 실시예 1과 동등한 밝은 표시특성을 표시하였다. 또, 블레이즈반사판(23)의 반사면을 거울면으로하더라도, 확산반사판(37)로부터의 광이 확산광이기때문에, 간섭에 의한 글레어의 발생도 없었다.
또한, 컬러필터(33)의 구성은 반사판위에 직접 인쇄한 것이라도되며, 스트라이프폭은 화소폭보다 가늘게하므로서, 더욱더, 밝기를 향상할 수도 있다.
제 17도는, 제 16도의 확산반사판(37)의 다른 실시예를 표시한 도면이다. 확산반사판(37)의 대신에, 간접조사수단으로서의 블레이즈형상확산반사판(57)을 설치한 것이다. 이 실시예의 경우, 상부방향으로부터의 입사광(11)이, 산란성이외에 지향성을 겸비한 블레이즈형상확산반사판(57)에 의해서 집광되므로, 보다 밝은 특성을 가진 표시부(53)화면이 얻어진다고하는 효과가 있다.
[실시예 4]
실시예 4는, 블레이즈반사판(23)에 개량을 가한예이다. 제 18도는, 실시예 4의 반사형컬러액정표시장치의 블레이즈반사판(23)을 표시한 사시도이다. 제 19도는, 제 18도의 확대단면도이다. 제 19도(a)는 제 18도의 좌우방향의 단면을 표시한 도면이다. 제 19도(b)는 제 18도의 상하방향의 단면을 표시한 도면이다.
실시예 4의 구성은, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈면의 경사면을 3종류로 한것이다. 또한, 컬러필터(33)을 블레이즈반사판(23)위에 직접배치한 것이다. 그외의 구성은, 실시예 1과 동일하다. 또한, 실시예 4의 블레이즈반사판(23)을 실시예 2나 실시예 3과 조합시키는 것도 가능하다.
실시예 1에서부터 실시예 3에 있어서는, 상부방향으로부터의 입사광(11)을 효율좋게 시각인식방향(40)으로 인도하였으나, 실시예 4의 목적은, 상부방향의 광뿐만아니라 좌우방향의 광도집광하고, 액정표시부(30)의 시각인식방향(40)으로 효유좋게 향하도록 하는 것이다.
제 19도(a)의 판단으로부터 알 수 있는 바와같이, 블레이즈면은, 좌우방향의 광을 시각인식방향(40)으로 반사하도록, 좌우방향으로 2종류의 경사면을 가지고, 볼록형형상으로 되어있다. 또한, 좌우의 블레이즈각(24)는 달라도 된다. 그리고, 제 19도(b)의 단면으로부터 알 수 있는 바와같이, 상부방향의 광을시각인식방향(40)에 반사하는 블레이즈면은, 실시예 1과 마찬가지로 한쪽에 규칙바르게 경사진 1종류의 경사면을 가지고 있다.
실시예 4에서는, 블레이즈반사판(23)의 회절격자의 피치는. 가로세로의 양피치 다같이 30㎛로하고, 상부방향의 블레이즈각도(24)를 20°로하고, 좌우방향의 이 각도도 각각 대칭으로 20°로하였다.
상기 실시예 4를 사용한 표시부(53)의 휘도특성에 대해서 설정오피스환경에서 측정한 결과, 표시면의 시각인시방향을 중심으로한 절반값폭 30°의 지향성을 가진 반사광분포특성을 얻을 수 있었다. 실시예 1에서부터 실시예 3에서는, 좌우방향의 지향성이 작었으나, 본 실시예 4에서는, 좌우방향도 절반값폭 30°의 반사광분포특성을 얻을 수 있었다. 그리고, 반사광의 밝기는, 실시예 1의 1.5배이상의 밝은 표시특성을 표시하였다.
또한, 실시예 4에 있어서도, 블레이즈반사판(23)의 반사면을 20%에서부터 30%정도의 확산반사로하고, 산란성을 가진 것으로 하면, 지향성이 좋고 또한 간섭에 의한 글레어등의 화질저하를 방지할 수 있는 것을 확인하였다.
한편, 제 7도와 제 8도에서 설명한 바와같이, 오피스환경의 표시부(53)에 있어서의 조도분포는, 크게 나누면 2종류이다. 따라서, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈면의 경사면은, 2종류 있어도 문제는 없다. 예를들면, 블레이즈각도(24)를 20°와 5°로 설정한 경사면으로 한다. 그리고, 제 19도(a)에 있어서는, 2종류의 볼록형형상을 혼합하여 형성하고, 제 19도(b)에 있어서는, 20°와 5°의 2종류의 경사진 형상을 교호로 형성한 블레이즈반사판으로 한다. 이와 같이하면 어느쪽으로부터의 광도반사집광할 수 있으므로, 밝은 표시를 얻을 수 있다. 즉, 블레이즈반사판의 블레이즈면에, 복수종류의 경사면을 구비하므로서, 어떠한 오피스환경에 있어서도 밝은 표시를 얻을 수 있다.
[실시예 5]
실시예 5는, 설정각도(50)을 바꾸고, 표시부(53)을 수평으로 눕히고 사용하는 경우를 상정한 것이다. 예를들면, 파암톱컴퓨터나 전자수첩의 경우이다.
제 20도는, 본 발명에 위한 실시예 5의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도이다. 이 실시예 5에서는, 표시부(53)의 설정각도(50)은, 대략 180°즉 표시부(53)은 수평으로 눠어서 세트되고 있다.
상기와 같은 사용상태에 대한 실시예 5의 구성은, 실시예 1의 표시부(53)의 블레이즈반사판(23)을 블레이즈각(24)는 15°, 회절격자의 피치는 30㎛의 블레이즈반사판(23)에, 바꿔놓은 것이다.
그결과, 수평으로 눕히고 있으므로, 표시부 53(블레이즈반사판(23))에 대해서 바로상부방향으로부터 입사하는 입사광(11)은, 15°의 블레이즈각(24)에 의해서, 법선방향에 대해 30°의 반사광(12)로되어 출사하였다. 즉, 반사광(12)가 시각인식방향(40)에 출사하도록, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈각(24)를 소정치로 설정하는 것이다.
그리고, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈면을 20%에서부터 30%정도의 확산반사로하고, 산란성을 가진 것으로 하면, 지향성이 양호하여 간섭에 의한 글레어등이 없는 표시특성을 얻을 수 있었다.
설정오피스환경에서 측정한 결과, 반사광(12)는 시각인시방향(40)을 중심으로한 절반값폭30°의 지향성을 가진 반사광분포특성을 표시하였다. 이때의 백표시때 및 흑표시때의 콘트라스트비는, 레벨 30이상을 얻을 수 있었다.
또, 1화소의 크기가 300㎛x300㎛에서, 화소수가 10x10화소의 표시장치에 있어서, 화소마다 흑백표시시켰을 경우에도, 백표시의 밝기는 거의 저하하지 않았다.
그러나 상기와 같이, 콘트라스트비가 다른 실시예에 비해 약간낮으므로, 계속하여, 실시예 5에 개량을 가하였다. 콘트라스트비가 낮은 것은, 표시부(53)이 수평으로 눕히고 있으므로, 시각인식방향(40)이, 액정표시부(30)의 법선방향으로부터 상당히 경사진방향으로 어긋나 있기 때문이다. 따라서, 시각인식방향(40)에서 가장 콘트라스트비가 높게되도록, 경사진 하부방향으로 콘트라스트비를 이동시킬 필요가 있다.
그때문에, 제 4도에서 설명한 제 1배향막의 러빙방향(62)와 제 2배향막의 러빙방향(63)과의 트위스트각(64)를, 60°로하여 액정표시부(30)을 제작하였다. 이 결과, 가장 콘트라스트비가 높게되는 피크위치를, 경사진하부방향의 시각인식방향(40)에, 콘트라스트비를 이동시킬 수 있어, 시각인식방향(40)의 콘트라스트비를 레벨 50이상으로 할 수 있었다.
상기의 일로부터, 트위스트각(64)를 소정치로 설정하므로서, 콘트라스트비의 피크를 표시한 방향을 시각인식방향(40)으로 일치시키고, 시각인식방향(40)의 콘트라스트비를 적정하게 하는 것과, 동시에 맞추어서, 반사광(12)가 시각인식방향(40)에 출사하도록, 블레이즈반사판(23)의 블레이즈각(24)를 소정치로 설정하는 일이가능하다는 것이 판명되었다. 즉, 액정표시장치로서의 액정표시부(30)은, 시각인식방향이 콘트라스트비의 피크를 표시한 방향과 일치하는 소정 트위스트각을 가진 수단이며, 반사수단으로서의 블레이즈반사판(23)은, 액정표시부(30)을 투과한 외부광으로서의 반사광(12)를 시각인식방향으로 반사하는 수단인 것으로 말할 수 있다.
또한, 콘트라스트비는 트위스트각을 바꾸어 조정하였으나, 위상차판에 의해 바꾸는 것도 가능하다.
[실시예 6]
제 21도는, 실시예 6의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도이다. 본 발명예 의한 다른 반사수단의 실시예를 표시한 것이다. 이 실시예 6의 구성은, 대별하면 표시부(53)과 처리부(52)로 이루어진다. 그리고, 표시부(53)은, 액정표시수단과 반사수단을 포함하는 것이다.
액정표시수단으로서의 액정표시부(30)은, 제 1편광막(201)과, 기판(21)과, 액정층(22)와, 제 2편광막(202)와, 컬러필터(33)으로 적어도 구성된다. 반사수단은, 적어도, 도광수단으로서의 파이버플레이트(39)와 반사체로서의 거울면 반사판(38)로 구성된다.
또, 실시예 6의 구성을 설명하면, 한쪽의 투명한 기판(21)과 다른쪽의 기판을 구성하는 파이버플레이트(39)의 사이에, 네마틱액정으로 이루어진 액정층(22)와 제 2편광막(202)와 컬러필터(33)이 배치되고, 그리고 액정층(22)의 표시면쪽에 제 1편광막(201)이 배치된 것이다. 제 2편광막(202)는, 파이버플레이트(39)를 투과하는 광의 편광상태의 붕괴를 보정하기 위하여, 액정층(22)의 반대표시면쪽에 배치된것이다.
그리고, 본 실시예 6의 경우, 소정방향으로 광을 인도하는 도광수단에, 이 경우는 표시부(53)의 두께방향으로 광을 인도하는 도광수단에, NA0.5의 파이버플레이트(39)가 사용되고 있다. 도광수단으로부터 도래한 광을 반사하여 도광수단에 복귀시키는 반사체로서, 일반적으로 사용되는 거울면형상의 거울면반사판(38)이 사용되고 있다. 컬러필터(33)은 파이버플레이트(39)의 표시면쪽에 배치하였다. 반대표시면쪽에서도 가능하다. 상기이외는, 실시예 1의 구성과 동일하다.
이와같은 구성에 있어서, 광량이 많은 상부방향, 즉, 소정방향의 외부광인 입사광(11)은, 액정표시부(30)을 투과한 후, 파이버플레이트(39)에 의해, 표시부(53)의 두께방향, 즉, 표시부(53)에 대해 거의 수직방향으로 인도된다. 따라서 거울면반사판(38)에 대해서도 거의 수직방향으로 인도된다. 그리고, 거울면에 의해, 재차표시부(53)의 두께방향, 즉, 표시부(53)에 거의 수직방향으로 반사된다. 표시부(53)에 대해 거의 수직방향이라고하는 것은 거의 법선방향이며, 즉, 시각인식방향(40)이며, 이 시각인식방향(40)에 반사광(12)는 출사된다.
환언하면, 도광수단으로서의 파이버플레이트(39)와 반사체로서의 거울면 반사판(38)로 이루어진 반사수단에 의해서, 액정표시수단으로서의 액정표시부(30)을 투과한 소정방향의 외부광이 거의 법선과 방향으로 반사된다.
한편, 도광수단으로서의 파이버플레이트(39)의 기능에 의해, 입사광(11)과 반사광(12)는, 동일방향의 관로를 통하므로, 파이버플레이트(39)의 앞 또는 뒤에 배치된 컬러필터(33)을 투과하는 광은, 동일색의 컬러필터(33)을 투과하게 된다.따라서, 다른색의 컬러필터를 통과하지 않으므로, 광이 흡수되지 않고 밝기의 저하가 생기지 않는다.
이 실시예 6의 표시장치를, 설정오피스환경에서 측정한 결과, 반사광(12)의 반사광분포특성은, 시각인식방향(40)을 중심으로한 절반값폭 30°의 지향성을 가진 것이었다. 이때, 시각인식방향(40)의 밝기는, 실시예 4와 동등한 밝기의 표시특성을 표시하였다. 또 백표시때 및 흑표시때의 콘트라스트비는, 레벨 50이상이었다.
또, 상기와 동일구성조건이라도 1화소의 크기가 300㎛x300㎛이고, 화소수가 10x10화소의 표시장치에 있어서, 화소마다 흑백표시를 한경우도, 백의 밝기는 거의 저하하지 않았다.
또, 확산면아닌 거울면판사판(38)을 채용했기때문에, 반사율이 높고 밝은 표시특성을 얻을 수 있었다.
제 22도는, 파이버플레이트(39)의 반대표시면쪽에 컬러필터(33)을 배치한 실시예를 표시한 단면도이다. 실시예(6)의 다른 반사수단의 실시예이다.
제 22도에 표시한 바와같이, 파이버플레이트(39)로부터 출사한 광은, 거울면반사판(38)에 있어서 거의 수직방향으로 입ㆍ반사한다. 출사한 광은 원추형상으로 확산하나, 컬러필터(33)의 두께가 얇으므로 확산정도는 적고, 상기의 원추확산광의 영향도 적다.
이에 대해, 제 21도에 표시한 바와같이 파이버플레이트(39)의 표시면쪽에 컬러필터(33)이 있으면, 경사진방향의 입사광(11)과 법선방향의 반사광(12)가 다른 광로를 통과하는 경향에 있으며, 약간 난점이 있다.
동일색의 컬러필터를 확실하게 투과시키기 위해서는, 컬러필터(33)의 배치는, 파이버플레이트(39)의 표시면쪽이 아니고, 파이버플레이트(39)와 거울면반사판(38)의 사이에 배치한쪽이 좋다. 또, 파이버플레이트(39)와 컬러필터(33)과 거울면반사판(38)은 밀착한쪽이 더욱더 좋다. 그렇지않을 경우, 원추형상으로 확산하는 광이 다른색의 컬러필터(33)을 투과하기 쉽게되어, 흡수에 의해 밝기가 저하는 것에 관계된다.
또한, 파이버플레이트(39)의 피복부분을 투과하는 광은, 동일광로를 투과하지않으므로, 컬러필터(33)은, 실시예 1등의 컬러필터(33)과 동일하게, 가늘한 스트라이프형상필터로하고, 이 피복부분을 피하는 치수로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 피복부분을 투과하는 광의 영향을 받치않을 수 있어, 밝기를 저하시키는 일이없다.
상기 본 발명의 실시예를 다음에 표시한 종래예와 비교하면, 잘 이행할 수 있다.
제 23도는, 일본국특개평 4-212124호공보에 개시되어 있는 종래예의 표시부(53)을 표시한 단면도이다. 구성은, 표시부(53)의 표시면쪽으로부터, 파이버플레이트(39)와 액정층(22)와 기판(21)과 거울면반사판(38)이 적층된 것이다.
경사진방향으로 부터의 입사광(11)은, 파이버플레이트(39)를 거의 수직방향으로 인도되어 액정층(22)와 기판(21)을 투과하고, 거울면반사판(38)에서 반사한다. 반사광(12)는, 재차 액정층(22)와 기판(21)을 투과하고, 파이버플레이트(39)를 거쳐서 시각인식방향(40)으로 출사한다. 도면에 표시한 바와같이 파이버플레이트로부터 출사한 광이, 액정층이나 기판등의 비교적 긴 왕복광로를 거치므로, 비교적 넓게 원추형상으로 확산한다. 그 결과 반사광의 일부가 흑표시의 액정층에 차단되어, 밝기가 저하한다.
종래예의 표시부에 대해서 설정오피스환경에서 비교측정하였다. 그 결과, 종래예의 표시부는, 흑백의 첵패턴등을 표시하였을 경우, 제 22도에 표시한 실시예의 표시부보다, 백표시의 휘도가 크게 저하하였다. 또한, 기판(21)의 두께는 0.7∼1.1mm이나, 이정도에서도 미묘하게 영향하는 것이 판명되었다. 이에 의해, 파이버플레이트(39)의 배치는, 본 실시예의 쪽이 양호한 것으로 말할 수 있다.
즉, 제 22도에 표시한 바와같이, 외부광으로서의 입사광(11)이, 기판(21), 액정층(22), 도광수단으로서의 파이버플레이트(39)의 차례로 입사하여 거울면 반사판(38)에서 반사하고 역순서에 의해 투과하여 왕복하도록, 각각을 배치한 본 실시예의 쪽이 양호하다. 또한, 컬러필터(33)의 유무에는 구애되지 않는다.
또한, 파이버플레이트가 아니고, 통상의 유리재로 이루어진 기판을 채용하였을 경우는, 입사(入寫)등 때문에 반사체에 산란성을 가지게하는 것이 필요하였다. 그러나, 본 실시예와 같이 기판으로서 파이버플레이트(39)를 사용하면, 파이버플레이트(39)를 광이 투과할때에, 파이버내에서 모드 변환이나 산란이 일어나고, 반사체에 산란성을 가지게할 필요가 없다. 그때문에, 반사체를 거울면 반사판(38)로 할 수 있어, 반사율을 올리고, 밝은 표시특성을 얻을 수 있는 효과가 발생하였다.
[실시예 7]
실시예 7은, 실시예 5와 마찬가지로, 실시예 6의 파이버플레이트(39)를 채용한 표시부(53)을, 수평으로 눠어서 사용하는 경우를 상정한 것이다. 또한. 실시예 7에 대해서의 도면표시는 생략되어 있다.
이 실시예 7의 구성은, 도광수단으로서의 파이버플레이트(39)는, 이 내부의 파이버 1개1개가 법선방향에 대해 30°의 시각인식방향(40)으로 경사지게한 것이다. 그리고, 반사체는, 시각인식방향과 동일한 30°의 블레이즈각을 가진 블레이즈반사판(23)이다. 즉, 시각인식방향이 소정의 시각인식각도를 가지고 있는 경우는, 시각인식각도경사진광로를 가지는 도광수단과, 시각인식각도경사진 반사면을 가지고 이 도광수단으로부터 출사된 광을 시각인식방향으로 반사하는 반사체를 설치하게 된다.
또, 콘트라스트비가 적정하게되도록, 파이버플레이트(39)내부의 파이버 1개1개의 경사를 조정하고, 즉, 콘트라스트비가 높아지는 방향과 파이버의 경사진방향을 일치시키므로서, 콘트라스트비를 이동시켰다.
이 실시예 7의 표시장치를, 설정오피스환경에서 측정한 결과, 상기한 실시예 6과 동등한 밝은 표시특성 및 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.
이상과 같이 실시예 1에서부터 실시예 7에 있어서, 백라이트를 사용하지않고, 백라이트를 가진 투과형 컬러액정표시장치와 동등한, 밝은 반사형컬러액정표시장치를 얻을 수 있었다. 또, 종래의 투과형 컬러액정표시장치의 소비전력의 약 3분의 2가 백라이트의 소비전력이므로, 본 발명에 의해, 저소비전력에 의해서 밝은 반사형컬러액정표시장치를 얻을 수도 있었다.
또, 모든 실시예에 있어서, 표시면 또는 각층에서 반사하여 시각인식장해가되는 광의 방향과, 정규로 블레이즈반사판등에서 반사하는 반사광의 방향이 다르기 때문에, 이 시각인식장해가 되는 광에 의한 콘트라스트비의 저하가 방지되어, 높은 콘트라스트비의 표시특성을 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 블레이즈반사판(23)등은, 놋쇠를 성형가공하고, 그 블레이즈면을 샌드블라스트법에 의해 조면화하고, 자외선경화수지로 전사하고, 그면에 은을 스퍼터링하므로서 제작하였다. 그러나, 제작방법은 특히 한정하지 않는다. 예를 들면, 반사판은, 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 열가소성의 플라스틱으로 성형하거나 또는 이 플라스틱상에 금형압출등의 방법으로 제작할 수도 있다. 또, 반사표면막의 제작방법도, 스퍼터링, 증착도금등 여하를 불문하다.
또, 본 실시예에서는, 편광막(20)의 굴절율에 일치하게하는 매칭제(32)를 선정하고 있으나, 실제로 일치시키는 것은 곤란하다. 그래서, 선정된 매칭제(32)의 굴절율에 마추어서 블레이즈각(24)를 바꾸고, 반사광(12)가 시각인식방향(40)으로 향하도록 블레이즈각(24)를 설정한다. 이에 의해, 매칭제의 선정에 여유가 생기고, 매칭제의 재료코스트의 점에 메릿이 생긴다.
한편, 광량이 많은 상부방향으로부터 광을 효율좋게 시각인식방향으로 반사할려면, 블레이즈각은 10°에서부터 50°의 사이가 바람직한 것이 판명되었다. 또, 본 실시예에서는, 회절격자의 피치는 30㎛에서부터 50㎛의 사이였으나, 최소화피치보다 작으면 회절격자의 피치는, 10㎛∼1mm의 사이라고 한정하지 않는다.
또, 종래의 반사형 흑백액정표시장치에 있어서는, 표시면쪽의 편광막(20)의 표면을 비채광처리를 행하고, 편광막(20)에서 반사한 시각인식장해가 되는 광을 저감할 필요가 있었다. 그러나, 본 실시예에서는, 편광막(20)의 비채광처리를 행하지 않아도 콘트라스트비의 높은 표시를 얻을 수 있어 가공비 저감의 효과가 있다. 여기서, 비채광처리란, 편광막(20)의 표면은 조면화하고, 직접 반사광을 적게하는 처리이다. 또 안티리플렉션처리도 반사광을 저감하는 마찬가지의 처리이며, 이에 대해서도 마찬가지의 효과가 있는 것으로 말할 수 있다.
또한, 본 실시예의 반사형컬러액정표시장치로부터 컬러필터를 제거한 반사형흑백액정표시장치에, 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 반사형컬러액정표시장치를, 랩톱컴퓨터나 노트형 컴퓨터의 표시부, 팜톱컴퓨터나 PDA(퍼스널디지탈어시스턴트)의 표시부등으로서 적용하면, 저소비전력으로, 콘트라스트비가 높고, 밝은 정보처리장치를 얻을 수 있다.
[실시예 8]
제 27도에 본 발명의 실시예 8의 액정표시장치의 외관을, 제 28도에 액정셀상부면에 구비한 도광판(4)의 측단면도를, 제 29도에 반사판(107)의 측단면도를 표시한다.
본 실시예 8에서는 액정셀면과 수평면이 이루는 각(103)은 60°로 세트하였다. 액정셀(101)의 상부면에 아크릴수지제도광판(104)를 구비하고, 이 도광판의 평면과 수평면이 이루는 각(105)를 30°로 하였다. 또 제 28도에 표시한 바와같이 이 도광판의 상부쪽의 표면에는 광산란성구조(112)가 있고, 도광판의 하부쪽에는 마이크로프리즘(113)이 구비되고, 도광판의 하부쪽으로부터 출사한 액정셀에의 입사광(110)은 굴절하여 액정셀의 방향으로 전반하도록 되어있다. 또한 본 실시예에서는 광산란성구조(1120는 미세한 요철구조이나, 광산란성을 가진 것이라면 이에 한정하지 않는다. 예를들면, 미세한 굴절율분포를 가진 평탄한 판형상의 구조라도 된다. 도광판의 하부쪽으로부터 출사한 액정셀에의 입사광(110)은, 2개의 편광판(106)으로 끼워유지된 액정셀(101)의 뒤쪽에 있는 반사판(107)에서 반사한다. 이 반사면은 제 29도에 표시한바와같이 액정셀면에 대해서 상향으로 경사진 미세한 다수의 면으로 이루어지고, 상부쪽으로부터 입사한 광은 종래의 반사판과 같이 하부쪽으로는 낙사하지 않고, 액정셀면에 거의 수직인 방향으로 전반하고, 사용자의 눈에 도달한다. 또한, 반사판과 액정셀의 사이에는 투명한 매체인 실리콘오일이 충전되어 있다. 또한, 편광판표면은 평탄하고 비채광처리는 되어있지 않다.
본 실시예 8에서는, 기판으로서는, 투명한 유리기판 2매를 사용했다. 모두 두께는 1.1mm로 표면을 광학연마하고 있고, 기판안쪽에는 드라이버IC에 접속된 XY매트릭스형상의 투명전극이 형성되고, 640x480화소를 구성하고 있다. 패널사이즈는 대략 9.4인치이다. 이들 기판간에 네마틱액정ZLI-2293(멜크사제품)에, 카이럴물질S-811(메루크사제품)을 소량첨가한 액정조성물을 사이에 두었다. 또한, 조성물의 자연피치는 10.5㎛, 기판간의 갭은 6.1㎛이다. 전극상에는, 폴리이미드계 배항막LQ-1800(히다찌카세이제품)이 스핀코드법에 의해 약 500Å의 두께로 도포되어 있다. 러빙법에 의해 표면처리되고, 상기 액정재료에 5°의 경사각(프레틸트)과 240°의 비틀림각이 생기고 있다. 직경 6.3㎛의 비드스페이서(디비닐벤젠으로 이루어진)가 작용해서 일정한 갭 6.1㎛를 유지하고 있다. 편광판(닛토덴코사제품 NPF-F1225DU)및 위상차판을 제 34도에 표시한 바와같이 배치하고, 제 32도에 표시한 바와같은 노멀리오픈특성을 얻었다. 또한, 노멀리오픈으로 하므로서 경사진방향으로부터의 광입사때의 투과율이 높아지고, 본 발명의 광의 이용효율향상이 달성된다.
본 실시예 8의 액정표시장치를 천정에 형광등을 가진 오피스에 있어서 형광등의 대략 직하에 설치하고 관축하였다. 액정표시장치설치장소에 있어서의 연직상부쪽의조도는 8001x이다. 구동은 240분의 듀티, 1/13바이어스에서 시분할구동을 행하였다. 그결과, 액정셀수직방향으로부터 휘도계에 의해 액정셀표면의 밝기를 측정했던바, 밝기표시상태에서 52cd/mm2이며, 광원이 없어도 충분히 밝고 보기쉬운 표시를 얻을 수 있었다.
(비교예)
실시예 8에 있어서 액정셀(1)의 상부면의 도광판(104)를 제거하고, 반사판(107)도 무지향성의 대칭인 특성을 가진 종래형의 것으로 교환하였다. 천정에 형광등을 가진 마찬가지의 오피스에 있어서 형광등의 대략 직하에 설치하고 관측하였다. 그결과, 밝기표시상태에서 얻게된 밝기는 불과 7cd/mm2이며, 백라이트를 가진 투과형에 비교해서 어두워서 보기힘 들었다.
또, 실시예 8에 있어서 도광판(104)의 상부쪽의 표면을 평탄화해서 광산란성을 없애고, 대신에 하부쪽 표면에 구비된 마이크로프리즘(113)의 표면에 광산란성을 가진 요철구조를 부여했다. 이와같은 구조에 있어서, 상기한 바와마찬가지의 관측을 행하였던바, 밝기표시상태에서 41cd/mm2이되고 광원이 없어도 밝으며, 천정의 광원의 형상이 보이지않는 보기쉬운표시를 얻을 수 있었다.
또, 도광판(104)의 상부쪽의 표면을 평탄화해서 광산란성을 없애고, 대신에 반사판의 표면을 거칠게해서 광산란성을 부여한 구조에 있어서, 마찬가지의 관측을 행하였던바, 밝기표시상태에서 34cd/mm2이되고, 액정셀용의 광원이 없어도 밝고 보기쉬운 표시를 얻을 수 있었다.
또한, 본 실시예 8에서는 보다 바람직한 구성으로서 비대칭의 반사특성을 가진 반사판을 사용하였으나, 종래형의 대칭인 특성과 약간의 확산특성을 가진 반사판을 사용해도 상기 비교예보다도 밝은 18cd/mm2을 얻을 수 있었다.
[실시예 9]
본 실시예 9에서는, 실시예 8의 구성에 부가해서 제 30도, 제 31도에 표시한 바와같은 컬러필터가 구비되어 있다. 일반적인 투과형의 액정표시장치에 사용되고 있는 컬러필터와는 상이하며, 3원색(여기에서는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)로한다)을 표시한 컬러필터(115a),(115 b),(115c)의 사이에 차광층이 없다. 또한, 3원색은 시아노(C), 마젠타(M), 엘로(Y)라도 된다. 또, 본 실시예에서는 차광층을 제거한 것뿐만아니고, 보다 바람직한 구성으로서(115a),(115b),(115c)의 사이에 투명한 틈을 형성하고, 거기에서 광(119)가 보다 많이 침입하도록 했다. 투명한 틈의 대신에 상기의 컬러필터가운데 1종류 또는 2종류에 가려진 경우에도 외부광을 도입하는 효과는 있기때문에, 광의 이용효율의 향상효과는 있다. 스트라이프형상의 각 컬러필터층의 폭은 60㎛(면적비 60%), 컬러필터의 사이의 투명한틈의 폭은 40㎛(면적비 40%)이다.
실시예 8과 같은 컬러필터가 없는 경우에 비교해서, 컬러필터층이 있는 면적비 60%의 부분에서의 광이용효율은 약 1/3이므로 합계의 광이용효율은 약 60%(0.6/3+0.4)이며, 52x0.6=31cd/mm2정도의 밝기는 얻어지고, 백라이트가 없어도 충분한 밝기의 표시장치를 얻을 수 있다. 또, 이와같은 컬러필터 및 투명한 영역의 어느것이라도 수평면에 평행(제 34도에서는 지면에 수직인방향)으로하면, 제 34도에 표시한 바와같이 액정셀에의 입사광(110)의 대부분은, 반사판에서 반사한 후의 귀로에 있어서는, 컬러필터(115)를 통과해서 표시장치사용자의 눈에 도달하게되고, 콘트라스트가 향상한다.
실시예 8의 구성에 광원계(122)를 부설한 예를 제 35도에 표시한다.
이 광원계는 제 35도에 표시한 바와같이 투명체로 이루어지고, 그 측방단부에 광원(121)을 내재한다. 또, 동시에 광원으로부터의 광을 투명체상부면에서는 반사하고 하부면에서는 투과해서, 도광판(104)에 인도하는 성질을 가진다. 이 광원계(122)를 도광판(104)의 위에 설치하므로서, 스위치(123)의 작용에 의해 자동적으로 광원(121)이 점등한다. 통상의 밝기의 환경에 있어서는 광원계(122)가 없는 상태에서 외부광을 액정셀표면에 도광해서 사용하고, 대단히 어두운 환경에 있어서만 광원을 이용해서 사용한다. 이와같이 하므로서 배터리를 절약할 수 있다.
[실시예 10]
제 36도에 본 실시예 10의 액정표시장치의 외관을, 제 37도에 액정셀하부면에 구비한 도광판(204)의 측단면도의 측단면도를 표시한다.
또한, 반사판(207)의 측단면도에 대해서 제 29도와 마찬가지이며 생략한다.
본 실시예에서는 액정셀의 면과 수평면과의 이루는 각(203)은 60°로 세트하였다. 액정셀(1)의 하부면에 백색의 반사형동광판(204)를 구비하고, 이 도광판의 면과 수평면과의 이루는 각(205)를 30°로하였다. 또 제 37도에 표시한 바와같이 이 도광판의 상부쪽의 표면에는 광산란성구조(212)가 있고, 외부광(209)는 확산하여 액정셀의 방향으로 고장도의 광이 반사하도록 되어있다. 또한 본실시예에서는, 광산란성구조(212)는 미세한 요철구조이나, 광산란성을 가진 것이라면. 이에 한정하지 않는다. 예를들면, 미세한 굴절율분포를 가진 평탄한파형상의 구조라도 된다. 반사형도광판에서 반사한 액정셀에의 입사광(201)은, 2개의 편광판(206)으로 끼워유지된 액정셀(101)의 뒤쪽에 있는 반사판(207)에서 반사한다. 이 반사면은 제 29도에 표시한 바와같이 액정셀면에 대해서 하향으로 경사진 미세한 다수의 면으로 이루어지고, 하부쪽으로부터 입사한 광은 종래의 반사판과 같이 상부쪽에는 반사하지 않고, 액정셀면에 거의 수직의 방향으로 전반하고, 사용자의 눈에 고강도로 도달한다. 또한, 여기서 경사진 미세한 다수의 면의 국부적표면구조는 거울면구조이다. 또, 반사판과 액정셀의 사이에는 투명한 매체인 실리콘오일이 충전되어 있으며, 공기표면에서의 반사손실은 거의 없다. 또한, 편광판표면도 평탄하고 비채광처리는 되어 있지않다.
또한, 본 실시예에서는, 실시예 8에서 설명한 유리기판, 네마틱액정, 편광판, 위상차판등을 사용해서 구성된 액정표시부를 채용하고 있다.
본 실시예의 액정표시장치를 천정에 형광등을 가진 오피스에 있어서 형광등의 대략직하에 설치하여 관측하였다. 액정표시장치설치장소에 있어서의 연직상부쪽의 조도는 8001x이다. 구동은 240분의 1듀티, 1/13바이어스에서 시분할 구동을 행하였다. 그 결과, 액정셀의 표면에 수직방향으로부터 휘도계에 의해 액정셀의 밝기를 측정하였던바, 밝기표시상태에서 48cd/mm2이며, 광원이없어도 충분히 밝고도 보기쉬운 표시를 얻을 수 있었다.
(비교예)
실시예 10에 있어서 반사형도광판(204)를 제거하고, 반사판(207)도 무지향성의 대칭인 특성을 가진 종래형의 것으로 교환했다. 천정에 형광등을 가진 마찬가지의 오피스에 있어서 형광등의 대략직하에 설치하여 관측하였다. 그결과, 밝기표시상태에서 얻게된 밝기는 겨우 7cd/mm2이며, 어두워서 알아보기 힘들었다.
실시예 10에 있어서 반사형도광판(204)의 상부쪽의 표며을 평탄화해서 광산란성을 없애고, 대신에 반사판(207)의 국부적표면에 광산란성을 가진 요철구조를 부여하였다. 이와같은 구조에 있어서, 상기한 바와마찬가지의 관측을 행하였던바, 밝기표시상태에서 38cd/mm2로되고 광원이 없어도 밝고 또한 천정의 광원의 형상은 보이지 않는 보기쉬운 표시를 얻을 수 있었다.
또, 실시예 9에서 설명한 컬러필터를 사용하므로서 컬러의 액정표시장치를 실현할 수 있다.
실시예 10과 같은 컬러필터가 없는 경우에 비교해서, 컬러필터층이 있는 면적비 60%의 부분에서의 광이용효율은 약 1/3이므로 합계의 광이용효율은 약60%(0.6/3+0.4)이며, 48x0.6=29cd/mm2정도의 밝기는 얻을 수 있고, 백라이트가 없어도 충분한 밝기의 표시장치를 얻을 수 있다.
제 38도는 본 발명의 실시예 10의 구성에 광원(221)을 부설한 예를 표시한 도면이다.
이 광원은 제 38도에 표시한 바와같이 반사형도장판의 측면에 내재하고, 통상의 밝기의 환경에 있어서는 광원(21)을 OFF로하고, 외부광을 액정셀에 도광해서 사용하고, 대단히 어두운환경에 있어서만 광원을 ON으로 해서 사용한다. 이와같이 하므로서 배터리를 절약할 수있다.
제 1도는 본 발명의 실시예 1의 반사형 컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도
제 2도는 제 1도의 블레이즈반사판(23)의 단면도
제 3도는 제 1도의 표시부(53)의 상세구성을 표시한 단면도
제 4도는 제 3도의 제 1, 제 2편광막과 제 1, 제 2배향막과의 배치관계를 표시한 도면
제 5도는 제 4도의 배치관계에 의해 제작한 액정표시부(30)의 시야각특성을 표시한 도면
제 6도는 실시예 1의 표시장치를 사용상태로 세트한 모양을 표시한 도면
제 7도는 표시부(53)에 대해 연직(수직)방향의 조도분포를 표시한 도면
제 8도는 표시부(53)에 대해 연직(수직)방향의 조도분포를 표시한 다른도면
제 9도는 표시부(53)에 대해 수평(좌우)방향의 조도분포를 표시한 도면
제 10도는 제 1도의 컬러필터(33)의 색별필터의 배치를 표시한 도면
제 11도는 컬러필터(33)의 색별의 투과율특성을 표시한 도면
제 12도는 스트라이프형상필터의 스트라이프폭과 액정층(22)의 화소폭 및 개구부(36)과의 관계를 표시한 단면도
제 13도는 비교예 1의 배치관계에 의해 제작한 액정표시부(30)의 시야각특성을 표시한 도면
제 14도는 본 발명의 실시예 2의 반사형 컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도
제 15도는 제 14도의 컬러필터(33)과 블레이즈반사판(23)을 부분확대해서 표시한 도면
제 16도는 본 발명의 실시예 3의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도
제 17도는 제 16도의 확산반사판(37)의 다른 실시예를 표시한 도면
제 18도는 본 발명에 의한 실시예 4의 반사형컬러액정표시장치의 블레이즈반사판(23)을 표시한 사시도
제 19도는 제 18도의 확대단면도
제 20도는 본 발명의 실시예 5의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도
제 21도는 본 발명의 실시예 6의 반사형컬러액정표시장치의 구성을 표시한 반단면도
제 22도는 파이버플레이트(39)의 반대표시면쪽에 컬러필터(33)을 배치한 실시예 6의 다른 실시예를 표시한 단면도
제 23도는 일본국특개평4-212124호공보에 개시되어 있는 종래예의 표시부(53)을 표시한 단면도
제 24도는 종래의 바사형액정표시장치의 일예를 표시한 반단면도
제 25도는 종래의 반사형 액정표시장치의 모델도면
제 26도는 종래의 반사형 액정표시장치의 분할화소를 표시한 단면도
제 27도는 모식적으로 표시한 본 발명의 실시예 8의 액정표시장치의 외관도면
제 28도는 제 27도의 액정셀상부면에 구비한 도광판을 확대한 측단면도
제 29도는 제 27도의 반사판을 확대한 측단면도
제 30도는 컬러필터를 구비한 본 발명의 실시예 9의 액정패널의 모식정면도
제 31도는 컬러필터를 구비한 실시예 9의 액정패널의 모식측면도
제 32도는 노멀리오픈형 액정소자의 인가전압과 밝기의 관계를 표시한 특성도
제 33도는 노멀리오픈형액정소자의 구성도
제 34도는 컬러필터를 구비한 다른실시예의 모식단면도
제 35도는 보조광원을 가진 본 발명의 액정표시장치의 외관도면
제 36도는 모식적으로 표시한 본 발명의 실시예 10의 액정표시장치의 외관도면
제 37도는 제 36도의 반사형도광판을 확대한 측단면도
제 38도는 광원을 가진 본 발명의 액정표시장치의 외관도면

Claims (39)

  1. 적어도 액정층과 이 액정층을 사이에 두는 1쌍의 편광막으로 구성되어 표시 면에 대해 거의 법선방향의 외부광을 투과ㆍ차단하는 모드에 의해 명암표시하는 액정표시수단과, 상기 액정표시수단을 투과한 상기 외부광을 반사하는 반사수단을 구비하고, 상기 액정표시수단은, 상기 외부광을 차단하는 모드라할지라도 상기의 거의 법선방향외의 소정방향의 외부광은 차단하지 않는 투과특성을 가진 수단이고, 전압인가시에 액정분자가 일어서는 방향을 화면의 아래방향으로 하며, 상기 반사수단은, 상기 액정표시수단을 투과한 상기 소정방향의 외부광을 상기의 거의 법선방향으로 반사하는 수단인것을 특징으로하는 반사형 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액정표시수단은, 한쪽의 상기 편광막의 흡수축과 다른쪽의 상기 편광막의 흡수축과의 교차각이 거의 직교하도록 배치된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반사수단은, 블레이즈형상의 반사면을 가진 블레이즈반사판인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반사수단은, 소정방향으로 광을 인도하는 도광수단과, 상기 도광수단으로부터 도래한 상기 광을 반사하여 상기 도광수단에 복귀시키는 반사체로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 블레이즈반사판은, 상기 블레이즈형상의 반사면에 적어도 2종류이상의 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  6. 적어도 액정층으로 구성되어 외부광을 투과ㆍ차단하여 명암표시하는 액정표시수단과, 상기 액정표시수단을 투과한 상기 외부광을 반사하는 반사수단과, 상기 외부광이 투과하는 컬러필터를 포함하고, 상기 컬러필터는, 색별의 스트라이프형상 필터이고, 또한, 상기 스프라이프형상필터의 스트라이프방향은, 상기 반사수단에 있어서 입사ㆍ반사하는 상기 외부광의 입사광의 궤적과 반사광의 궤적을 포함하는 면에 평행한 방향이 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 반사형 컬러액정표시장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스트라이프형상 필터의 스트라이프폭은, 상기 스트라이프방향에 대해 직각방향의, 상기 액정층의 화소폭보다 작은 것을 특징으로 하는 반사형 컬러액정표시장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 반사수단이 블레이즈형상의 반사면을 가진 블레이즈반사판인 경우는, 상기 블레이즈반사판의 블레이즈홈방향과 상기 스트라이프형상필터의 스트라이프방향이 거의 직교하도록 배치된 것을 특징으로 하는 반사형 컬러액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 외부광이 투과하는 컬러필터를 가지고, 상기 컬러필터를 상기 반사수단의 반사면에 밀착배치한 것을 특징으로 하는 반사형 컬러액정표시장치.
  10. 외부광을 투과ㆍ차단하여 명암표시하는 액전표시수단과, 상기 액정표시수단을 투과한 상기 외부광을 반사하는 반사수단을 구비하는 반사형 액정표시장치에 있어서, 상기 외부광을 반사하여 이 반사광에 의해 상기 액정표시수단을 간접적으로 조사하는 간접조사수단을 형성한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  11. 적어도 도광수단과 액정층과 기판과 반사체를 구비하고, 상기 반사체에서 입사ㆍ반사하는 외부광이 상기 도광수단과 액정층과 기판을 왕복투과하여 명암표시하는 반사형 액정표시장치에 있어서, 상기 외부광이, 상기 기판, 액정층, 도광수단의 순서로 입사하여 상기 반사체에 반사하고 상기 도광수단, 액정층, 기판의 순서로 투과하여 왕복하도록 상기 기판과 상기 액정층과 상기 도광수단을 배치한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  12. 외부광을 투과ㆍ차단하여 명암표시하는 액정표시수단과, 상기 액정표시수단을 투과한 상기 외부광을 반사하는 반사수단을 구비하는 반사형 액정표시장치에 있어서, 상기 액정표시수단은, 시각인식방향이 콘트라스트비의 피크를 표시한 방향과 일치하는 소정의 트위스트각을 가진 수단이고, 상기 반사수단은, 상기 액정표시수단을 투과한 상기 외부광을 상기 시각인식방향으로 반사하는 수단인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 액정층은 적어도 한쪽이 투명한 1쌍의 기판에 의해 끼워유지되고, 상기 기판상에는 전극을 가지고, 상기 액정조성물층의 액정분자의 배향상태에 따라서 광의 투과 혹은 반사특성을 바꾸는 편광수단을 가진 액정셀 및, 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 구비하고, 상기 액정셀의 상부면에 도광판이 구비되고, 상기 도광판이 입사하는 광을 상기 액정셀표면에 도광하는 구조를 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 적어도 한쪽이 투명한 1쌍의 기판과, 상기 기판상에 구비한 전극과, 상기 기판간에 끼워유지한 액정조성물층과, 상기 액정조성물층의 액정분자의 배향상태에 따라서 광의 투과 혹은 반사특성을 바꾸는 편광수단을 가진 액정셀 및, 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 구비한 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정셀의 면과 수평면이 이루는 각이 45°이상이고, 상기 액정셀의 상부면에 도광판이 구비되고, 상기 도광판의 면과 수평면과의 이루는 각이 45°미만이고, 상기 도광판이 입사하는 광을 상기 액정셀표면에 도광하는 구조를 가진것을 특징으로하는 액정표시장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 도광판의 하부면에 마이크로프리즘이 구비되어 있는 것을 특징으로하는 액정표시장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 액정셀의 하부쪽에 반사판을 가지고, 상기 반사판이, 도광판을 투과해서 전반하여 액정셀표면에 입사해온 광을, 주로 상기 액정셀표면에 수직의 방향으로 반사하는 것을 특징으로하는 액정표시장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 액정셀과 상기 반사판의 사이에 투명매체가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 도광판의 표면과, 상기 반사판의 표면중의 어느쪽이든 한표면에 광산란성을 부여한것을 특징으로하는 액정표시장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 편광수단이 상기 액정셀표면에 구비된 편광판이고, 상기 편광판의 공기와의 계면이 평탄하여 광산란성이 없는 것을 특징으로하는 액정표시장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 반사판의 국소적표면구조가 경면(鏡面)구조인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 도광판의 상부쪽표면 및 하부쪽표면과, 상기 반사판의 표면과, 상기 편광판의 공기와의 계면의 어느면도 국부적으로 평탄하고 광투과성이며, 또한 상기 반사판에 광산란성을 부여한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 액정셀이 2종류이상의 색이 다른 컬러필터를 구비하고, 색이 다르며, 인접하는 상기 컬러필터간이며 또한 상기 기판간에 광투과성의 영역을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 2종류이상의 색이 다른 컬러필터 및 상기 광투과성의 영역의 어느것이나 스트라이프형상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    스트라이프형상인 상기 컬러필터 및 상기 광투과성의 영역의 어느 것이나 수평면에 거의 평행인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 제 13항에 있어서,
    상기 액정조성물층 및 상기 편광수단이 노멀리오픈형 특성을 가진 배치로 되어있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  26. 적어도 한쪽이 투명한 1쌍의 기판과, 상기 기판상에 구비한 전극과, 상기 기판간에 끼워유지한 액정조성물층과, 상기 액정조성물층의 액정분자의 배향상태에 따라서 광의 투과 혹은 반사특성을 바꾸는 편광수단을 가진 액정셀및, 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 구비하고,
    상기 액정셀의 상부면위에 이 상부면과는 떨어진 위치에 도광판이 구비되고, 상기 도광판의 또위에 광원을 내재하는 광원계가 구비되고, 상기 광원이 비점등일때에는 상기 광원계가 입사하는 광을 상기 액정셀표면에 도광하는 구조를 가지고,상기 광원이 점등할 때에는 상기 도광판의 상부면에 상기 광원계를 실리게하므로서 상기 광원으로부터의 광이 상기 액정셀표면에 도광되는 구조를 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 도광판의 상부면에 광반사성의 판을 실리게하므로서 자동적으로 상기 광원이 점등하는 스위치를 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  28. 적어도 한쪽이 투명한 1쌍의 기판과, 상기 기판상에 구비한 전극과, 상기 기판간에 끼워유지한 액정조성물층과, 액정분자의 배향상태에 따라서 광의 투과 혹은 반사특성을 바꾸는 편광수단을 가진 액정셀 및, 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 구비한 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정셀의 하부쪽에 반사형도광판이 구비되고, 상기 반사형도광판이 상기 반사형도광판상부쪽으로부터의 광을 상기 액정셀에 도광하는 성질을 가지고, 상기 액정셀의 뒤쪽에 반사판을 가지고, 상기 반사판이 액정셀에 하부쪽으로부터 입사해온 광을 주로 상기 액정셀의 표면에 수직의 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  29. 적어도 한쪽이 투명한 1쌍의 기판과, 상기 기판상에 구비한 전극과, 상기 기판간에 끼워 유지한 액정조성물층과, 액정분자의 배향상태에 따라서 광의 투과 혹은 반사특성을 바꾸는 편광수단을 가진 액정셀 및 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 구비한 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정셀의 면과 수평면이 이루는 각이 45°이상이고, 상기 액정셀의 하부쪽에 반사형 도광판이 구비되고, 상기 반사형 도광판의 면과 수평면과의 이루는 각이 45°미만이고, 상기 반사형도광판이 상기 반사형도광판 상부쪽으로부터의 광을 상기 액정셀에 도광하는 성질을 가지고, 상기 액정셀의 뒤쪽에 반사판을 가지고, 상기 반사판이 액정셀에 경사진 하부쪽으로부터 입사해온 광을 주로 상기 액정셀의 표면에 수직의 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 반사형 도광판이 미세하게 경사진 마이크로미러로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 액정셀과 상기 반사판간에 투명매체가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 반사형 도광판의 국부적표면과, 상기 반사판표면의 어느쪽이든 표면에 광산란성을 부여한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 반사형 도광판이 백색의 광산란성의 표면을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 편광수단이 상기 액정셀의 표면에 구비된 편광판이고, 상기 편광판의 공기와의 계면이 평탄하여 광산란성이 없는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  35. 제 33항에 있어서,
    상기 반사판의 국소적표면구조가 경면구조인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  36. 제 32항에 있어서,
    상기 반사판의 표면과, 상기 편광판의 공기와의 계면의 어느면도 국부적으로는 평탄하여 투명성을 가지고, 또한 상기 반사형도광판에 광산란성을 부여한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  37. 제 28항에 있어서,
    상기 액정셀이 2종류이상의 색이 다른 컬러필터를 구비하고, 인접하는 상기컬러필터간에서 또한 상기 1쌍의 기판의 내부쪽에 광투과성의 영역을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기의 2종류이상의 색이 다른 컬러필터 및 상기 광투과성의 영역의 어느것이나 스트라이프형상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  39. 적어도 한쪽이 투명한 1쌍의 기판과, 상기 기판상에 구비한 전극과, 상기 기판간에 끼워유지한 액정조성물층과, 액정분자의 배향상태에 따라서 광의 투과 혹은 반사특성을 바꾸는 편광수단을 가진 액정셀 및, 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 구비하고, 상기 액정셀의 면과 수평면이 이루는 각이 45°이상이고, 또한 상기 액정셀의 하부쪽에 반사형 도광판이 구비되고, 상기 반사형도광판이 그측면에 광원을 내재하고, 상기 광원이 비점등때에는 상기 반사형도광판이 상기 반사형 도광판 상부쪽으로부터의 광을 상기 액정셀에 도광하는 성질을 가지고, 상기 광원이 점등 할때에는 상기 광원으로부터의 광이 상기 반사형도광판의 상부쪽표면을 투과해서 상기 액정셀에 도광되는 성질을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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