KR100639444B1 - 액정 장치 및 전자기기 - Google Patents

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도모아키 세키메
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 광학 보상 필름의 최적 이용에 의해, 투과 모드에서의 표시 광량이나 컨트라스트를 향상시킬 수 있는 액정 장치 및 그것을 이용한 전자기기를 제공하는 것으로, 본 발명의 액정 장치는 네마틱 액정층을 갖는 액정 셀과, 액정 셀의 상하에 배치된 상측 위상차판 및 하측 위상차판과, 상측 위상차판의 위에 배치된 상측 편광판과, 하측 위상차판의 아래에 배치된 하측 편광판을 구비한다. 네마틱 액정층은 액정 셀의 상측 기판 및 하측 기판의 각각에, 소정의 기준 방향에 대하여 소정 각도를 이루는 방향에 실시된 러빙 처리에 의한 트위스트각이 0°∼70°의 범위 내로 설정된다. 하측 위상차판은 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름(discotic liquid crystal film)을 이용한 제 1 하측 위상차판과, 제 1 하측 위상차판의 아래에 배치된 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 하측 위상차판을 갖는다. 또한, 제 2 하측 위상차판의 3차원 굴절율 계수를 -0.7∼0.7의 범위 내로 한다. 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 제 1 하측 위상차판에 의해 액정층의 틸트가 보상되어, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 하측 위상차판에 의해 액정 셀의 두께 방향으로 위상차가 인가되고, 그 결과, 그들 층 구조 전체로 보았을 때의 굴절율을 3차원적으로 거의 균등하게 할 수 있어, 시야각 의존성을 개선할 수 있게 된다. 이에 따라, 액정 장치가 넓은 시야각을 갖게 하여, 투과 표시 시의 표시 광량 및 컨트라스트의 향상을 도모할 수 있다.

Description

액정 장치 및 전자기기{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
도 1은 본 발명이 적용되는 액정 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 도 1에 나타내는 액정 장치의 구성을 나타내는 분해 사시도,
도 3은 도 1에 나타내는 액정 장치의 일부를 확대하여 나타내는 확대 단면도,
도 4는 도 1에 나타내는 액정 장치의 수 화소 분량의 레이아웃을 나타내는 평면도,
도 5는 도 4의 A-A'선 단면도,
도 6은 시야각 보상의 원리 설명도,
도 7은 시야각 보상의 원리 설명도,
도 8은 실시예 1에 의한 광학 부품의 적층 구성을 나타내는 도면,
도 9는 실시예 2에 의한 광학 부품의 적층 구성을 나타내는 도면,
도 10은 실시예 3에 의한 광학 부품의 적층 구성을 나타내는 도면,
도 11은 실시예 1 내지 3에 의한 각 광학 부품의 축 방향 등을 나타내는 도표,
도 12는 종래 구성과의 시야각 특성의 비교를 나타내는 그래프,
도 13은 본 발명의 액정 장치를 이용한 전자기기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정 장치 2 : 상측 편광판
3 : 상측 위상차판 5 : 하측 위상차판
7 : 하측 편광판 9 : 백라이트 장치
10 : 액정 셀 11 : 화소
12 : 액정층 13 : 반사 표시 영역
14 : 투과 표시 영역 20 : 소자측 기판
21 : 데이터선 23 : 화소 전극
30 : 대향 기판 31 : 주사선
32 : 층 두께 조정막 33 : 부분 반사층
34 : 컬러 필터 36 : 대향 전극
40 : TFD 소자
본 발명은 투과 모드 및 반사 모드에서의 표시가 가능한 반투과 반사형 액 정 장치 및 그것을 이용한 전자기기에 관한 것이다.
액티브 구동의 트위스트 네마틱형 액정 장치는 박형, 경량, 저소비 전력이라는 특징을 갖고 있기 때문에, 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터, 휴대용 텔레비전, 휴대용 정보 단말 등의 표시 장치로서 널리 이용되고 있다.
그러나, 종래의 트위스트 네마틱형의 액정 장치에 있어서는, 액정 분자가 갖는 굴절율 이방성 때문에, 경사지게 보았을 때에 표시색이 변화되거나 또는 표시 컨트라스트가 저하한다고 하는 시야각의 문제를 갖고 있다. 즉, 액정층에 전압을 인가했을 때, 액정 분자는 거의 수직 배향하여 광학적으로 정(正)의 일축성(一軸性)으로 되어있지만, 트위스트각은 S자형의 분포로 되고, 또한, 상하의 기판 표면 부근에서는, 기판 표면의 배향 규제력의 영향을 받아 액정 분자는 그다지 경사지지 않는다. 그 결과, 전압 인가 시의 분자 배열 상태는 액정 장치를 보는 각도와 방위에 따라 다르게 보인다.
이 때문에, 액정 장치에 대해서는, 시야각 문제의 개량이 강하게 요망되고 있고, 개량을 위한 여러 가지 시도가 이루어지고 있다. 그 대표적인 방법으로서, 액정 장치의 구조는 일절 변경하지 않고, 종래의 트위스트 네마틱형 액정 장치 그대로, 단지 광학 보상 필름을 위상차판으로서 내장하는 것에 의해 시야각을 확대시키는 방법이 있다.
이러한 광학 보상 필름으로는, 광학적으로 정의 일축성을 나타내는 액정성 고분자로 실질 형성되고, 이 액정성 고분자를 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정화시킨 광학 보상 필름이 제안되어 있다. 이 방법은 액정 장치의 제조 설비의 개량이나 증설이 불필요하기 때문에, 생산 비용면에서 우수한 등의 이점이 있다(예컨대, 특허 문헌 1 내지 3 참조).
그러나, 각종 액정 장치 중, 네마틱 액정층과 하측 편광판 사이에 부분 반사층을 배치한 반투과 반사형 액정 장치에서는, 광학 보상 필름을 위상차판으로서 배치하여도, 투과 시의 표시 광량이나 컨트라스트가 충분하지 않다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 네 장을 넘는 매수의 위상차판을 이용하는 경우가 있지만, 위상차판의 매수를 늘리면 비용이 증대함과 동시에, 각 위상차판의 위상 리타데이션 축(phase retardation axis)의 격차에 기인하는 표시 성능의 저하라는 문제가 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평성 제10-206637호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 평성 제10-033314호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 평성 제10-186356호 공보
본 발명은 이상의 점에 감안해서 행해진 것으로서, 광학 보상 필름의 최적 이용에 의해, 투과 모드에서의 표시 광량이나 컨트라스트를 향상시키는 것이 가능한 액정 장치 및 그것을 이용한 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 하나의 관점에서는, 액정 장치는 하측 편광판과, 하측 위상차판과, 액정 셀과, 상측 위상차판과, 상측 편광판을 구비하고, 상기 하측 편광판과, 상기 하측 위상차판과, 상기 액정 셀과, 상기 상측 위상차판과, 상기 상측 편광판은 그 순서로 배치되며, 상기 액정 셀은 네마틱 액정층을 갖고, 상기 네마틱 액정층은 트위스트각이 0°∼70°의 범위 내로 설정되고, 상기 하측 위상차판은 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 제 1 하측 위상차판과, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 하측 위상차판을 갖고, 상기 제 2 하측 위상차판은 상기 제 1 하측 위상차판의 아래에 배치되며, 상기 제 2 하측 위상차판의 3차원 굴절율 계수가 -0.7∼0.7의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
상기한 액정 장치는 반투과 반사형 액정 장치에 적합하게 적용되고, 액정의 트위스트각이 0°∼70°로 설정된 액정 셀과 하측 편광판 사이에, 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 제 1 하측 위상차판과, 상기 제 1 하측 위상차판 아래에 배치된 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 하측 위상차판을 마련하여 이루어진다. 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 제 1 하측 위상차판에 의해 액정층의 틸트가 보상되고, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 하측 위상차판에 의해 액정 셀의 두께 방향으로 위상차가 부가되고, 그 결과, 그들 층 구조 전체로 보았을 때의 굴절율을 3차원적으로 거의 균등하게 할 수 있어, 시야각 의존성을 개선하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액정 장치가 넓은 시야각을 갖게 하고, 투과 표시 시의 표시 광량 및 컨트라스트의 향상을 도모할 수 있다.
상기한 액정 장치의 바람직한 예에서는, 상기 제 1 하측 위상차판은 당해 제 1 하측 위상차판을 위쪽으로부터 보았을 때에, 하이브리드 배향축이 상기 기준 방 향에 대하여 반시계 방향으로 85°∼95°인 범위 내의 각도를 갖는다. 또한, 상기 제 2 하측 위상차판은 당해 제 2 하측 위상차판을 위쪽으로부터 보았을 때에, 위상 리타데이션 축이 상기 기준 방향에 대하여 반시계 방향으로 85°∼95°인 범위 내의 각도를 갖는다.
상기한 액정 장치의 일 형태에서는, 상기 상측 위상차판은 위쪽으로부터 보았을 때 위상 리타데이션 축의 방향이 다르고, 저분산 필름(low dispersion film)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 상측 위상차판을 더 갖는다. 또한, 다른 일 형태에서는, 두 장의 저분산 필름을 이용한 위상차판 대신, 역파장 분산 필름(reverse wavelength dispersion film)으로 이루어지는 단일 위상차판을 사용할 수 있다. 이에 따라, 위상차판의 매수를 삭감하여, 액정 장치를 박형화할 수 있다.
상기한 액정 장치의 다른 일 형태에서는, 상기 상측 위상차판은 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 제 1 상측 위상차판과, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 상측 위상차판을 갖고, 제 2 상측 위상차판은 상기 제 1 상측 위상차판의 위에 배치된다. 이 형태에서는, 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 위상차판과, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 위상차판의 조합을, 액정 셀의 아래쪽뿐만 아니라 위쪽에도 배치하므로, 시야각을 보다 개선할 수 있다.
상기한 액정 장치의 바람직한 예에서는, 상기 액정 셀은 부분 반사층을 갖는 반투과 반사형 액정 셀이며, 상기 부분 반사층에 대응하는 반사부에서의 상기 네마틱 액정층의 층 두께는 상기 반사부 이외의 투과부에서의 상기 네마틱 액정층의 층 두께보다 얇다. 이와 같은 이른바 멀티갭 구조를 채용함으로써, 반투과 반사형 액정 장치에 있어서, 반사 표시부와 투과 표시부 사이에 리타데이션을 최적화하여, 투과 모드에서의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 액정 장치는 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터, 휴대용 텔레비전, 휴대용 정보 단말 등 표시부를 구비하는 전자기기에 적합하게 적용할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
(액정 장치의 전체 구성)
도 1은 본 발명이 적용되는 액정 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2 및 도 3은, 각각, 도 1에 나타내는 액정 장치의 구성을 나타내는 분해 사시도 및 그 일부를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다. 도 4는, 액정 장치에 있어, TFD 소자를 포함하는 수 화소 분량의 레이아웃을 나타내는 평면도이며, 도 5는 그 A-A'선 단면도이다.
본 발명을 적용한 액정 장치는 네마틱 액정을 이용한 액티브 매트릭스형 반투과 반사형 액정 장치이고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수개의 주사선(31)이 행(X) 방향으로 형성되고, 복수개의 데이터선(21)이 열(Y) 방향으로 형성되어 있다. 또한, 주사선(31)과 데이터선(21)의 각 교차 부분에는 화소(11)가 형성되어 있다. 각 화소(11)에서는, 네마틱 액정으로 이루어지는 액정층(12)과, 2단자형 능동 소자인 TFD 소자(40)가 직렬 접속되어 있다. 여기에 나타내는 예에서는, 액정 층(12)이 주사선(31) 측에 접속되고, TFD 소자(40)가 데이터선(21) 측에 접속되어 있다. 각 주사선(31)은 주사선 구동 회로(350)에 의해 구동되고, 각 데이터선(21)은 데이터선 구동 회로(250)에 의해 구동된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 액정 장치(1)에서는, 한 쌍의 투광성 기판을 소정 간격을 갖고 접합하여 이루어지는 구동용 액정 셀(10)이 이용되고 있고, 또한 상측 편광판(2), 한 장 또는 복수의 상측 위상차판(3), 구동용 액정 셀(10), 복수의 하측 위상차판(5), 하측 편광판(7) 및 백라이트 장치(9)가 위쪽으로부터 아래쪽으로 그 순서대로 겹쳐 배치되어 있다. 또, 상측 위상차판(3)의 매수는 후술하는 각 실시예에 따라 다르다.
구동용 액정 셀(10)에 있어, 한쪽의 투광성 기판은 능동 소자가 형성되는 소자측 기판(20)이며, 다른 쪽의 투광성 기판은 소자측 기판(20)에 대향하는 대향 기판(30)이다. 소자측 기판(20)과 대향 기판(30)은 스페이서(도시 생략)를 포함하는 밀봉재(34)에 의해 일정한 간격을 유지하여 접합되어 있고, 이 간격에 후술하는 액정층이 밀봉되어, 유지되어 있다.
액정 장치(1)에서는, COG(Chip On Glass) 기술에 의해, 소자측 기판(20)의 표면에 데이터선 구동 회로(250)를 구성하는 액정 구동용 IC(드라이버)가 직접 실장되고, 대향 기판(30)의 표면에도 주사선 구동 회로(350)를 구성하는 액정 구동용 IC(드라이버)가 직접 실장되어 있다. 또, COG 기술에 한하지 않고, 그 이외의 기술을 이용하여 IC 칩과 액정 장치가 접속된 구성으로 하여도 좋다. 예컨대, TAB(Tape Automated Bonding) 기술을 이용하여, FPC(Flexible Printed Circuit) 상 에 IC 칩이 본딩된 TCP(Tape Carrier Package)를 액정 장치에 전기적으로 접속하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, IC 칩을 하드 기판에 본딩하는 COB(Chip On Board)기술을 이용하여도 좋다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 소자측 기판(20)의 내측 표면에는, 복수 라인의 데이터선(21)과, 그들 데이터선(21)에 접속되는 복수의 TFD 소자(40)와, 그들 TFD 소자(40)와 일대일로 접속되는 화소 전극(23)이 형성되어 있다. 이 화소 전극(23)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명성 금속막으로 형성되어 있다. 각 데이터선(21)은 직선 형상으로 연장되어 있고, TFD 소자(40) 및 화소 전극(23)은 도트 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 화소 전극(23) 등의 표면에는, 후술하는 조건으로, 1축 배향 처리로서의 러빙 처리가 실시된 배향막(24)이 형성되어 있다. 이 배향막(24)은 일반적으로 폴리이미드 수지 등으로 형성된다.
한편, 대향 기판(30)의 내측 표면에는, 반사 표시 영역(13)에 있어서의 액정층(12)의 두께와, 투과 표시 영역(14)에 있어서의 액정층(12)의 두께를 조정하는 층 두께 조정막(32)과, 알루미늄, 알루미늄 합금, 은, 은 합금 등의 단층막 또는 복층막으로 이루어지는 부분 반사층(33)과, 컬러 필터(34)와, 오버코팅층(35)과, ITO 등의 투명성 금속막으로 이루어지는 띠 형상의 대향 전극(36)과, 배향막(37)이 형성되어 있다.
이들 각 층 중, 층 두께 조정막(32) 및 부분 반사막(33)은 화소(11)의 반사 표시 영역(13)에 선택적으로 형성되어 있고, 투과 표시 영역(14)에는 형성되어 있지 않다.
컬러 필터(34)는 「R」,「G」,「B」 3색의 착색층을 구성하고 있다. 이들 3색의 착색층의 극간에는, 블랙 매트릭스(38)가 형성되어 있고, 착색층의 극간으로부터의 입사광을 차폐하는 구조로 되어있다. 오버코팅층(35)은 컬러 필터(34) 및 블랙 매트릭스(38)의 표면에서, 컬러 필터(34) 및 블랙 매트릭스(38)의 평활성을 높이고, 대향 전극(36)의 단선을 방지할 목적 등으로 형성되어 있다. 여기서, 대향 전극(36)은 주사선(31)으로서 기능하고, 데이터선(21)과 직교하는 방향으로 형성되어 있다.
대향 전극(36)의 표면에는, 후술하는 조건으로, 1축 배향 처리로서의 러빙 처리가 실시된 배향막(37)이 형성되어 있다. 이 배향막(37)은 일반적으로 폴리이미드 수지 등으로 형성된다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, TFD 소자(40)는 제 1 TFD 소자(40a) 및 제 2 TFD 소자(40b)로 이루어지고, 소자 기판(20)의 표면에 형성된 절연막(25) 상에 있어, 제 1 금속막(42)과, 이 제 1 금속막(42)의 표면에 양극 산화에 의해 형성된 절연체인 산화막(44)과, 이 표면에 형성되어 서로 이격된 제 2 금속막(46a, 46b)으로 구성되어 있다. 또한, 제 2 금속막(46a)은 그대로 데이터선(21)으로 되는 한편, 제 2 금속막(46b)은 ITO막 등으로 이루어지는 화소 전극(23)에 접속되어 있다.
제 1 TFD 소자(40a)는, 데이터선(21)의 측에서 본 순서대로, 제 2 금속막(46a)/산화막(44)/제 1 금속막(42)으로 되어, 금속(도전체)/절연체/금속(도전체)의 샌드위치 구조를 채용하기 때문에, 정부 쌍방향의 다이오드 스위칭 특성을 갖는 것 으로 된다. 한편, 제 2 TFD 소자(40b)는 데이터선(21)의 측으로부터 본 순서대로, 제 1 금속막(42)/산화막(44)/제 2 금속막(46b)으로 되어, 제 1 TFD 소자(40a)와는 역인 다이오드 스위칭 특성을 갖는 것으로 된다. 따라서, TFD 소자(40)는 하나의 다이오드를 이용하는 경우와 비교하면, 전류-전압의 비선형 특성이 정부의 쌍 방향에 걸쳐 대칭화되게 된다. 또, 이와 같이 비선형 특성을 엄밀하게 대칭화할 필요가 없는 것이면, 하나의 TFD 소자(40)만을 이용하여도 좋다.
또, TFD 소자(40)는 다이오드 소자로서의 일례이며, 그 외에 산화아연(ZnO) 배리스터나, MSI(Metal Semi Insulator) 등을 이용한 소자나, 이들 소자를 단체, 또는, 역 방향으로 직접 접속 또는 병렬 접속한 것 등을 적용할 수 있다.
본 실시예의 액정 장치(1)에 있어, 층 두께 조정막(32)은 반사 표시 영역(13)에 대응하는 액정층(12)(네마틱 액정층)의 두께를 dh로 하고, 투과 표시 영역(14)에 대응하는 액정층(12)의 두께를 dt로 했을 때, dh 및 dt는
dh<dt
를 만족하도록 구성된다.
예컨대, 반사 표시 영역(13)의 액정층(12)의 두께 dh는 3.0㎛로 설정되고, 투과 표시 영역(14)에 대응하는 액정층(12)의 두께 dt는 5.0㎛로 설정되어 있다. 이 때문에, 액정 분자의 복굴절율 Δn을 0.05로 했을 때, 반사 표시 영역(13)에 있어서의 리타데이션값 Δnd는 150㎚이며, 투과 표시 영역(14)에 있어서의 리타데이션값 Δnd는 250㎚이다.
이와 같이 구성한 액정 장치(1)에서는, 반사 표시를 행하는 경우에는, 장치 의 외부측(소자 기판(20)의 측)으로부터 입사되는 외광을 이용하고, 이 입사광을 소자 기판(20) 측으로부터 액정층(12)에 입사하여, 부분 반사층(33)(반사 표시 영역(13))으로 반사시켜 재차 액정층(12)을 통과시키고 나서 소자 기판(20) 측으로부터 출사시킴으로써, 반사 모드에서의 컬러 표시를 행한다. 이 때, 화소 전극(23)과 대향 전극(36) 사이에서 액정층(12)의 액정을 배향 제어하는 것에 의해, 명암 표시를 행한다.
또한, 투과 표시를 행하기 위해서는, 백라이트 장치(9)로부터 발생된 광을 대향 기판(30) 측으로부터 투과 표시 영역(14)을 투과시켜 액정층(12)에 입사시키고, 소자 기판(20) 측으로부터 출사시킴으로써, 투과 모드에서의 컬러 표시를 행한다. 이 때에도, 화소 전극(23)과 대향 전극(36) 사이에서 액정층(12)의 액정을 배향 제어하는 것에 의해, 명암 표시를 행한다.
따라서, 이들 표시 모드에서, 반사 모드는 액정층(12)을 입사광이 2회 통과하지만, 투과광에 대해서는 백라이트 장치(9)로부터 발생한 광이 액정층(12)을 한 번밖에 통과하지 않는다. 그러므로, 액정층(12)의 리타데이션을 고려하면, 액정층의 리타데이션 차이에 의해 액정의 투과율의 상태에 차이가 발생된다. 그러나, 본 실시예에서는, 반사 표시 영역(13)에 대응하는 액정층(12)의 두께 dh와, 투과 표시 영역(14)에 대응하는 액정층(12)의 두께 dt에 소정의 대소 관계를 갖게 하여, 반사 표시 영역(13)에 있어서의 리타데이션값 Δnd보다도, 투과 표시 영역(14)에 있어서의 리타데이션값 Δnd를 크게 설정하고 있다.
이러한 층 두께 조정을 하는데 있어, 본 실시예에서는, 대향 기판(30)의 내 측 표면에 감광성 수지로 이루어지는 층 두께 조정층(35)을 선택적으로 형성했지만, 대향 기판(30)의 표면을 선택적으로 에칭하여 오목부를 형성하고, 이 오목부에 의해, 반사 표시 영역(13)에 있어서의 액정층(12)의 두께와, 투과 표시 영역(14)에 있어서의 액정층(12)의 두께를 조정하여도 좋다.
(시야각 보상 원리)
다음에, 시야각의 보상 원리에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 네마틱 액정에서는 액정 분자(50)가 복굴절성을 갖기 때문에, 액정 분자(50)의 축 방향(x 방향)과 그것에 수직인 방향(y 방향)에서 굴절율이 다르다. 이 때문에, 관찰자가 보는 방향에 의존하여, 광의 광로 길이가 다르고, 컨트라스트나 밝기가 다르게 보이는 것으로 된다(「시야각 의존성」이 높다고 함). 이것이 시야각이 좁게 되는 근본적인 이유이다. 따라서, 시야각을 개선하기 위해서는, 이론상, 도 6(b)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 액정 분자의 굴절율이 구(52)와 같은 특성을 가지면 좋다. 즉, 어떤 방향에서 보더라도 굴절율이 같으면, 시야각 의존성을 해소할 수 있다.
그래서, 본 발명에서는, 시야 보상 필름을 이용하여 의사적으로, 도 6(b)에 나타내는 구(球)에 가까운 굴절율의 특성을 만든다. 즉, 액정 장치(1)의 액정층(12)에 대하여, 액정 필름 및 고분자 필름을 적층 배치함으로써, 적층체 전체로서의 굴절율 특성을 3차원적으로 구에 가깝게 한다.
구체적으로는, 우선, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 디스코틱 하이브리드 배향한 액정 필름(54)을 이용하여, 액정 장치(1)의 액정층(12)의 틸트를 보상한다. 즉, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 액정 필름(54)을 구성하는 디스코틱 액정에 의해, 액정층(12)의 틸트를 보상한다. 실제로는, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 액정층(12)과 액정 필름(54)의 적층 구조를 측면으로부터 관찰했을 때에, 액정층(12) 내의 네마틱 액정의 틸트 방향과, 액정 필름(54) 내의 디스코틱 액정의 틸트 방향을 교차시킴으로써, 액정층(12)의 틸트를 보상한다.
단, 액정 필름(54)을 구성하는 디스코틱 액정은 면내에 굴절율차를 갖지 않기(즉, nx=ny) 때문에, 이것만으로는 z방향에 위상차를 생기게 할 수 없다. 그래서, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 3차원의 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름(59)을 더 이용함으로써, z방향에도 위상차를 생기게 한다. 이와 같이, 액정 필름(54)에 의해 액정층(12)의 틸트를 보상하고, 또한, 고분자 필름(59)에 의해 z방향에 위상차를 생기게 함으로써, 액정층(12), 액정 필름(54) 및 고분자 필름(59)의 적층체로서 굴절율을 의사적으로 구에 가까운 특성으로 할 수 있어, 시야각 의존성을 억제할 수 있다.
(실시예 1)
다음에, 본 발명의 실시예 1에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명을 적용한 액정 장치에 이용한 각 광학 부재의 축 방향 등을 나타내는 설명도이다. 본 실시예의 구동용 액정 셀(10)을 이용하여 액정 장치(1)를 구성하기 위해서는, 도 2 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 상측 편광판(2), 상측 위상차판(3a, 3b), 구동용 액정 셀(10), 하측 위상차판(5a∼5c), 하측 편광판(7) 및 백라이트 장치(9)가 위쪽으로부터 아래쪽으로 그 순서로 겹쳐 배치된다.
상측 위상차판(3a, 3b) 및 하측 위상차판(5c)에는 저분산 필름이 이용된다. 또한, 하측 위상차판(5a)에는, 전술한 액정 필름(54)으로서, 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름이 이용된다. 또한, 하측 위상차판(5b)에는, 전술한 고분자 필름(59)으로서, 3차원의 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름이 이용된다.
도 8에 나타내는 각 부재의 축 각도 및 그것에 의해 얻어지는 위상차값을 도 11(a)에 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 네마틱 액정층(12)에 대해서는, 소자 기판(20) 및 대향 기판(30)의 각각에 대하여, 파선으로 나타내는 시계의 3시 방향(기준 방향)에 대하여 소정 각도를 이루는 방향으로 러빙 처리를 행함으로써, 트위스트각 ΩLC를 0°∼70°로 설정한다. 구체적으로는, 액정 셀(10)의 소자 기판(상측 기판)(20)의 러빙 방향을 기준 방향에 대하여 반시계 방향으로 각도 φLCu로 하고, 대향 기판(하측 기판)(30)의 러빙 방향을 기준 방향에 대하여 반시계 방향으로 각도 φLCd로 한다. 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 각도 φLCu는 80°∼130°의 범위가 바람직하며, 특히 90° 정도가 바람직하다. 또한, 각도 φLCd는 230°∼270°의 범위가 바람직하며, 특히 270° 정도가 바람직하다.
또, 이하의 설명에서는, 각도는 모두 파선으로 나타내는 기준 방향으로부터 반시계 방향으로 나타내는 것으로 한다.
편광판(2)은 위쪽으로부터 보았을 때에 흡수축(201)이 기준 방향에 대하여 각도 φpu를 이루는 것을 사용한다. 각도 φpu는 -80°∼80°의 범위가 바람직하 며, 특히 15° 정도가 바람직하다.
상측 위상차판(3a)으로는, 위쪽으로부터 보았을 때 위상 리타데이션 축(301a)이 기준 방향에 대하여 각도 φF1을 갖는 저분산 필름을 이용한다. 각도 φF1은 -60°∼60°의 범위가 바람직하며, 특히 30° 정도가 바람직하다. 또한, 상측 위상차판(3a)에 의한 위상차 RF3a는 220㎚∼290nm의 범위가 바람직하며, 특히 260㎚ 정도가 바람직하다. 이와 같은 저분산 필름은 측정 파장이 짧을수록 복굴절이 작아진다. 또, 상측 위상차판(3b) 및 하측 위상차판(5c)도 마찬가지이다.
상측 위상차판(3b)으로는, 위쪽으로부터 보았을 때 위상 리타데이션 축(301b)이 기준 방향에 대하여 각도 φF2를 갖는 저분산 필름을 이용한다. 각도 φF2는 45°∼135°의 범위가 바람직하며, 특히 90° 정도가 바람직하다. 또한, 상측 위상차판(3b)에 의한 위상차 RF3b는 50㎚∼140nm의 범위가 바람직하며, 특히 90㎚ 정도가 바람직하다.
하측 위상차판(5a)으로는, 하이브리드 배향축(501a)이 기준 방향에 대하여 각도 φF3을 갖는 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한다. 각도 φF3은 85°∼95°의 범위가 바람직하며, 특히 90° 정도가 바람직하다. 하측 위상차판(5a)에 의한 위상차 RF5a는 10㎚∼40nm의 범위가 바람직하며, 특히 26㎚ 정도가 바람직하다.
하측 위상차판(5b)으로는, 위상 리타데이션 축(501b)가 기준 방향에 대하여 각도 φF4를 갖는 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한다. 각도 φF4는 85°∼95°의 범위가 바람직하며, 특히 90° 정도가 바람직하다. 하측 위상 차판(5b)에 의한 위상차 RF5b는 80㎚∼150nm의 범위가 바람직하며, 특히 130㎚ 정도가 바람직하다. 또한, 하측 위상차판(5b)은 3차원 굴절율 계수 Nz가
-0.7<Nz=(nx-nz)/(nx-ny)<0.7
의 범위인 것이 바람직하다.
하측 위상차판(5c)으로는, 위상 리타데이션 축(501c)이 각도 φF5를 갖는 저분산 필름을 이용한다. 각도 φF5는 -60°∼60°의 범위가 바람직하며, 특히 150°(=-30°) 정도가 바람직하다. 하측 위상차판(5c)에 의한 위상차 RF5c는 220㎚∼290nm의 범위가 바람직하며, 특히 270㎚ 정도가 바람직하다.
하측 편광판(7)은 흡수축(701)이 기준 방향에 대하여 φpd를 갖는 것을 사용한다. 각도 φpd는 45°∼135°의 범위가 바람직하며, 특히 75° 정도가 바람직하다.
이와 같이, 구성한 액정 장치(1)에 대하여 표시 성능을 확인한 바, 투과 시의 시야각 특성을 2배 이상으로 개선할 수 있었다. 또한, 시야각에 의한 색변화를 적게 할 수 있어, 컨트라스트를 2배 이상으로 향상시킬 수 있었다.
(실시예 2)
다음에, 실시예 2에 대하여 설명한다. 도 9는 실시예 2에 관한 액정 장치에 이용한 각 광학 부재의 축 방향 등을 나타내는 설명도이다. 본 실시예의 구동용 액정 셀(10)을 이용하여 액정 장치(1)를 구성하기 위해서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상측 편광판(2), 상측 위상차판(3c), 구동용 액정 셀(10), 하측 위상차판(5a ∼5c), 하측 편광판(7) 및 백라이트 장치(9)가 위쪽으로부터 아래쪽으로 그 순서대로 겹쳐 배치된다. 실시예 1의 구성과 비교하면, 실시예 1에 있어서의 상측 위상차판(3a, 3b) 대신, 실시예 2에서는 상측 위상차판(3c)이 이용되고 있다. 그 이외의 구성은 실시예 1과 마찬가지이다. 즉, 상측 편광판(2), 액정 셀(10), 하측 위상차판(5a∼5c), 하측 편광판(7)의 구성은 모두 실시예 1과 마찬가지이므로, 각각의 설명은 생략한다. 도 9에 나타내는 각 부재의 축 각도 및 그것에 의해 얻어지는 위상차값을 도 11(b)에 나타낸다.
실시예 2에서는, 상측 위상차판(3c)으로서, 측정 파장 400㎚∼700nm에서, 단파 길이만큼 위상차값이 작은 역파장 분산형 위상차판을 이용한다. 이에 따라, 상측 위상차판을 한 장으로 구성할 수 있다. 상측 위상차판(3c)으로는, 위쪽으로부터 보았을 때 위상 리타데이션 축(301c)이 기준 방향에 대하여 각도 φF6을 갖는 역파장 분산 필름을 이용한다. 각도 φF6은 -60°∼60°의 범위가 바람직하며, 특히 50° 정도가 바람직하다. 또한, 상측 위상차판(3c)에 의한 위상차 RF3c는 100㎚∼200nm의 범위가 바람직하며, 특히 170㎚ 정도가 바람직하다.
이와 같이, 실시예 2에 의하면, 액정 셀(10)의 하측에 배치되는 하측 위상차판(5a∼5c) 및 하측 편광판(7)은 실시예 1과 마찬가지이고, 이에 따라 실시예 1과 마찬가지의 시야각의 개선 효과를 얻을 수 있다. 이에 더하여, 실시예 2에서는, 역파장 분산 필름을 이용함으로써 상측 위상차판을 한 장으로 구성할 수 있으므로, 그 만큼 액정 장치(1)를 박형화할 수 있다.
(실시예 3)
다음에, 실시예 3에 대하여 설명한다. 도 10은 실시예 3에 관한 액정 장치에 이용한 각 광학 부재의 축 방향 등을 나타내는 설명도이다. 본 실시예의 구동용 액정 셀(10)을 이용하여 액정 장치(1)를 구성하기 위해서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 상측 편광판(2), 상측 위상차판(3d∼3f), 구동용 액정 셀(10), 하측 위상차판(5a∼5c), 하측 편광판(7) 및 백라이트 장치(9)가 위쪽으로부터 아래쪽으로 순서대로 겹쳐 배치된다. 실시예 1의 구성과 비교하면, 실시예 1에 있어서의 상측 위상차판(3a, 3b) 대신, 실시예 3에서는 상측 위상차판(3d∼3f)이 이용되고 있다. 그 이외의 구성은 실시예 1과 마찬가지이다. 즉, 상측 편광판(2), 액정 셀(10), 하측 위상차판(5a∼5c), 하측 편광판(7)의 구성은 모두 실시예 1과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 도 10에 나타내는 각 부재의 축 각도 및 그것에 의해 얻어지는 위상차값을 도 11(c)에 나타낸다.
본 실시예에서는, 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름 및 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용하여 시야각을 개선하는 구성, 즉 하측 위상차판(5a∼5c)과 동일한 구성을 상측 위상차판에도 채용하고 있다. 단, 적층 순서는 액정 셀(10)을 기준으로 하여 대칭으로 되어있다. 즉, 상측 위상차판(3f)은 하측 위상차판(5a)과 마찬가지로 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용하고 있고, 상측 위상차판(3e)은 하측 위상차판(5b)과 마찬가지로 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용하고 있고, 상측 위상차판(3d)는 하측 위상차판(5c)과 마찬가지로 저분산 필름을 이용하고 있다.
상측 위상차판(3d)으로는, 위상 리타데이션 축(301d)이 각도 φF7을 갖는 저분산 필름을 이용한다. 각도 φF7은 -60°∼60°의 범위가 바람직하며, 특히 30° 정도가 바람직하다. 상측 위상차판(3d)에 의한 위상차 RF3d는 220㎚∼290nm의 범위가 바람직하며, 특히 265㎚ 정도가 바람직하다.
상측 위상차판(3e)으로는, 위상 리타데이션 축(301e)이 기준 방향에 대하여 각도 φF8을 갖는 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한다. 각도 φF8은 45°∼135°의 범위가 바람직하며, 특히 90° 정도가 바람직하다. 하측 위상차판(5b)에 의한 위상차 RF3e는 50㎚∼140nm의 범위가 바람직하며, 특히 130㎚ 정도가 바람직하다.
상측 위상차판(3f)으로는, 하이브리드 배향축(301f)이 기준 방향에 대하여 각도 φF9를 갖는 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한다. 각도 φF9는 45°∼135°의 범위가 바람직하며, 특히 90° 정도가 바람직하다. 상측 위상차판(3f)에 의한 위상차 RF3f는 10㎚∼40nm의 범위가 바람직하며, 특히 30㎚ 정도가 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름 및 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름의 조합을 액정 셀(10)의 위쪽 및 아래쪽의 양쪽에 마련했으므로, 투과 모드에서의 시야각 특성을 더욱 개선할 수 있다. 구체적으로는, 이와 같이 구성한 액정 장치(1)에 대하여 표시 성능을 확인한 바, 투과 시의 시야각 특성을 2.5배 이상으로 개선할 수 있었다. 또한, 시야각에 의한 색변화를 적게 할 수 있어, 컨트라스트를 2배 이상으로 향상시킬 수 있었다.
(종래 구성과의 시야각의 비교)
도 12에, 상기 실시예에 관한 구성과, 종래 구성과의 시야각 특성을 나타낸다. 도 12(a)는 상기한 실시예 1에 관한 액정 장치(1)의 시야각 특성을 나타낸다. 또한, 도 12(b)는 전술한 특허 문헌 1 내지 3에 기재되는 광학 보상 필름, 즉, 광학적으로 정의 일축성을 나타내는 액정성 고분자로 실질적으로 형성되고, 이 액정성 고분자가 액정 상태에서 형성된 네마틱 하이브리드 배향을 고정화시킨 광학 보상 필름을 이용한 액정 장치의 시야각 특성을 나타낸다.
또, 도 12(a) 및 (b)에서, 시야각 특성을 나타내는 원 그래프는 둘레 방향에 방위각 α를 나타내고, 반경 방향에 앙각(仰角) β를 나타내고 있다. 즉, 원 그래프의 오른쪽(3시) 방향을 기준 방향(방위각 α= 0)으로 하고, 그로부터 반시계 방향으로 방위각 α를 나타내고 있다. 방위각 α는, 도 12(c)에 나타내는 바와 같이, 액정 장치(1)에 대한 관찰자의 시선 상하좌우 방향의 어긋남 각을 나타낸다. 또한, 앙각 β는, 도 12(d)에 나타내는 바와 같이, 액정 장치(1)의 법선 NL에 대하여 관찰자의 시선이 이루는 각도를 나타낸다. 도 12(a) 및 (b)에 있어서는, 원 그래프의 반경 방향의 길이가 앙각 β를 나타내고 있다. 구체적으로는 도 12(a)의 원 그래프 중 파선의 동심원은 내주측으로부터 앙각 20°, 40°, 60° 및 80°를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 12(a) 및 (b)에 있어서, 백색의 영역은 컨트라스트 10 이상의 영역이며, 흑색의 영역은 컨트라스트 10 미만의 영역이다. 일반적으로, 시야각을 평가할 때는, 시인성을 양호하다고 판단하는 기준으로서, 컨트라스트=10을 기준으로 하는 것이 대부분이고, 도 12(a) 및 (b)의 원 그래프도 컨트라스트=10 을 경계로 해서 백색 영역과 흑색 영역으로 색 구분하고 있다.
도 12(a)와 (b)를 비교하면 이해되는 바와 같이, 도 12(a)에 나타내는 실시예 1의 액정 장치(1)의 시야각 특성에서는, 도 12(b)에 나타내는 종래 구성의 시야각 특성과 비교하여, 백색의 영역이 원그래프의 외주측으로 넓어지고 있다. 즉, 전 방위적으로, 시야각이 개선되고 있는 것이 이해된다. 구체적으로는, 도 12(b)에 나타내는 종래 구성의 시야각 특성에서는, 거의 전 방위에 걸쳐, 앙각 40° 정도까지는 컨트라스트가 10 이상으로 되지만, 앙각이 40°을 넘으면 컨트라스트는 10 미만으로 저하한다. 이에 대하여, 도 12(a)에 나타내는 실시예 1의 시야각 특성에서는, 앙각 50° 정도까지는 컨트라스트가 10 이상을 유지하는 방위가 증가하고 있다. 이와 같이, 실시예의 액정 장치에 의하면, 전 방위적으로 시야각이 개선된다.
또, 도 12에는 실시예 1의 액정 장치(1)에 의한 시야각 특성만을 나타냈지만, 실시예 2 및 3에 의한 액정 장치에 의해서도 동일한 시야각의 개선이 얻어진다.
(그 밖의 실시예)
또, 상기한 실시예는 능동 소자로서 TFD 소자(40)를 이용한 예였지만, 그 대신, 능동 소자로서 TFT를 이용한 액정 장치에 본 발명을 적용하여도 좋다.
또한, 상기한 실시예에서는, 러빙 처리된 배향막에 의해 액정을 트위스트시키고 있지만, 그 이외의 방법에 의해서도, 액정을 트위스트할 수 있다. 예컨대, 실리콘 산화막 등을 기판 표면에 사방 증착(斜方蒸着)함으로써 배향막을 제작할 수 있다. 또한, 기판 상에 광경화성 수지를 코팅한 후, 줄무늬 형상으로 광의 강약을 관련지어 노광 경화한 광경화성 수지층을 배향막으로 해서 이용할 수도 있다.
(전자기기)
도 13은 본 발명에 의한 액정 장치(1)를 탑재한 전자기기의 일례로서의 휴대전화기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 13에 있어서, 휴대 전화기(1400)는 복수의 조작 버튼(1402) 외에, 수화구(1404), 송화구(1406)와 동시에, 액정 장치(1)를 구비하는 것이다. 이 액정 장치(1)에도, 필요에 따라 그 배면에 백라이트가 마련된다.
또, 본 실시예의 액정 장치를 탑재 가능한 전자기기로에는, 휴대 전화기의 외에, 모바일 컴퓨터, 액정 텔레비전, 뷰 파인더형 또는 모니터 직시형 비디오 테이프 레코더, 카네비게이션 장치, 전자수첩, 전자 계산기, 워드 프로세서, 워크 스테이션, 화상 전화, POS단말, 터치 패널을 구비한 기기 등을 들 수 있다.
본 발명에 따르면, 광학 보상 필름의 최적 이용에 의해, 투과 모드에서의 표시 광량이나 컨트라스트를 향상시키는 것이 가능한 액정 장치 및 그것을 이용한 전자기기를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 액정 장치로서,
    하측 편광판과, 하측 위상차판과, 액정 셀과, 상측 위상차판과, 상측 편광판을 구비하되,
    상기 하측 편광판과, 상기 하측 위상차판과, 상기 액정 셀과, 상기 상측 위상차판과, 상기 상측 편광판은 그 순서대로 배치되고,
    상기 액정 셀은 네마틱 액정층을 갖고,
    상기 네마틱 액정층은 트위스트각이 0°∼70°의 범위 내로 설정되고,
    상기 하측 위상차판은 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름(discotic liquid crystal film)을 이용한 제 1 하측 위상차판과, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 하측 위상차판을 갖고,
    상기 제 2 하측 위상차판은 상기 제 1 하측 위상차판의 아래에 배치되고,
    상기 제 2 하측 위상차판의 3차원 굴절율 계수는 -0.7∼0.7의 범위 내인 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하측 위상차판은 당해 제 1 하측 위상차판을 위쪽으로부터 보았을 때에, 하이브리드 배향축이 상기 기준 방향에 대하여 반시계 방향으로 85°∼95° 의 범위 내의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 하측 위상차판은 당해 제 2 하측 위상차판을 위쪽으로부터 보았을 때에, 위상 리타데이션 축(phase retardation axis)이 상기 기준 방향에 대하여 반시계 방향으로 85°∼95°의 범위 내의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측 위상차판은 위쪽으로부터 보았을 때에 위상 리타데이션 축의 방향이 다르고, 모두 저분산 필름으로 이루어지는 제 1 및 제 2 상측 위상차판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측 위상차판은 역파장 분산 필름으로 이루어지는 단일의 위상차판인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측 위상차판은 하이브리드 배향의 디스코틱 액정 필름을 이용한 제 1 상측 위상차판과, 3차원 굴절율 이방성을 갖는 고분자 필름을 이용한 제 2 상측 위상차판을 갖고,
    상기 제 2 상측 위상차판은 상기 제 1 상측 위상차판의 위에 배치되어 있는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 셀은 부분 반사층을 갖는 반투과 반사형 액정 셀이며,
    상기 부분 반사층에 대응하는 반사부에서의 상기 네마틱 액정층의 층 두께는 상기 반사부 이외의 투과부에서의 상기 네마틱 액정층의 층 두께보다 얇은 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  8. 청구항 1에 기재된 액정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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