KR100645673B1 - 반사형 액정 표시 소자 - Google Patents

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KR100645673B1
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세키메도모아키
이와이요시오
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

넓은 시각 특성을 가짐과 동시에 또한 외광의 조건 변화에 대해서도 일정 이상의 광 이용율을 확보할 수 있는 밝기를 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
상부 기판과, 하부 기판과, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 설치된 액정층을 갖는 액정 셀과, 상기 액정 셀의 상기 상부 기판측에 배치된 편광 필름과, 상기 액정 셀의 상기 하부 기판측에 배치된 광 반사 수단과, 상기 편광 필름과 상기 액정 셀 사이에 배치되고, 법선 방향에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재를 구비한다.
상기 편광 필름의 흡수축과 상기 광학 부재의 지상축이 이루는 각이 약 88°로부터 약 92°까지의 범위 또는 약 -2°로부터 약 +2°까지의 범위에 있다.
상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션 값이 약 50㎚로부터 약 500㎚까지의 범위에 있다.

Description

반사형 액정 표시 소자{REFLECTED LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 실시예 1과 2의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성의 단면도,
도 2a는 상기 반사형 액정 표시 소자의 시각에 대한 반사율 특성을 나타내는 그래프, 도 2b는 비교를 위해서, 상기 반사형 액정 표시 소자로부터 지상축을 갖는 광학 부재를 생략한 액정 표시 소자의 반사율 특성을 나타내는 그래프,
도 3a는 본 발명의 실시예 2의 반사형 액정 표시 소자가 구비하는 포지티브형 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재를 설명하기 위한 굴절율의 모식도, 도 3b는 「ny」방향에서 본 상기 광학 부재의 단면 모식도,
도 4a는 상기 실시예 2의 반사형 액정 표시 소자의 변형예가 구비하는 네가티브형 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재를 설명하기 위한 굴절율의 모식도, 도 4b는 「ny」방향에서 본 상기 광학 부재의 단면 모식도,
도 5는 본 발명의 실시예 3의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성의 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예 4의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성의 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예 5의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 5, 6, 7 : 액정 셀 10, 50, 60, 70 : 편광 필름
11, 51, 61, 71 : 광학 부재 12, 52, 62, 72 : 광학 보상층
13a, 53a, 63a, 73a : 기판 13b, 53b, 63b, 73b : 기판
14, 54, 64, 74 : 컬러 필터층 15a, 55a, 65a, 75a : 배향층
15b, 55b, 65b, 75b : 배향층 16, 56, 66, 68, 76 : 투명 전극
17, 57, 67, 77 : 액정층 18, 58, 78 : 금속 반사 전극
59 : 산란 필름층 69 : 확산 반사판
80 : 게이트 전극 81 : 소스 전극
82 : TFT 소자 83 : 드레인 전극
84 : 평탄화막 85 : 콘택트 홀
본 발명은 표시 소자에 관한 것으로, 특히 액정 재료를 이용한 반사형 액정 표시 소자에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 얇고 가볍다고 하는 특징을 갖기 때문에, 디스플레이 등의 여러가지 용도로 널리 사용되고 있다. 액정 표시 소자는, 스스로는 발광하지 않고서, 광의 투과 강도를 변화시킴으로써 표시를 행하는 수광형 소자로서, 수 볼트의 실효 전압으로 구동할 수 있다. 이 때문에, 액정 표시 소자의 하측에 반사판을 구비한 액정 표시 소자는 외부광의 반사광에 의해 표시를 보는 반사형 표시 소자로서 이용됨으로써, 현저하고 낮은 소비 전력을 갖는 표시 소자가 얻어진다.
종래의 반사형의 컬러 액정 표시 소자는 컬러 필터를 갖는 액정 셀과, 이 액정 셀을 사이에 두고 배치된 한 쌍의 편광 필름을 구비한다. 컬러 필터는 상기 액정 셀의 한쪽 기판에 마련되어 있으며, 컬러 필터가 기판상에 형성되고, 또한 그 위에 투명 전극이 형성된다. 이 액정 셀에 전압을 인가함으로써, 액정 재료의 액정 분자의 배향(配向) 상태가 변화하여, 각 색의 컬러 필터에 있어서의 광의 투과율이 변화함으로써 컬러 표시가 행하여진다.
1장의 편광판의 광의 투과율은, 최고 약 45% 정도이다. 이 때, 편광 필름의 흡수축과 평행한 편광의 투과율은 약 0%이고, 수직한 편광의 투과율은 약 90%이다. 2장의 편광판을 이용하는 반사형의 액정 표시 소자에 있어서는, 광은 편광 필름을 4회 지나서 출사한다. 따라서, 컬러 필터에 있어서의 광의 흡수를 무시한 경우에 있어서, 이 액정 표시 소자의 광 이용율은,
(0.9)4×50%=32.8%
이다.
즉, 광 이용율은 흑백 패널에 있어서도 약 33%이며, 이 값이 최고의 광 이용율로 된다.
따라서, 표시를 밝게 하기 위해서, 1장의 편광 필름이 액정 셀의 상측에만 설치되고, 액정 셀이 1장의 편광 필름과 반사판에 의해 좁혀진 구성이 제안되어 있다(예컨대, 일본국 특허 공개 평성 제7-146469호 공보, 일본국 특허 공개 평성 제7-84252호 공보 참조). 이 경우, 광은 편광 필름을 2회 지난다. 컬러 필터에 있어서의 광의 흡수를 무시할 경우, 광 이용율은,
(0.9)2×50%=40.5%
이다. 즉, 2장의 편광 필름을 이용한 구성과 비교하여, 최대 약 23.5%의 광 이용율의 향상을 기대할 수 있다.
그러나, 반사형 액정 표시 소자의 광 이용율은, 부재의 최적화에 의해서만 결정되지 않는다. 반사형 액정 표시 소자는, 투과형 액정 표시 소자와 같이 백 라이트 시스템 등의 일정한 광원에 의해 표시되지 않고, 환경 상태에 따라서 여러가지로 변화되는 외광의 이용에 의해 표시된다. 외광은 직접광과 간접광, 혹은 평행광과 산란광을 혼재하여 갖는다. 또한, 외광은 여러가지로 변화할 수 있는 광의 입사 방향을 갖는다. 따라서, 반사형 액정 표시 소자는, 외광의 상태가 변화한 경우에 있어서도, 일정값 이상으로 유지된 광 이용율을 갖지 않으면 안된다.
또한, 종래의 반사형 액정 표시 소자는, 외광의 조건에 의해서 표시 특성이 변한다고 하는 문제를 갖고 있었다. 이 문제의 원인의 하나는 시각이 좁다는 것이다. 액정 표시 소자의 시각이 좁다는 것은, 기울기로부터 입사하는 외광의 비율이 많아지는 경우에, 통상의 관찰 위치에 나오는 실효적인 광의 이용율이 악화되게 된다.
본 발명은, 편광판을 1장만 이용한 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 시각 특성이 넓고, 외광의 조건이 변화하더라도 일정값 이상의 광 이용율을 확보할 수 있는 밝은 반사형 액정 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 반사형 액정 표시 소자는, 상부 기판과, 하부 기판과, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 설치된 액정층을 갖는 액정 셀과, 상기 액정 셀의 상기 상부 기판측에 배치된 편광 필름과, 상기 액정 셀의 상기 하부 기판측에 배치된 광 반사 수단과, 상기 편광 필름과 상기 액정 셀 사이에 배치되고, 법선 방향에서 보았을 때에 지상축(retardation axis : 遲相軸)을 갖는 광학 부재를 구비하되, 상기 편광 필름의 흡수축과 상기 광학 부재의 지상축이 이루는 각이, (ⅰ) 약 88°로부터 약 92°까지의 범위, 및 (ⅱ) 약 -2°로부터 약 +2°까지의 범위중 적어도 하나의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
특히 바람직하게는, 상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션(retardation) 값이 약 50㎚에서 약 500㎚ 사이의 범위에 있다.
이 구성에 의해, 넓은 시각 특성을 가짐과 동시에, 또한 외광의 조건의 변화에 대하여도 일정 이상의 광 이용율을 확보할 수 있는 밝기를 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
본 발명의 반사형 액정 표시 소자는, 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 갖는 액정 셀과, 상기 액정층에 대하여 한쪽 기판측에 배치된 1장의 편광 필름과, 상기 액정층에 대하여 다른쪽 기판측에 배치된 광 반사 수단을 구비한 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 상기 편광 필름과 액정 셀 사이에, 법선 방향에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재를 구비하되, 상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션 값이 50㎚∼500㎚이고, 상기 편광 필름의 흡수축과 상기 광학 부재의 지상축이 이루는 각이 88°∼92°인 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의해, 편광 필름을 기울기에서 보았을 때에 발생하는 편광도의 시각 변화는 광학 부재에 의해서 보상된다. 그 결과, 반사형 액정 표시 소자의 시각 특성이 개선되고, 외광에 의존하기 어려운, 밝은 표시 화상을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
본 발명의 다른 반사형 액정 표시 소자는, 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 갖는 액정 셀과, 상기 액정층에 대하여 한쪽 기판측에 배치된 1장의 편광 필름과, 상기 액정층에 대하여 다른쪽 기판측에 배치된 광 반사 수단을 구비한 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 상기 편광 필름과 액정 셀 사이에, 법선 방향에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재를 구비하되, 상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션 값이 50㎚∼500㎚이며, 상기 편광 필름의 흡수축과 상기 광학 부재의 지상축이 이루는 각이 -2°∼+2°인 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의해, 편광 필름을 기울기에서 보았을 때에 발생하는 편광도의 시각 변화가 광학 부재에 의해서 보상된다. 그 결과, 반사형 액정 표시 소자의 시각 특성이 개선되고, 외광에 의존하기 어려운, 밝은 표시 화상을 갖는 반사형 액정 표 시 소자가 얻어진다.
특히 바람직하게는, 상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션 값은 200㎚∼400㎚이다. 이 구성에 의해, 더욱 양호한 시각 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
특히 바람직하게는 상기 광학 부재는 고분자 필름이다. 이 구성에 의해, 두께나 중량을 증가시키는 일 없이, 양호한 시각 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
또한, 상기 고분자 필름은 폴리 카보네이트, 폴리 아릴레이트, 또는 폴리 술폰을 이용하여 형성할 수 있다.
특히 바람직하게는, 상기 광학 부재는 하이브리드·틸트·타입이다.
이 구성에 의해, 편광 필름을 기울기에서 보았을 때에 발생하는 편광도의 시각 변화는 광학 부재에 의해서 보상되고, 또한 액정 셀의 틸트 상태도 광학적으로 보상된다. 그 결과, 시각 개선 효과가 더욱 향상된다.
또, 상기 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재에 있어서, 특히 바람직하게는, 굴절율 「nx, ny, nz」이 「nx>ny≒nz」의 관계를 만족하고, 동시에 「ny」가 광학 부재의 면내 방향에 포함되며, 또한 「ny」방향에서 보았을 때의 「nx」 가 광학 부재의 한쪽에서 약 0°∼약 10°이고, 광학 부재의 반대측에 있어서의 틸트 각이 약 60°∼약 90°이며, 그 사이에서 연속적으로 경사지게 변화하는 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입이다.
이러한 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재는, 수직 배향 처 리된 기재(基材)와, 수평 배향 처리된 기재와, 이들 기재 사이에 봉입된 네마틱 액정을 구비한다.
혹은, 상기 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재에 있어서, 굴절율 「nx, ny, nz」이 「nx≒ny>nz」의 관계를 만족하고, 동시에 굴절율 「ny」가 광학 부재의 면내 방향에 포함되며, 상기 광학 부재를 「y」 방향에서 보았을 때의 굴절율 「nz」이 광학 부재의 일측에 있어서 약 0°∼약 10°이고, 반대측에서 약 60°∼약 90°로서, 굴절율이 광학 부재의 일측에서 반대측 사이에서 연속적으로 경사지게 변화된다. 즉, 광학 부재는 이러한 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 굴절율을 갖는다.
이러한 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재는, 수직 배향 처리된 제 1 기재와, 수평 배향 처리된 제 2 기재와, 이 제 1 기재와 제 2 기재 사이에 봉입된 디스코틱(discotheque) 액정을 구비한다.
또한, 바람직하게는 상기 액정 셀의 액정층은 네마틱 액정을 포함한다. 이 구성에 의해 뛰어난 시각 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자를 얻을 수 있다.
또, 특히 바람직하게는, 상기 액정 셀은 약 40°∼약 90°의 트위스트 각을 갖는 트위스티드·네마틱 액정 셀이다.
또는, 더욱 바람직하게는, 상기 액정 셀은 약 220°∼약 260°의 트위스트 각을 갖는 슈퍼·트위스티드·네마틱 액정 셀이다.
또한, 바람직하게는, 상기 광학 부재와 상기 액정 셀 사이에 광학 보상 부재를 구비한다. 이 구성에 의해, 색 보상 등이 가능해지고, 그 결과, 현저히 우수한 시각 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
또, 바람직하게는, 이 광학 보상 부재는 적어도 1장의 고분자 필름을 갖는다. 이 구성에 의해, 두께나 중량을 극단적으로 증가시키는 일 없이, 양호한 시각 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
또한, 바람직하게는, 산란 필름이 한쪽 기판측에 설치되어 있다. 이 구성에 의해 주위광이 집광되고, 그 결과 밝은 표시가 얻어진다. 또한, 산란 필름이 한쪽 기판측에 배치되기 때문에, 표시 화상의 불선명함 및 희미함성(dim성) 등이 억제된다.
바람직하게는, 상기 산란 필름은 전방 산란 필름이다. 이 구성에 의해 주위광을 더욱 효율적으로 이용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광 반사 수단은 상기 액정 셀내에 마련된 금속 반사 전극이다. 이 구성에 따르면, 금속 반사 전극이 광 반사 수단으로서의 기능과 전극으로서의 기능을 겸비한다. 그 때문에, 구성 부품의 수가 적게 들고, 박형(薄型)의 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
바람직하게는, 이 금속 반사 전극은 알루미늄 및 은으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속을 포함한다. 이 구성에 따라, 우수한 도전성 및 광 반사율을 갖는 금속 반사 전극을 실현할 수 있다.
바람직하게는, 이 금속 반사 전극의 표면은 거울면 형상이다. 이 구성에 의해 액정 배향의 흔들림이 적고, 자연스러운 시인성(視認性)이 얻어진다.
바람직하게는, 이 금속 반사 전극상에 산란막을 구비한다. 이 구성에 의해 자연스러운 시인 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
바람직하게는, 이 금속 반사 전극의 표면이 입사광을 확산 반사시키는 확산 반사면이다. 이 구성에 의해서도 자연스러운 시인 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다. 또, 이 확산 반사면은 평균 경사각 3°∼12°의 요철을 갖는 것이 특히 바람직하다. 이 구성에 의해 우수한 확산 반사성이 얻어진다.
상기 다른쪽 기판이 투명 기판이고, 상기 광 반사 수단이 상기 투명 기판의 외측에 배치된 광 반사판인 구성이 가능하다. 이 경우, 상기 광 반사판이 확산 반사판인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 우수한 확산 효과가 얻어지고, 우수한 시인 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
바람직하게는, 상기 투명 기판과 상기 광 반사판 사이에 공기층이 삽입되어 있다. 이 구성에 따르면, 굴절율이 다른 공기층의 존재에 의해 확산 효과가 확대되어, 보다 자연스러운 시각 특성이 얻어진다.
바람직하게는, 상기 한쪽 기판측에 컬러 필터가 설치된다. 이 구성에 의하면, 반사형 컬러 액정 표시 소자가 얻어진다.
바람직하게는, 상기 다른쪽 기판측에 비선형 소자가 설치된다. 이 구성에 따르면, 액티브 구동에 의해 우수한 표시 특성을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
바람직하게는, 상기 비선형 소자 위에 절연성의 평탄화막이 설치되고, 상기 평탄화막에 상기 비선형 소자와 상기 다른쪽 기판측의 전극을 도통시키는 콘택트 홀(contact hole)이 형성되어 있다.
이 구성에 의해, 개구율이 향상되고, 그 때문에 높은 광 이용율을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.
이하, 본 발명의 전형적 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다.
(전형적 실시예 1)
도 1은 본 실시예 1의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 있어서, 반사형 액정 표시 소자는, 액정 셀(1)의 한 면에 설치된 광학 보상층(12)과, 정면에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재(11)와, 편광 필름(10)을 구비한다. 정면에서 보았을 때의 지상축은 법선 방향에서 보았을 때에 지상축을 의미한다.
액정 셀(1)은, 상부 기판(13a)과 하부 기판(13b)을 구비하고 있다. 컬러 필터층(14)과 투명 전극(16)과 배향층(15a)이 상부 기판(13a)에 설치되어 있다. 금속 반사 전극(18)과 배향층(15b)이 하부 기판(13b)에 설치되어 있다. 액정이 배향층(15a)과 배향층(15b) 사이에 봉입됨으로써 액정층(17)이 설치되어 있다. 상부 기판(13a)과 하부 기판(13b) 중의 적어도 기판(13a)은 투명 기판이다.
다음에, 상기한 반사형 액정 표시 소자의 제조 공정에 대하여 설명한다.
상부 기판(13a)과 하부 기판(13b)으로서는, 무알칼리 유리 기판(예컨대 1737:코닝사제)이 이용된다. 우선, 안료 분산 타입의 염료를 이용하여 빨강, 초록, 파랑의 스트라이프(stripe) 배열된 컬러 필터층(14)이, 포트리소그래피에 의해 상측 기판(13a) 상에 형성된다. 그 위에, 화소 전극으로서의 투명 전극(16)이 인듐 주석(錫) 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)의 사용에 의해 형성된다.
다음에, 300㎚ 두께의 티탄이 하측의 기판(13b) 상에 증착되고, 또한 200㎚ 두께의 알루미늄이 그 티탄상에 증착된다. 그 알루미늄의 표면은 평균 경사각 3°∼12°로 되도록 요철 형상으로 성형된다. 이렇게 해서, 확산(산란) 반사 타입의 금속 반사 전극(18)이 형성된다.
다음에, 5중량%의 Υ-부티로락톤을 갖는 폴리이미드 용액이 투명 전극(16)과 금속 반사 전극(18)상에 인쇄되고, 그리고 250℃의 온도로 경화된다. 그 후, 6개의 트위스트 각을 실현하도록, 레이온 천을 이용한 회전 연마법에 의한 배향 처리가 행하여진다. 이에 따라, 상부 배향층(15a)과 하부 배향층(15b)이 형성된다.
그리고, 1.0중량%의 것을 혼입한 열경화성 밀봉 수지(예컨대 스트랙트 본드: 미츠이 도우아츠 화학 주식회사제)가 상부 기판(13a) 표면의 주변부에 인쇄된다. 유리 화이버는 4.0㎛의 직경을 갖는다. 3.0㎛의 직경을 갖는 수지가 기판(13b) 상에 100∼200개/㎟의 비율로 살포된다.
그리고, 상부 기판(13a)과 하부 기판(13b)이 서로 접착되어, 밀봉 수지가 150℃의 온도에서 경화된다. 그 후, 액정이 상부 배향층(15a)과 하부 배향층(15b) 사이에 진공 주입된다. 이 액정으로서는, 카이럴 피치가 80㎛로 되도록, 광학 이방성 값(복굴절성) ΔnLC이 0.08의 불소 에스테르계 네마틱 액정에 카이럴 액정을 섞은 혼합 액정이 사용된다. 액정이 주입된 후, 주입구가 자외선 경화성 수지에 의해 봉구(封口)된다. 이 수지가 자외선 광에 의해 경화된다. 이렇게 하여, 액정 셀(1)이 작성된다.
이렇게 해서 작성된 액정 셀(1)의 상부 기판(13a)의 표면에, 노멀리 화이트(normally white)화를 위한 광학 보상층(12)이 부착된다. 이 광학 보상층(12)은 2장의 폴리 카보네이트 필름을 갖는다. 그 광학 보상층(12) 위에, 정면에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재(11)가 설치된다. 이러한 광학 부재(11)로서는 폴리 카보네이트가 사용된다.
또한, 광학 보상층(12) 위에 편광 필름(10)이 설치된다. 편향 필름(10)으로서는, 뉴트럴 그레이(neutral gray)의 편광 필름(스미토모 화학 공업 주식회사 제 SQ-1852 AP)에 안티글레어(AG) 처리와 안티리플렉션(AR) 처리를 실시한 부재가 사용된다. 이 때, 편광 필름(10)의 흡수축과 광학 부재(11)의 지상축이 이루는 각이 90°로 되도록 작성된다.
이상의 공정에 의해, 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자가 완성된다.
또, 비교를 위해서, 광학 부재(11)를 구비하지 않은 종래의 반사형 액정 표시 소자를 작성하였다. 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자와 종래의 반사형 액정 표시 소자의 광학 특성을 측정하였다. 광학 특성의 측정에 있어서, 완전 확산 조명광이 사용되었다. 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자의 경우, 백(白)의 Y값 환산에 있어서의 반사율이 19.8%이고, 콘트라스트가 16.1이었다. 이에 반하여, 광학 부재(11)를 구비하지 않은 종래의 반사형 액정 표시 소자의 경우, 백의 Y값 환산에 있어서의 반사율이 17.6%, 콘트라스트가 14.0으로 되었다. 즉, 다음을 알 수 있었다. 확산 조명광과 같이 기울기 입사 광 성분이 많은 조명광을 사용한 경우, 광학 부재(11)를 구비한 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자가, 종래의 액정 표시 소자보다 높은 광 이용율과 양호한 정면 특성을 갖는다.
여기서, 광학 부재(11)를 수선(垂線) 방향에서 보았을 때의 레타데이션을 변화시키면서 특성을 측정하였다. 그 결과, 레타데이션이 약 50㎚∼약 500㎚의 범위에서 양호한 특성이 얻어지고, 특히 레타데이션이 약 200㎚∼약 400㎚일 때에 가장 바람직한 특성이 얻어졌다.
또한, 편광 필름(10)의 흡수축과, 광학 부재(11)의 지상축이 이루는 각을 0°로 했을 때에도 상기와 같이 양호한 특성이 얻어졌다.
다음에, 액정 표시 소자의 시야 특성을 평가하였다. 광학 부재(11)의 폴리 카보네이트의 레타데이션이 300㎚인 경우에 있어서, 광학 부재(11)를 구비한 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자와 광학 부재(11)를 구비하지 않은 반사형 액정 표시 소자의 시각 특성의 차이가 검토되었다.
도 2a는 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자의 시각 특성을 나타낸다. 도 2b는 비교를 위해서, 광학 부재(11)를 구비하지 않은 반사형 액정 표시 소자의 시각 특성을 나타낸다. 도 2a와 도 2b를 비교함으로써, 광학 부재(11)를 구비한 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자는 시각 특성이 개선되어 있음을 알 수 있다. 즉, 극각 「θ」이 약 40°보다 작을 때에 있어서의 반사율에 있어서, 도 2a의 본 실시예가 도 2b의 비교예보다 높은 반사율을 갖는다. 이것은, 반사율의 저하가 개선되고, 넓은 범위에 걸쳐서, 콘트라스트의 반전없이, 밝기를 유지할 수 있다고 하는 것을 보여주고 있다.
또, 상기 설명에 있어서는, 편광 필름(10)의 흡수축과 광학 부재(11)의 지상축이 이루는 각이, 90°또는 0°인 경우만 설명하였지만, 이 각도가 약 88°∼약 92°의 범위 또는 약 -2°∼약 +2°의 범위인 경우, 특히 우수한 상기 효과가 얻어진다.
또한, 상기 구성에 있어서, 광학 부재(11)로서 폴리 카보네이트의 고분자 필름이 이용되었지만, 폴리 아릴레이트 또는 폴리 술폰(polysulfone) 등의 재료가 사용 가능하고, 이 구성에 있어서도 마찬가지 효과가 얻어진다. 단, 광학 부재(11)의 재료는 이들에 한정되는 것이 아니라, 레타데이션 값이 약 50㎚∼약 500㎚의 범위에 있는 재료가 사용 가능하며, 이 경우에도 상기와 같은 우수한 효과가 얻어진다.
또, 본 실시예에서는, 액정 셀(1)에 있어서의 트위스트 각은 63°이지만, 트위스트 각은 이 값에 한정되는 것이 아니라, 약 40°∼약 90°의 범위인 것이 바람직하다. 이 경우에 상기와 같은 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시예에서는, 알루미늄을 증착시킨 금속 반사 전극을 이용하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, 은을 이용한 금속 반사 전극 등을 이용하더라도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
(전형적 실시예 2)
본 실시예의 반사형 액정 표시 소자의 구조에 있어서, 정면에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재(11)의 굴절율 「nx, ny, nz」이, 도 3a에 도시하는 바와 같이 「nx>ny≒nz」의 관계를 갖는다. 여기서, 「nx」는 「x」 방향의 굴절율이고, 「ny」는 「y」 방향의 굴절율이며, 「nz」는 「z」 방향의 굴절율이다. 「y」 방향이 광학 부재(11)의 면내 방향에 포함되어 있다. 그 밖의 구성은, 실시예 1의 도 1에 나타낸 구조와 마찬가지로서 자세한 설명을 생략한다.
이 광학 부재(11)를 「y」 방향에서 보았을 때의 굴절율 「nx」은, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 광학 부재(11)의 한쪽에서 5°틸트(tilt)각을 갖고, 반대측에서 90°의 틸트각을 가지며, 그리고 그 사이에 있어서의 굴절율은 연속적으로 경사지게 변화된다. 즉, 광학 부재(11)는 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 굴절율을 갖는다.
또, 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)에 있어서, 「y」 방향에서 보았을 때의 「nx」가, 광학 부재(11)의 한쪽에서 약 0°∼약 10°의 범위의 틸트각을 갖고, 광학 부재(11)의 반대측에서 약 60°∼약 90°의 틸트각을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 있어서, 상기와 같은 양호한 시각 특성이 얻어진다.
여기서, 수직 배향막을 형성한 유리 기판과, 일방향으로 회전 연마함으로써 배향성을 부여한 수평 배향막을 형성한 유리 기판이 서로 접착되고, 그 사이에 네마틱 액정이 주입됨으로써, 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)가 작성된다. 이 때, 정면에서 보았을 때의 레타데이션이 300㎚로 되도록 광학 부재(11)가 구성된다.
이렇게 해서 작성된 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)를 구비한 반사형 액정 표시 소자의 광학 특성이 측정되었다. 그 결과, 완전 확산 조명광을 이용한 측정에 의한 정면 특성에 있어서, 백의 Y값 환산에 있어서의 반사율이 19.5%이고, 콘트라스트가 15.9였다. 즉, 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)를 이용함으로써, 높은 광 이용율과 양호한 정면 특성을 갖는 반사형 액정 소자가 얻어진다는 것을 알았다. 또한, 액정층(1)이 하이브리드 배향 타입의 광학 부재(11)에 의해 보상되기 때문에, 색채 특성도 더욱 양호해진다는 것도 확인할 수 있었다.
또, 상기에서는, 광학 부재(11)로서, 포지티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재를 이용하였지만, 이하에 설명하는 바와 같이, 광학 부재(11)로서 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재를 이용한 액정 표시 소자도 상기와 마찬가지 효과를 얻는다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)의 굴절율 「nx, ny, nz」이 「nx≒ny>nz」의 관계를 갖는다. 여기서, 「nx」는 「x」 방향의 굴절율이고, 「ny」는 「y」방향의 굴절율이며, 「nz」는 「z」 방향의 굴절율이다. 「y」 방향이 광학 부재(11)의 면내 방향에 포함되어 있다. 또한, 이 광학 부재(11)를 「y」 방향에서 보았을 때의 굴절율 「nz」은, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 광학 부재(11)의 한쪽에서 5°의 틸트각을 갖고, 반대측에서 90°의 틸트각을 가지며, 이들 사이에 있어서의 굴절율은 연속적으로 경사지게 변화된다. 즉, 광학 부재(11)는 연속적으로 경사지게 변화하는 굴절율을 갖는다.
또, 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)에 있어서, 「y」 방향에서 보았을 때의 「nz」가, 광학 부재(11)의 한쪽에서 약 0°∼약 10°의 범위의 틸트각을 갖고, 광학 부재(11)의 반대측에서 약 60°∼약 90°의 틸트각을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 있어서, 양호한 시각 특성이 얻어진다.
또, 수직 배향막을 형성한 유리 기판과 일방향으로 회전 연마함으로써 배향성을 부여한 수평 배향막을 형성한 유리 기판을 접합하는 공정과, 그들 기판 사이에 원판 형상 액정(discotic liquid crystal)을 주입하는 공정에 의해, 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)를 이용한 액정 표시 소자가 작성된다. 이 때, 정면에서 보았을 때의 레타데이션이 300㎚로 되도록 광학 부재(11)가 작성된다.
이 네가티브형의 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)를 이용한 반사형 액정 소자의 광학 특성이 측정되었다. 그 결과, 완전 확산 조명광을 이용한 측정에 따른 정면 특성에 있어서, 백의 Y값 환산에서의 반사율이 19.4%이고, 콘트라스트가 16.0이었다. 즉, 네가티브형 하이브리드·틸트·타입의 광학 부재(11)를 이용한 반사형 액정 소자는, 높은 광 이용율과 양호한 정면 특성을 갖는다는 것을 알았다. 또한, 하이브리드 배향 타입의 광학 부재(11)에 의해 액정층(1)이 보상되기 때문에, 색채 특성도 더욱 양호해진다는 것을 확인할 수 있었다.
(전형적 실시예 3)
도 5는 본 발명의 실시예 3의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 산란 필름층(59)과 광학 보상층(52)과, 광학 부재(51)와, 편광 필름(50)이, 액정 셀(5)의 일측면에 이 순서대로 적층되어 있다. 또, 액정 셀(5)은 STN형의 액정 셀이다. 광학 부재(51)는 정면에서 보았을 때, 즉 법선 방향에서 보았을 때에 지상축을 갖는다.
액정 셀(5)은 상부 기판(53a)과 하부 기판(53b)을 구비하고 있다. 상부 기판(53a)에 컬러 필터층(54)과, 투명 전극(56)과, 배향층(55a)이 마련되어 있다. 하부 기판(53b)에 금속 반사 전극(58)과 배향층(55b)이 마련되어 있다. 상부 배향층(55a)과 하부 배향층(55b) 사이에 액정이 봉입됨으로써 액정층(57)이 설치된다. 또, 상부 기판(53a)과 하부 기판(53b) 중 적어도 상부 기판(53a)은 투명 기판이다.
상기 반사형 액정 표시 소자의 제조 공정에 대하여 설명한다.
상부 기판(53a)과 하부 기판(53b)으로서, SiO의 언더 코팅(under coating)을 실시한 소다 유리 기판이 이용된다. 우선, 상부 기판(53a)상에, 안료 분산 타입의 염료를 이용하여, 빨강, 초록, 파랑의 스트라이프 배열의 컬러 필터층(54)이 포토리소그래피에 의해 형성된다. 그 위에, 인듐 주석 옥사이드(ITO)를 이용하여 투명 전극(56)이 형성된다.
다음에, 하부 기판(53b)상에 300㎚ 두께의 티탄이 증착되고, 그 위에, 200㎚ 두께의 알루미늄이 증착된다. 이렇게 해서, 거울면(鏡面)의 금속 반사 전극(58)이 형성된다.
그리고, 투명 전극(56)과 금속 반사 전극(58)상에, 6중량%의 폴리 아미크산을 갖는 N-메틸-2필로티디논 용액이 인쇄되어, 250℃의 온도에서 경화된다. 그 후, 240℃의 온도에서, 레이온 천을 이용한 회전 연마법에 의한 배향 처리를 함으로써, 상부 배향층(55a)과 하부 배향층(55b)이 형성된다. 또, 트위스트 각은 약 220°∼약 260°의 범위인 것이 바람직하다.
다음에, 1.0중량%의 유리 화이버를 혼입한 열경화성 밀봉 수지(예컨대 스트랙트 본드: 미쯔이 도우아츠 화학 주식회사제)가 상부 기판(53a) 표면의 주변부에 인쇄된다. 유리 화이버는 7.0㎛의 직경을 갖는다. 또한, 6.0㎛의 직경을 갖는 수지 비즈가 기판(53b)상에 100∼200개/㎟의 비율로 살포된다. 그리고, 상부 기판(53a)과 하부 기판(53b)이 서로 접합되고, 밀봉 수지가 150℃의 온도에서 경화된다. 그 후, 액정이 이들 기판 사이에 진공 주입된다. 액정으로서는, 광학 이방성값 ΔnLC이 0.14인 에스테르계 네마틱 액정과 카이럴 액정의 혼합 액정이 사용되고, 카이럴 피치가 10㎛로 되도록 혼합 액정이 조제된다. 액정이 주입된 후, 그 주입구는 자외선 경화성 수지에 의해 봉구되고, 그리고, 이 수지는 자외선 광에 의해 경화된다.
이렇게 해서 형성된 액정 셀(5)의 상부 기판(53a)의 표면에, 산란 필름층(59)으로서의 등방성의 전방 산란 필름이 부착된다. 슈퍼 트위스트티드 네마틱(Super Twisted Nematic)의 색 보상을 위해서, 2장의 폴리 카보네이트 필름으로 이루어지는 광학 보상층(52)이 산란 필름층(59) 위에 부착된다. 또한, 정면에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재(51)로서의 폴리 카보네이트의 필름이 그 광학 보상층(52) 위에 첨부된다.
또한, 편광 필름(50)이 광학 부재(51) 위에 부착된다. 편광 필름(50)으로서는, 뉴트럴 그레이의 편광 필름(스미토모 화학 공업주식회사제 SQ-1852 AP)에 안티글레어(AG) 처리와 안티리플렉션(AR) 처리를 실시한 필름이 사용된다. 이 때, 편광 필름(50)의 흡수축과, 광학 부재(51)의 지상축이 이루는 각이 90°로 되도록 작성된다.
이상의 공정에 의해, 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자가 완성된다.
여기서, 비교를 위해서, 광학 부재(51)를 부착하지 않은 종래의 반사형 액정 표시 소자가 작성된다. 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자와 광학 부재(51)를 부착하지 않은 반사형 액정 표시 소자의 광학 특성이 측정되었다. 완전 확산 조명광을 이용한 측정에 의한 정면 특성에 있어서, 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자는, 백의 Y값 검산에 있어서의 반사율이 15.2%이고, 콘트라스트가 8.1이었다. 이에 반하여, 광학 부재(51)를 구비하지 않은 종래의 반사형 액정 표시 소자는, 백의 Y값 환산에 있어서의 반사율이 12.3%이고, 콘트라스트가 6.3이었다. 즉, 확산 조명과 같은 기울기 입사 광 성분이 많은 경우, 광학 부재(51)를 구비한 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자가, 종래의 액정 표시 소자보다도 높은 광 이용율과 양호한 정면 특성을 갖는다는 것을 알았다.
여기서, 수선 방향에서 보았을 때에 있어서의 광학 부재(51)의 레타데이션을 변화시킨 시료에 대하여 광학 특성을 조사하였다. 그 결과, 레타데이션이 약 50㎚∼약 500㎚의 범위일 때, 양호한 상기 특성이 얻어졌다. 특히, 레타데이션이 약 200㎚∼약 400㎚의 범위일 때에, 현저히 우수한 상기 효과가 얻어진다는 것을 알았다.
또한, 편광 필름(50)의 흡수축과, 광학 부재(51)의 폴리 카보네이트의 지상축이 이루는 각이 0°인 경우에도, 상기와 같이 양호한 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다.
또한, 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 산란 필름층(59)이 구비됨으로써, 주위 광의 집광에 의한 밝은 표시가 얻어진다. 또한, 이 산란 필름층(59)은 액정 셀(5)의 일측에만 마련되어 있기 때문에, 표시 화상의 희미함이나 불선명함이 억제된다. 또한, 산란 필름층(59)으로서 전방 산란 필름이 사용됨으로써, 광의 이용 효율이 더욱 향상된다. 또, 산란 필름층(59)으로서 이용되는 산란 필름은 후방 산란 특성이 거의 인정되지 않을 정도로 강한 전방 산란성을 갖는 것이 바람직하다.
또, 상기 설명에서는, 편광 필름(50)의 흡수축과 광학 부재(51)의 지상축이 이루는 각이 90° 및 0°인 경우만을 설명하였지만, 이 각도는 약 88°∼약 92°의 범위 또는 약 -2°∼약 +2°의 범위인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 있어서도 상기와 같은 효과가 얻어진다.
또한, 상기의 구성에서는, 광학 부재(51)로서 폴리 카보네이트의 고분자 필름이 이용되었지만, 광학 부재(51)로서 폴리 아릴레이트 또는 폴리 술폰 등의 재료가 사용 가능하고, 이 구성에도 상기와 마찬가지의 우수한 효과가 얻어진다. 단, 광학 부재(51)의 재료는 이들에 한정되는 것이 아니라, 약 50㎚∼약 500㎚의 범위의 레타데이션값을 갖는 재료가 사용 가능하며, 상기와 같은 우수한 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시예에 있어서, 금속 반사 전극으로서는 알루미늄 증착층이 사용되었지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 은을 이용한 금속 반사 전극이 사용 가능하며, 상기와 같은 우수한 효과가 얻어진다.
(전형적 실시예 4)
도 6은 본 발명의 실시예 4의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성을 나타내 는 단면도이다. 이 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 액정 셀(6)의 일측면에, 광학 보상층(62)과, 광학 부재(61)와, 편광 필름(60)이 이 순서대로 적층되어 있다. 또한, 액정 셀(6)의 반대측의 면에 확산 반사판(69)이 적층되어 있다. 광학 부재(61)는 정면에서 보았을 때, 즉 법선 방향에서 보았을 때에, 지상축을 갖는다.
액정 셀(6)은 투명한 상부 기판(63a)과 하부 기판(63b)을 구비하고 있다. 상부 기판(63a)에는 컬러 필터층(64)과, 투명 전극(66)과, 배향층(65a)이 마련되어 있다. 하부 기판(63b)에는 투명 전극(68)과 배향층(65b)이 마련되어 있다. 상부 배향층(65a)과 하부 배향층(65b) 사이에 액정이 봉입됨으로써, 액정층(67)이 마련되어 있다.
여기서, 상기 반사형 액정 표시 소자의 제조 공정에 대하여 설명한다.
상부 기판(63a)과 하부 기판(63b)으로서 무알칼리 유리 기판(예컨대 1737:코닝사제)이 이용된다. 우선, 상부 기판(63a)상에, 안료 분산 타입의 염료를 이용하여, 빨강, 초록, 파랑의 스트라이프 배열의 컬러 필터층(64)이 포토리소그래피에 의해 형성된다. 그 컬러 필터층(64) 위에, 인듐 주석 옥사이드(ITO)를 이용하여, 화소 전극으로서의 상부 투명 전극(66)이 형성된다. 또한, 하부 기판(63b) 상에도 마찬가지로 인듐 주석 옥사이드의 사용에 의해 하부 투명 전극(68)이 형성된다.
다음에, 상부 투명 전극(66) 및 하부 투명 전극(68) 위에, 5중량%의 폴리 이미드를 갖는 γ-부틸로락톤 용액이 인쇄되고, 그리고, 250℃의 온도에서 경화된다. 그 후, 6개의 트위스트 각을 실현하기 위해, 레이온 천을 이용한 회전 연마법에 의한 배향 처리가 행하여진다. 이렇게 하여, 상부 배향층(65a)과 하층(65b)이 형성된다. 또, 트위스트 각도는 약 40°∼약 90°의 범위인 것이 바람직하다.
그리고, 1.0중량%의 유리 화이버를 혼입한 열경화성 밀봉 수지(예컨대 스트랙트 본드: 미쯔이 도우아츠 화학 주식회사제)가 기판(63a) 표면의 주변부에 인쇄된다. 유리 화이버는 4.0㎛의 직경을 갖는다. 3.0㎛의 직경을 갖는 수지 비즈가 약 100∼약 200개/㎟의 비율로 상부 기판(63b) 위에 살포된다. 그리고, 상부 기판(63a)과 하부 기판(63b)이 서로 부착되고, 밀봉 수지는 150℃의 온도에서 경화된다. 그 후, 액정이 주입구로부터 진공 주입된다. 액정으로서는, 광학 이방성값 ΔnLC이 0.08인 불소 에스테르계 네마틱 액정과 카이럴 액정의 혼합물이 사용된다. 또, 그 혼합 액정은, 카이럴 피치가 80㎛로 되도록 조제된다. 액정의 주입이 완료된 후, 주입구가 자외선 경화성 수지에 의해 봉구되고, 그 후 이 수지는 자외선 광의 조사에 의해 경화된다. 이렇게 하여, 액정 셀(6)이 작성된다.
이렇게 해서 형성된 액정 셀(6)의 기판(63a) 위에 노멀리 화이트화를 위한 광학 보상층(62)이 부착된다. 광학 보상층(62)은 2장의 폴리 카보네이트 필름을 갖는다. 그 광학 보상층(62) 위에, 정면에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재(61)가 부착된다. 광학 부재(61)로서 폴리 카보네이트 필름이 사용된다.
또한, 그 광학 부재(61)상에 편광 필름(60)이 부착된다. 편광 필름(60)으로서는, 뉴트럴 그레이의 편광 필름(스미토모 화학 공업 주식회사제 SQ-1852 AP)에 안티글레어(AG) 처리와 안티리플렉션(AR) 처리를 실시한 필름이 사용된다. 이 때, 편광 필름(60)의 흡수축과 광학 부재(61)의 지상축이 이루는 각이 90°로 되도록 작성된다. 그리고, 하부 기판(63b)의 외측에 확산 반사판(69)으로서의 은의 확산 반사판이 설치된다.
이와 같이, 상부 기판(63a)과 하부 기판(63b)으로서 투명 기판이 사용되고, 그리고, 실시예 1 내지 실시예 3에서 사용된 금속 반사 전극 대신에 투명 전극(68)이 사용되고, 액정 셀(6)의 한 면에 확산 반사판(69)이 사용된 구성에 의해, 자연스러운 시각 특성 변화를 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어졌다. 또, 이 때, 시차의 영향에 의한 미세한 화상의 희미해짐 또는 불선명함이 나타났지만, 그 불선명함은 허용 범위내였다.
이 반사형 액정 표시 소자의 정면 특성을 측정하였다. 그 결과, 백의 Y값 환산의 반사율은 17.9%이고, 콘트라스트는 14.5로써, 양호한 광 이용율이 얻어졌다.
또한, 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자로부터 컬러 필터층(64)을 제외하여 제작하였다. 그 반사형 액정 표시 소자의 정면 특성에 있어서, 백의 Y값 환산에 있어서의 반사율은 33.7%이고, 콘트라스트가 14.1이었다. 즉, 컬러 필터층을 갖지 않는 흑백 표시의 반사형 액정 표시 소자에 있어서는, 백 표시의 반사율이 특히 높기 때문에, 밝은 화상을 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어졌다.
또한, 확산 반사판(69)을 하부 기판(63b) 아래에 설치할 때에, 점착제로 완전히 접착하지 않고, 확산 반사판(69)과 하부 기판(63b) 사이에 공기층이 존재하는 구성을 갖는 표시 소자를 작성하였다. 이 구성에 있어서, 수지의 굴절율(약 1.6)과 공기의 굴절율(1.0)의 차에 의해서 확산 효과의 확대가 발생되고, 그 때문에, 보다 자연스러운 시각 특성을 갖는 액정 표시 장치가 얻어짐을 확인할 수 있었다.
또, 본 실시예에서는 확산 반사판(69)으로서 은을 이용하였지만, 확산 반사판(69)으로서 알루미늄이 사용된 구성도 가능하며, 상기와 마찬가지의 우수한 효과가 얻어짐을 확인하였다.
또한, 상기의 설명에서는, 편광 필름(60)의 흡수축과, 광학 부재(61)의 지상축이 이루는 각이 90°인 경우만을 설명하였지만, 이 각도는 약 88°∼약 92°의 범위 또는 약 -2°∼약 +2°의 범위인 것이 바람직하고, 이 경우에 있어서도 상기와 같은 우수한 효과가 얻어진다.
또한, 상기 구성에서는, 광학 부재(61)로서 폴리 카보네이트의 고분자 필름이 이용되었지만, 광학 부재(61)로서 폴리 아릴레이트, 폴리 술폰 등의 재료를 이용하는 것도 가능하며, 상기와 마찬가지 효과가 얻어진다. 단, 광학 부재(61)의 재료는 이들에 한정되는 것이 아니라, 조건을 만족하는 레타데이션 값을 갖는 그 밖의 재료를 이용할 수 있다.
(전형적 실시예 5)
도 7은 본 발명의 실시예 5의 반사형 액정 표시 소자의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 7의 반사형 액정 표시 소자에 있어서, 광학 보상층(72)과, 광학 부재(71)와 편광 필름(70)이, 액정 셀(7)의 일측면에 이 순서대로 적층되어 있다. 광학 부재(71)는 정면에서 보았을 때, 즉 법선 방향에서 보았을 때에 지상축을 갖는다.
액정 셀(7)은 상부 기판(73a)과 하부 기판(73b)을 구비하고 있다. 상부 기판(73a)에는 컬러 필터층(74)과, 투명 전극(76)과, 배향층(75a)이 마련되어 있다. 하부 기판(73b)에는 금속 반사 전극(78)과 배향층(75b)이 마련되어 있다. 상부 배향층(75a)과 하부 배향층(75b) 사이에 액정이 봉입됨으로써, 액정층(77)이 마련되어 있다. 또, 상부 기판(73a)과 하부 기판(73b) 중 적어도 기판(73a)은 투명하다.
또한, 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자는 비선형 스위칭 소자를 갖고, 액티브 구동된다. 금속 반사 전극(78)이 콘택트 홀(85)을 거쳐서 평탄화막(84)의 아래의 박막 트랜지스터(TFT) 소자(82)와 도통하고 있다. 박막 트랜지스터 소자(82)는 비선형 스위칭 소자로서의 기능을 갖는다. 또, 박막 트랜지스터 소자(82)는 게이트 전극(80)과, 소스 전극(81)과, 드레인 전극(83)을 갖는다.
여기서, 상기 반사형 액정 표시 소자의 제조 공정에 대하여 설명한다.
상부 기판(73a)과 하부 기판(73b)으로서는 무알칼리 유리 기판(예컨대 1737:코닝사제)이 이용된다. 우선, 상부 기판(73a)상에 안료 분산 타입의 염료를 이용하여, 빨강, 초록, 파랑의 스트라이프 배열의 컬러 필터층(74)이 포트리소그래피에 의해 형성된다. 그 컬러 필터층(74) 위에, 인듐 주석 옥사이드(ITO)에 의해 화소 전극으로서의 투명 전극(76)이 형성된다.
또한, 알루미늄 및 탄탈로 이루어지는 게이트 전극(80)과, 티탄 및 알루미늄으로 이루어지는 소스 전극(81)과, 드레인 전극(83)이, 하부 기판(73b)상에 주지의 방법에 의해 매트릭스 형상으로 배치된다. 이렇게 하여, 게이트 전극(80)과 소스 전극(81)의 교차부의 각각에, 비정질 실리콘으로 이루어지는 TFT 소자(82)가 형성된다.
TFT 소자(82)를 형성한 하부 기판(73b)의 전체 면에, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지(예컨대, FVR:후지 약품 공업 주식회사제)가 도포되고, 평탄화막(84)이 형성된다. 그리고, 소정의 포토 마스크를 이용하여, 자외선이 조사되고, 드레인 전극(83)상에 콘택트 홀(85)이 형성됨과 동시에 평탄화막(84)의 표면이 요철 형상으로 형성된다.
그리고, 그 평탄화막(84) 위에 300㎚ 두께의 티탄이 증착되고, 그 티탄 위에 200㎚ 두께의 알루미늄이 증착된다. 이렇게 하여, 표면의 평균 경사각이 3°∼12°로 되는, 확산(산란) 반사 타입의 금속 반사 전극(78)이 형성된다.
다음에, 투명 전극(76) 및 금속 반사 전극(78) 위에, 5중량%의 폴리 이미드를 갖는 γ-부틸로락톤 용액이 인쇄되고, 250℃의 온도에서 경화된다. 그 후, 레이온 천을 이용한 회전 연마법에 의해 배향 처리가 실행된다. 이렇게 하여, 6개의 트위스트 각을 갖는 상부 배향층(75a)과 하부 배향층(75b)이 형성된다. 또, 트위스트 각은 이 값에 한정되는 것이 아니라, 약 40°∼약 90°의 범위에 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상부 기판(73a)의 표면의 주변부에, 1.0중량%의 유리 화이버를 혼입한 열경화성 밀봉 수지(예컨대 스트랙트 본드: 미쯔이 도우아츠 화학 주식회사제)가 인쇄된다. 유리 화이버는 4.0㎛의 직경을 갖는다. 하부 기판(73b) 위에, 3.0㎛의 직경의 수지 비즈가 약 100∼약 200개/㎟의 비율로 살포된다. 상부 기판(73a)과 하부 기판(73b)이 서로 부착되고, 그리고, 밀봉 수지가 150℃에서 경화된다. 그 후, 액정이 주입구로부터 진공 주입된다. 이 액정으로서, 광학 이방성값 ΔnLC이 0.08인 불소 에스테르계 네마틱 액정과 카이럴 액정의 혼합 액정이 사용된다. 혼합 액정은, 카이럴 피치가 80㎛로 되도록 조제된다. 액정의 주입이 완료된 후, 주입구는 자외선 경화성 수지에 의해 봉구되고, 그 후, 이 수지는 자외선 광의 조사에 의해 경화된다.
노멀리 화이트화를 위해서, 광학 보상층(72)이 상부 기판(73a) 위에 부착된다. 광학 보상층(72)은 2장의 폴리 카보네이트 필름으로 구성된다. 그 광학 보상층(72) 위에, 정면에서 보았을 때에 지상축을 갖는 광학 부재(71)로서, 폴리 카보네이트의 필름이 부착된다.
또한, 편광 필름(70)이 광학 부재(71) 위에 부착된다. 편광 필름(70)으로서는, 뉴트럴 그레이의 편광 필름(스미토모 화학 공업 주식회사제 SQ-1852 AP)에 안티글레어(AG) 처리와 안티리플렉션(AR) 처리를 실시한 필름이 사용된다. 이 때, 편광 필름(70)의 흡수축과, 광학 부재(71)의 폴리 카보네이트의 지상축이 이루는 각이 90°로 되도록 작성된다.
이상의 공정에 의해 본 실시예의 반사형 액정 표시 소자가 완성된다.
이 반사형 액정 표시 소자의 광학 특성은, 실시예 1의 구성을 액티브 구동한 구성에 상당하고, 이 구성에 의해, 64 계조의 풀 컬러 표시가 얻어진다. 평탄화막(84) 위에 확산(산란) 타입의 금속 반사 전극(78)이 설치된 구성에 의해, 97%의 개구율이 얻어진다. 또한, 표시 소자의 정면 특성에 있어서, 백의 Y 값 환산에 있어서의 반사율이 19.2%이고, 콘트라스트가 15.9로서, 양호한 광 이용율이 얻어졌다.
또, 상기 설명은, 편광 필름(70)의 흡수축과, 광학 부재(71)의 지상축이 이루는 각이 90°인 경우만을 설명하였지만, 이 각도는 약 88°∼약 92°의 범위 또는 약 -2°∼약 +2°의 범위인 것이 바람직하고, 이 구성에 있어서, 상기와 같은 우수한 효과가 얻어진다.
또한, 상기의 구성에서는, 광학 부재(71)로서, 폴리 카보네이트의 고분자 필름을 이용하였지만, 이밖에 폴리 아릴레이트, 폴리 술폰 등의 재료를 이용하는 것도 가능하며, 마찬가지 효과가 얻어진다. 또한, 광학 부재(71)의 재료는 이들에 한정되는 것이 아니라, 레타데이션 값이 조건을 만족하는 다른 재료를 이용할 수 있다.
전술한 모든 실시예에 있어서, 또한, 한쪽 기판에 TFT 등의 비선형 소자를 설치한 구성에 의해 액티브 구동의 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다. 또한 비선형 소자로서는, 비정질 실리콘의 TFT에 한정되지 않고, 2 단자 소자(MIM 또는 박막 다이오드 등)나, 폴리 실리콘의 TFT 등이 사용 가능하며, 이 구성에 있어서도 상기와 마찬가지 효과가 얻어진다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 반사형 액정 표시 소자에 의해, 넓은 시각 특성을 가짐과 동시에, 또한 외광의 조건의 변화에 대하여도 일정 이상의 광 이용율을 확보할 수 있는 밝기를 갖는 반사형 액정 표시 소자가 얻어진다.

Claims (29)

  1. 상부 기판과, 하부 기판과, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 설치된 액정층을 갖는 액정 셀과,
    상기 액정 셀의 상기 상부 기판 쪽에 배치된 편광 필름과,
    상기 액정 셀의 상기 하부 기판 쪽에 배치된 광 반사 수단과,
    상기 편광 필름과 상기 액정 셀 사이에 배치되고, 법선 방향으로부터 보았을 때에 지상축(retardation axis : 遲相軸)을 갖는 광학 부재
    를 구비하되,
    상기 광학 부재는, 그 한쪽으로부터 반대측에 걸쳐 연속적으로 변화하는 굴절율을 갖는 하이브리드·틸트·타입의 굴절율을 갖고,
    상기 편광 필름의 흡수축과 상기 광학 부재의 지상축이 이루는 각이, 88°로부터 92°까지의 범위에 있는 것
    을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션값(retardation value)이 50㎚로부터 500㎚까지의 범위에 있는 반사형 액정 표시 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 법선 방향에 대한 레타데이션값이 200㎚로부터 400㎚까지의 범위에 있는 반사형 액정 표시 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재가 고분자 필름인 반사형 액정 표시 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재가, 폴리 카보네이트, 폴리 아릴레이트 및 폴리 술폰(polysulfone)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자 필름을 갖는 반사형 액정 표시 소자.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재가 하이브리드·틸트·타입을 갖고,
    상기 광학 부재가 「x」 방향의 굴절율 「nx」, 「y」 방향의 굴절율 「ny」, 및 「z」 방향의 굴절율 「nz」을 가지며,
    상기 「y」 방향이 상기 광학 부재의 면내 방향에 포함되고,
    「nx>ny≒nz」의 관계가 있으며,
    상기 광학 부재를 상기 「y」 방향에서 보았을 때의 「nx」가,
    상기 광학 부재의 한쪽에서 0°∼10°의 범위의 틸트각을 갖고,
    상기 광학 부재의 반대측에서 60°∼90°의 범위의 틸트각을 가지며,
    상기 한쪽으로부터 상기 반대측의 사이에서 연속적으로 틸트 변화되는
    반사형 액정 표시 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학 부재는,
    수직 배향 처리된 제 1 기재(其材)와,
    수평 배향 처리된 제 2 기재와,
    상기 제 1 기재와 상기 제 2 기재 사이에 설치된 네마틱 액정을 갖는
    반사형 액정 표시 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재가 하이브리드·틸트·타입을 갖고,
    상기 광학 부재가 「x」 방향의 굴절율 「nx」, 「y」 방향의 굴절율 「ny」, 및 「z」 방향의 굴절율 「nz」을 가지며,
    상기 「y」 방향이 광학 부재의 면내 방향에 포함되고,
    「nx≒ny>nz」의 관계가 있으며,
    상기 광학 부재를 상기 「y」 방향에서 보았을 때의 「nz」가,
    상기 광학 부재의 한쪽에서 0°∼10° 범위의 틸트각을 갖고,
    상기 광학 부재의 반대측에서 60°∼90° 범위의 틸트각을 가지며,
    상기 한쪽과 상기 반대측 사이에서 연속적으로 틸트 변화되는
    반사형 액정 표시 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광학 부재는,
    수직 배향 처리된 제 1 기재와,
    수평 배향 처리된 제 2 기재와,
    상기 제 1 기재와 상기 제 2 기재 사이에 설치된 디스코틱 액정을 구비한
    반사형 액정 표시 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 네마틱 액정을 포함하는 반사형 액정 표시 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 네마틱 액정을 포함하고,
    상기 액정 셀이 40°∼90° 범위의 트위스트 각을 갖는 트위스티드·네마틱 액정 셀인
    반사형 액정 표시 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 네마틱 액정을 포함하고,
    상기 액정 셀이 220°∼260° 범위의 트위스트 각을 갖는 슈퍼·트위스티드·네마틱 액정 셀인
    반사형 액정 표시 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재와 상기 액정 셀 사이에 설치된 광학 보상 부재를 더 구비한 반사형 액정 표시 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학 보상 부재가 1장 이상의 고분자 필름을 갖는 반사형 액정 표시 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 기판측에 설치된 산란 필름을 더 구비한 반사형 액정 표시 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 산란 필름이 전방 산란 필름인 반사형 액정 표시 소자.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사 수단이 금속 반사 전극인 반사형 액정 표시 소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 반사 전극이 알루미늄 및 은으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 반사형 액정 표시 소자.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 반사 전극은 거울면 형상의 표면을 갖는 반사형 액정 표시 소자.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사 수단이 금속 반사 전극이고,
    상기 금속 반사 전극은 그 표면에 산란막을 갖는
    반사형 액정 표시 소자.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 반사 전극은 입사광을 확산 반사시키는 확산 반사면의 표면을 갖는 반사형 액정 표시 소자.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 반사 전극은 입사광을 확산 반사시키는 확산 반사면의 표면을 갖고,
    상기 확산 반사면은 평균 경사각 3°∼12°의 범위의 요철을 갖는
    반사형 액정 표시 소자.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판이 투명 기판이고,
    상기 광 반사 수단이 상기 하부 기판의 외측에 배치된 광 반사판인
    반사형 액정 표시 소자.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 광 반사판이 확산 반사판인 반사형 액정 표시 소자.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판이 투명 기판이고,
    상기 광 반사 수단이 상기 하부 기판의 외측에 배치된 광 반사판이며,
    상기 투명 기판과 상기 광 반사판 사이에 공기층이 개재되는
    반사형 액정 표시 소자.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 기판측에 설치된 컬러 필터를 더 구비한 반사형 액정 표시 소자.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판측에 설치된 비선형 소자를 더 구비한 반사형 액정 표시 소자.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판측에 설치된 비선형 소자와,
    상기 비선형 소자 위에 설치된 절연성의 평탄화막을 더 구비하며,
    상기 광 반사 수단은 금속 반사 전극을 갖고,
    상기 평탄화막은 상기 비선형 소자와 상기 금속 반사 전극에 도통된 콘택트 홀을 갖는
    반사형 액정 표시 소자.
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