KR100741609B1

KR100741609B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100741609B1
Application number: KR1020077004835A
Authority: KR
Inventors: 게이지 가시마
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2007-07-23
Also published as: KR20010031084A; US20080143931A1; US7623201B2; US6891584B1; US7405780B2; US7932971B2; US20070153164A1; KR20070041602A; US20080002108A1; US20050185117A1; US7206041B2; KR100730433B1; WO2000025176A1; EP1074875A1; EP1074875A4; TW495638B

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 액정표시장치(10)는 광원장치(12)에서의 무편광광을 직선편광분리층(14)을 통해 액정셀(16)에 입사시키고, 액정셀(16)은 전계의 인가에 따라 방향자의 방향을 변화시키고, 입사직선편광광의 전장진동 벡터의 방향을 실질적으로 0∼90도까지 변화시키고, 표면의 2색성 직선편광층(18)에 입사하여 그 편광투과축과 일치하는 성분만 외측으로 출사할 수 있도록 하고, 2색성 직선편광층(18)은 이것에 입사하는 외광 중 50%를 투과하고 나머지를 흡수하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 실시형태의 제 1 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 2는 각종 편광의 관계를 설명하기 위한 푸앵카레구(Poincare球)를 나타낸 선도,

도 3은 타원편광을 기술하기 위한 기호와 타원편광의 단면을 나타낸 선도,

도 4는 동일 액정표시장치에 있어서 액정셀을 확대하여 나타낸 단면도,

도 5는 동일 액정셀에 있어서 액정의 방향자의 방향을 나타낸 확대 단면도,

도 6은 동일 전계를 인가한 경우의 액정의 방향자를 나타낸 확대 단면도,

도 7은 상기 액정표시장치에서의 암(暗)표시 기능을 나타내는 도 1과 동일한 형태의 단면도,

도 8은 본 발명의 실시형태의 제 2 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 9는 동일 액정표시장치에서의 암표시의 경우를 나타낸 도 7과 동일한 형태의 단면도,

도 10은 본 발명의 실시형태의 제 3 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 11은 동일 액정표시장치에서의 암표시의 경우를 나타낸 도 10과 동일한 형태의 단면도,

도 12는 동일 실시형태의 제 4 예에 관련된 액정표시장치를 나타낸 도 6과 동일한 형태의 단면도,

도 13은 동일 액정표시장치에서의 암표시의 경우를 나타낸 도 12와 동일한 형태의 단면도,

도 14는 본 발명의 실시형태의 제 5 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 15는 동일 액정표시장치에 있어서 액정셀을 확대하여 나타낸 단면도,

도 16은 동일 액정표시장치의 암표시의 상태를 나타낸 개략 단면도,

도 17은 본 발명의 실시형태의 제 6 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 18은 동일 액정표시장치의 암표시의 상태를 나타낸 개략 단면도,

도 19는 동일 실시형태의 제 7 예에 관련된 액정표시장치를 나타낸 도 14와 동일한 형태의 단면도,

도 20은 동일 실시형태의 제 8 예에 관련된 액정표시장치를 나타낸 도 14와 동일한 형태의 단면도,

도 21은 본 발명의 실시형태의 제 9 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 22는 동일 액정표시장치에 있어서 액정셀을 확대하여 나타낸 단면도,

도 23은 도 21의 액정표시장치에 있어서 암표시의 상태를 나타낸 개략 단면도,

도 24는 본 발명의 실시형태의 제 10 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 25는 액정표시장치에 있어서 암표시의 상태를 나타낸 도 24와 동일한 형태의 단면도,

도 26은 본 발명의 실시형태의 제 11 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 27은 본 발명의 실시형태의 제 12 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도,

도 28은 동일 액정표시장치에 있어서 액정셀을 확대하여 나타낸 단면도,

도 29는 동일 액정표시장치에서의 암표시의 기능을 나타낸 도 27과 동일한 형태의 단면도,

도 30은 본 발명의 실시형태의 제 13 예에 관련된 액정표시장치의 요부를 분해하여 나타낸 개략 단면도, 및

도 31은 종래의 액정표시장치를 나타낸 도 1과 동일한 형태의 단면도이다.

본 발명은 한쪽 편광성분을 투과하고, 다른쪽 편광성분을 흡수하는 2색성 편 광층, 한쪽 편광성분을 투과하고, 다른쪽 편광성분을 반사하는 편광분리층 및 전계에 의해 지연(retardation)값 또는 액정 방향자(director)가 변화하는 액정셀을 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 편광판에 광을 투과시키는 것에 의해 얻을 수 있는 편광광을 액정층에서 변조하는 것이고, 예를 들면 도 31에 나타낸 바와 같이, 종래의 대표적인 액정표시장치(1)는 광원장치(2)로부터 출사된 광을 광흡수 타입의 2색성 직선편광판(3)에 입사시키고, 여기에서 얻을 수 있는 직선편광광을 액정셀(4)에 입사시키도록 하고 있다.

이 액정표시장치(1)에서는 상기 액정셀(4)에 입사하고, 이것을 통과한 편광광이 액정셀(4)에 설치되어 있는 전극에 전압을 인가하고, 셀 내의 액정층을 전계에 의해 변화시키는 것에 의해 변조되거나 또는 무전계에서 변조되지 않고, 액정셀(4)에서 출사하고, 그 바깥쪽에 배치된 광흡수 타입의 2색성 직선편광판(5)에 의해 특정방향의 편광광만이 투과되도록 되어 있다.

상기 광흡수타입의 2색성 직선편광판(3, 5)은 투과축방향의 편광광을 투과하고, 투과축과 직교방향의 편광광의 대부분을 흡수하는 것이고, 따라서 광원장치(2)로부터 출사된 광(무편광광)의 약 50%가 2색성 직선편광판(3)에서 흡수되고, 이 때문에, 액정표시장치(1) 전체의 광의 이용효율이 저하하고, 액정화면에 있어서 충분한 밝기를 얻기 위해서는 보다 많은 광원광을 2색성 직선편광판(3)에 입사시킬 필요가 있었다.

그러나, 이와 같이 광원장치(2)의 광출사량을 증대하면, 소비전력이 증대할 뿐만 아니라, 광원장치(2)의 발광량도 증대하여 액정셀(4)에 있어서 액정에 악영향을 주는 문제점이 생긴다.

이에 대해 예를 들면 일본 특표평 4-502524호 공보 및 일본 특개평 6-130424호 공보 등에 개시된 바와 같이 광원에서의 무편광광을 콜레스테릭 액정층을 이용하여 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향의 원편광광을 투과 또는 반사하는 것에 의해 분리하고, 투과한 한쪽 선회방향의 원편광광을 액정셀에 입사시키고, 반사된 다른쪽 선회방향의 원편광판은 반사판에 의해 반사시키고, 선회방향을 반대로 하여 콜레스테릭 액정층을 투과시켜 광이용효율을 향상시키는 액정표시장치가 제안되고 있다.

또, 일본 특표평 9-506985호 공보에 개시된 바와 같이, 광원에서의 무편광광을 연신(延伸)다층필름을 이용하여 투과 또는 반사에 의해 2개의 직선편광광으로 분리하고, 투과한 한쪽 직선편광광을 액정셀에 입사하고, 반사된, 상기와 직교방향의 직선편광광을 반사판에 의해 편광방향을 전환하고나서, 다시 연신다층필름에 인도하여 광이용효율을 향상시키도록 한 액정표시장치가 제안되어 있다.

상기 일본 특표평 4-502524호 공보 및 상기 일본 특개평 6-130424호 공보에 개시된 액정표시장치에 있어서 액정층은 전계가 인가되지 않을 때에 광의 위상을 π(λ/2) 또는 π/2(λ/4)만 시프트하고, 전계가 인가될 때에는 광의 위상을 시프트하지 않도록 한 것이고, 이 액정층에서 출사한 광은 바깥쪽에 배치된 원편광판에 입사하고, 여기에서 그 입사광의 편광정도에 따라 투과되거나 또는 반사되도록 되어 있다.

또, 상기 일본 특표평 9-506985호 공보에 개시된 액정표시장치에 있어서는 연신다층필름을 투과한 한쪽 직선편광광을 액정셀에 입사시킨 것인데, 그 액정층의 지연에 대해서는 개시가 없다.

상기 일본 특표평 4-502524호 공보 및 일본 특개평 6-130424호 공보에 개시된 액정표시장치는 다음과 같은 이유에 의해 액정 디스플레이의 시인성의 극도한 악화, 대폭적인 콘트라스트의 저하가 있어 표시품질이 불충분하다는 문제점이 있었다.

즉, 상기 일본 특개평 4-502524호 공보의 액정표시장치에 있어서는 액정층의 바깥쪽에 배치되고, 외부에서 직접 시인되는 원편광판이 파장선택 반사성이 낮은 피치·콜레스테릭 도포막으로 이루어지기 때문에, 이 원편광판에 입사한 외광의 약 50%가 반사되고, 이것이 관찰자의 눈에 직접 들어와 시인성이 극도로 저하된다.

마찬가지로, 상기 일본 특개평 6-130424호 공보의 액정표시장치에 있어서도 외부에서 직접 시인되는 색선택층이 예를 들면 콜레스테릭 액정으로 이루어지는 원편광판이고, 이것도 상기와 같이 입사한 외광의 약 50%가 직접 반사되어 시인성이 극도로 저하되어 버린다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 간단한 구성으로서 외광에 기인하는 시인성의 악화 및 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없고, 특히 투과형 액정표시장치인 경우는 광의 이용효율을 대폭 향상할 수 있고, 반사형 액정표시장치인 경우는 높은 콘트라스트이고, 또한 액정층에 의한 복굴절을 이용한 컬러화가 가능한 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 청구항 1과 같이 방향자의 방향 오른쪽 또는 왼쪽의 선회방향 한쪽의 원편광성분을 투과하고, 다른쪽의 원편광성분을 반사하는 기능 및 한쪽의 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 기능 내의 한쪽 기능을 갖는 광흡수형의 2색성 편광층과, 투과하는 광의 위상을 시프트하는 액정층 및 이 액정층에 전계를 인가하는 전극을 포함하여 이루어지고, 상기 2색성 편광층을 투과하여 입사하는 원편광광 또는 직선편광광의 한쪽을 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 다른쪽으로 변환하거나, 또는 변환하지 않고, 원편광광으로 출사할 때는 그 타원율을 변화시키는 기능, 직선편광광으로 출사할 때는 그 편광축의 방향을 변화시키는 기능의 한쪽 기능을 갖는 액정셀과, 입사광 중, 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향의 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 반사하는 기능 및 입사광 중의 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 기능 내의 한쪽 기능을 갖는 편광분리층을 관찰측에서 이 순서로 배치하여 이루어지고, 상기 2색성 편광층 및 편광분리층의 한쪽 측에서 광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치에 의해 상기 목적을 달성하는 것이다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 2색성 원편광층으로 되고, 상기 액정셀은 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖는 액정층을 포함하여 이루어지고, 입사하는 원편광광을 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 직선편광광으로 변환하고, 또 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변화시키고, 이것에 의해 상기 직선편광광의 편광축을 변화시키도록 이루어지며, 상기 편광분리층은 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀에서의 액정의 방향자의 방향을 입사직선편광의 전장벡터 방향을 기준으로 하여 실질적으로 -45∼45도까지 변화시키도록 상기 전극간의 전압을 제어하는 회로를 설치하도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사광 중, 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 2색성 원편광층으로 되고, 상기 액정셀은 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 작용을 갖게 이루어지고, 상기 편광분리층은 입사하는 원편광광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 반사하는 원편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 2색성 원편광층으로 되고, 상기 액정셀은 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 입사하는 직선편광광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트하는 작용을 갖게 이루어지고, 상기 편광분리층은 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반 사하는 직선편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 2색성 직선편광층으로 되고, 상기 액정셀은 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖는 액정층을 포함하여 이루어지고, 입사하는 직선편광광을 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 원편광광으로 변환하고, 또 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변화시키고, 이것에 의해 상기 원편광광의 타원율을 변화시키도록 이루어지고, 상기 편광분리층은 입사한 광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 반사하는 원편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀에서의 액정의 방향자 방향을 2색성 직선편광층의 광투과축을 기준으로 하여 실질적으로 -45∼45도 까지 변화시키도록 상기 전극간의 전압을 제어하는 회로를 설치하도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 2색성 직선편광층으로 되고, 상기 액정셀은 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 입사하는 직선편광광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 작용을 갖게 이루어지고, 상기 편광분리층은 입사한 직선편광광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 2색성 직선편광층이 되고, 상기 액정셀은 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트하는 작용을 갖게 이루어지고, 상기 편광분리층은 입사한 광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 반사하는 원편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀은 그 액정층이 2장의 기판에 끼워지고, 상기 전극이 상기 액정층을 사이에 두고 상기 2장의 기판에 배치되고, 상기 전극에 전압을 인가할 때, 액정층 내의 액정분자의 상기 기판면에 대한 각도가 변화하는 모드이고, 이것에 의해 상기 액정의 지연값을 변화시키도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 2색성 편광층은 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 2색성 직선편광층으로 되고, 상기 액정셀은 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π 시프트시키는 지연값을 갖는 액정층을 포함하여 이루어지고, 입사하는 직선편광광을 상기 액정층에 상기 전극에서 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변화시키고, 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 상기 직선편광과 직교하는 방향의 또 한쪽 직선편광광까지의 직선편광으로 변환하도록 이루어지고, 상기 편광분리층은 입사한 직선편광광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층으로 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀에 있어서 액정의 방향자의 방향을 실질적으로 0∼45도까지 변화시키도록 상기 전극간의 전압을 제어하는 회로를 설치하도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀은 그 액정층이 2장의 기판에 끼워지고, 상기 전극이 한쪽 기판 상에 형성되고, 상기 전극에 전압을 인가할 때의 전계방향이 상기 기판면과 실질적으로 평행한 부분을 갖고, 액정층 내의 대부분의 액정분자의 방향이 상기 기판면과 실질적으로 평행한채로 회전하는 모드가 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 원편광분리층을 콜레스테릭 액정층으로 이루어지는 선광(旋光)선택층으로 구성해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 원편광분리층을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖는 위상차층과, 복굴절성을 갖는 필름을 3층 이상으로 적층하여 이루어지고, 각 층의 평면내에서 서로 수직인 진동방향을 가진 2개의 광 중에서 한쪽 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차와, 다른쪽 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차가 다르도록 한 평면형상 다층구조로 구성하고, 상기 평면형상 다층구조를 투과 또는 반사한 직선편광이 원편광으로 변환되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 직선편광분리층을 복굴절성을 갖는 필름을 3층 이상으로 적층하여 이루어지는 평면형상 다층구조로 하고, 각층의 평면내에서 서로 수직인 진동방향을 가진 2개의 광 중에서 한쪽 광에 대한 두께방향으로 인 접하는 층간에 있어서 굴절율의 차와, 다른쪽 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차가 다르도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 직선편광분리층을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖는 위상차층과, 콜레스테릭 액정층으로 이루어지는 선광선택층으로 구성하고, 상기 콜레스테릭 액정층을 투과 또는 반사한 원편광이 직선편광으로 변환되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀과 상기 직선편광분리층과의 사이에 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 보조2색성 직선편광층을 설치하도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 액정셀과 상기 원편광분리층과의 사이에 입사광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 보조 2색성 원편광층을 설치하도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 편광분리층의 상기 액정셀과 반대측에 광원을 배치하고, 이 광원광이 상기 편광분리층을 거쳐 상기 액정셀에 입사하는 투과형이 되도록 해도 좋다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 편광분리층의 상기 액정셀과 반대측에 이 편광분리층을 투과한 광을 흡수하는 광흡수층을 설치하여 반사형이 되도록 해도 좋다.

본 발명에 있어서는 외부에서 시인되는 표기면에 광흡수 타입의 2색성 편광판을 이용하는 동시에, 이 2색성 편광판에 맞추어 액정층의 지연값 또는 액정의 방 향자의 변화를 선택하고, 이것에 의해 광이용효율을 저하시키지 않고, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하, 시인성의 악화를 방지하고, 또 액정층의 복굴절을 이용하는 것에 의해 콘트라스트가 양호한 컬러액정표시장치를 얻을 수도 있다.

이하 본 발명의 실시형태의 예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시형태의 제 1 예에 관련된 액정표시장치(10)는 무편광광을 출사하는 광원(12), 이 광원(12)에서 출사되는 광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향의 한쪽 (타)원편광성분을 투과하고, 다른쪽 (타)원편광성분을 반사하는 원편광분리층(14), 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트하는 지연값을 갖는 액정층(22)(도 4 참조) 및 이 액정층(22)에 전계를 인가하는 화소전극(24A, 24B)을 포함하여 이루어지고, 상기 원편광분리층(14)을 투과하여 입사하는 원편광광을 상기 원편광분리층(14)과 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 직선편광광으로 변환하고, 또 상기 액정층(22)에 상기 화소전극(24A, 24B)에서 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변화시키고, 이것에 의해 상기 직선편광광의 편광축을 변화시키는 액정셀(16) 및 이 액정셀(16)의 상기 원편광분리층(14)과 반대측에 배치되고, 액정셀(16)을 투과한 상기 직선편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 직선편광층(18)을 구비하여 구성되어 있다.

도 1에 있어서 「←→」, 「·」는 각각 직선편광의 전장진동 벡터를 나타내고 있고, 「←→」는 지면면내방향, 「·」는 지면에 수직인 방향이다. 또, 「R」, 「L」은 각각 우선원편광, 좌선원편광을 나타내고 있다.

상기 광원장치(12)의 배면(도 1에 있어서 하측면)에는 반사층(12A)이 형성되 어 있다. 반사층(12A)은 광원장치(12)로부터 출사하고, 원편광분리층(14)에 있어서 반사된 편광성분을 다시 원편광분리층(14) 방향으로 반사하고, 이 때 원편광성분의 위상을 반전시키거나 또는 무편광의 상태로 하여 원편광분리층(14)을 투과할 수 있도록 하고 있다.

상기 원편광분리층(14)은 예를 들면 콜레스테릭 액정층으로 구성되고, 또 상기 광흡수 타입의 2색성 직선편광층(18)은 투과축방향의 편광광을 투과하고, 투과축과 직교하는 방향의 편광광의 대부분을 흡수하는 것이고, PVA(폴리비닐알콜) 필름을 요오드화칼륨옥소수용액에 담그고, 다음에 PVA 필름을 붕산수용액 중에서 한방향으로 연신(延伸)하는 것에 의해 PVA필름에 흡수된 옥소의 분자를 한 방향으로 배열하여 보호필름을 라미네이트(laminate)한 소위 요소계 편광판이나, 염료계 편광판 등의 2색성의 편광재로 구성되어 있다.

상기 액정셀(16)에 있어서 액정층은 투과하는 광의 위상을 전계 인가의 유무에 관계없이 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖도록 조정되어 있다.

이 조정은 액정층의 복굴절 및 두께를 제어하는 것에 의해 주지된 여러가지 액정, 예를 들면 네마틱액정에 의해 실행할 수 있다.

다음에, 도 2에 나타낸 푸앵카레구를 이용하여 설명한다.

푸앵카레구는 편광을 기술하거나, 위상이 변화할 때의 편광의 형태가 어떻게 변하는지를 조사할 때에 이용하는 것이고, 도 2에 있어서 구의 상하 양극은 각각 좌선원편광과, 우선원편광을 나타내고, 적도상의 점은 직선편광, 그 이외의 점은 타원편광을 각각 나타낸다.

또, 적도상의 임의의 점(H)은 수평편광을 나타내고, 점(H)을 통과하는 직경의 반대측에 있는 적도상의 점(V)은 수직편광을 나타낸다. 서로 수직인 편광은 하나의 직경의 양단의 점으로 나타나게 되고, 일반적으로 구의 반경은 1이라고 가정하지만, 광선의 강도에 비례하도록 취해도 좋다.

또, 단위의 반경을 갖는 푸앵카레구의 표면에 있는 임의의 점(P)은 경도(2λ) 및 위도(2ω)로 나타낸다. 단, -180°<2λ<180°, -90°<2ω<90°이다.

상기 경도는 점(H)에서 시계방향으로 측정한 때 양(正)이고, 위도는 적도에서 아래방향으로 측정한 때, 즉 우원편광을 나타내는 극을 향해 측정한 때 양이다. 따라서, 도 2의 점(P)의 좌표는 양이다.

임의의 점(P)은 타원의 방위각(λ)이고, 타원율이 tan│ω│인 완전타원편광을 나타낸다. 또, 점(P)이 상반구에 있는지 하반구에 있는지에 따라, 좌회전인지 우회전인지가 결정된다. 이러한 것을 정리하면 점(P)이 나타내는 타원편광의 단면도에 대해 다음 수학식 1 및 수학식 2가 성립된다.

단색광의 단면도는 일반적으로 타원이지만, 도 3에 나타낸 기호를 사용하여 이 타원을 나타낼 수 있다. 반장축(半長軸)과 X축과의 사이의 각(α)을 그 단면도의 방위각이라고 하고, 90°≥α≥-90°이다. 2개의 반축의 비(b/a)를 타원율이라 하고, tan^-1b/a=β로 하면 90≥°β≥-90°이다.

편광의 방향은 2ω가 양이면 우회전, 음이면 좌회전이다. 상기에 의해 푸앵카레구 상의 하나하나의 점은 상이한 편광의 형태를 나타내게 된다. 즉, 하나의 편광 형태는 푸앵카레구 상의 하나의 점으로 나타낼 수 있다.

따라서, 예를 들면 푸앵카레구의 상극의 점의 좌회전의 완전원편광을 방위각 λ=0으로 π/2만 양(正)방향으로 시프트시키면, 푸앵카레구에 있어서 적도상의 점(H)에 도달한다. 즉, 원편광은 π/2 시프트되는 것에 의해 수평인 직선편광이 된다. 마찬가지로 정방향으로 π시프트시키면 하극에 도착하여 우회전의 완전원편광이 된다.

또, 푸앵카레구에 있어서 하극위치에서의 우회전의 완전원편광을 방위각 λ=0으로 π/2 시프트시키면, 적도상의 점(V)에 도달하고, 수직의 직선편광이 되며, π 시프트시키면 상극에 도달하여 좌회전의 완전원편광이 된다. 시프트량이 π/2 또는 π가 아닐 때는 타원편광이 된다.

상기 액정셀(16)의 구성을 도 4, 도 5를 참조하여 더 상세하게 설명한다.

액정셀(16)은 도 4에 나타낸 바와 같이 2장의 기판(20A, 20B)에 끼워진 액정층(22)과, 도 4에 있어서 아래쪽 기판(20A)의 상측면에 이것과 평행방향으로 이간하여 배치된 화소전극(24A, 24B)을 구비하여 구성되고, 화소전극(24A, 24B) 사이에 회로(26)에서 전압을 인가한 때의 전계방향이 기판면에 실질적으로 평행이고, 액정층(22) 내의 대부분의 액정분자의 방향자(D)의 방향이 기판면에 실질적으로 평행인 채로 회전하는 모드(일반적으로 IPS(In Plain Switching) 모드로 불린다)로 작동하도록 되어 있다.

또, 상기 액정층(22) 내에 있어서 액정의 방향자(D)의 방향에 대해 상술한다. 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 화소전극(24A, 24B) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서는 액정의 방향자(D)의 방향이 지면에 대해 실질적으로 수직인 방향이 되고, 도 6에 나타낸 바와 같이 화소전극(24A, 24B) 사이에 전계가 인가된 상태에서는 액정의 방향자(D)는 지면에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 움직이도록 되어 있다.

도 5에 있어서 액정은 유전율 이방성(△ε)이 양인 경우를 나타냈는데, 유전율 이방성(△ε)이 음인 경우는, 상기 화소전극(24A, 24B) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서는 액정의 방향자(D)의 방향이 지면에 대해 실질적으로 평행한 방향이 되고, 화소전극(24A, 24B) 사이에 전계가 인가된 상태에서는 액정의 방향자(D)는 지면에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 움직이도록 되어 있다.

액정의 방향자(D)의 변화는 도 1의 예에서는 액정셀(16)에 입사하는 원편광광의 편광상태를 직선편광으로 시프트시킬 때에 직선편광의 직선편광축의 방향을 변화시키는 것이고, 이것은 도 2의 푸앵카레구 상에서의 방위각(λ) 방향, 즉 경도방향의 변화가 된다.

따라서, 예를 들면 푸앵카레구에 있어서 적도상의 점(H)으로 나타낸 수평방향의 직선편광은 액정의 방향자(D)가 변화하는 것에 의해 적도상을 이동한 점으로 표시되도록 편광축의 기울기가 변화된다.

원편광에 대해 액정의 방향자(D)의 변화에 의해 편광축 방향이 변화하지만, 이것은 예를 들면 푸앵카레구에 있어서 상극점으로 나타내는 좌회전 원편광은 액정의 방향자(D)의 변화에 의해 방위각(λ)이 변화하여 위도방향으로 이동한 적도상의 점으로 나타내게 된다.

여기에서, 상기 액정층(22)은 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트하는 지연값을 갖도록 조정되어 있고, 화소전극(24A, 24B) 사이의 전계의 인가 유무에 관계없이, 지연값이 거의 동일하다. 이 조정은 액정층의 복굴절 및 두께를 제어하는 것에 의해 주지된 여러가지 액정, 예를 들면 네마틱(Nn) 액정에 의해 실행할 수 있다. 또 액정의 방향자(D)의 방향은 모두 실질적으로 기판(20A, 20B)에 대해 평행하다.

또, 상기 「실질적으로 π/2 시프트한다」 및 「실질적으로 기판(20A, 20B)과 평행」에 있어서 「실질적으로」는 예를 들면 액정의 선경사(pretilt)각이나, 여러가지 외란(外亂) 등으로 이상적인 상태에서 약간 벗어난 경우도 포함하는 의미이다.

상기한 바와 같이, 상기 원편광분리층(14)은 예를 들면 콜레스테릭 액정층으로 구성된다. 이 콜레스테릭 액정층은 일반적으로 물리적인 분자배열에 기초하여 한방향의 선광성분과, 이것과 역회전의 선광성분을 분리하는 선광선택특성을 발현하지만, 플래너 배열의 헬리컬(helical)축에 입사한 광은 우선광광과 좌선광광의 2개의 원편광광으로 나뉘고, 한쪽은 투과하고 다른쪽은 반사된다.

이 현상은 원편광 2색성으로서 알려지고, 원편광의 선광방향을 입사광에 대 해 적절히 선택하면, 콜레스테릭 액정의 헬리컬축 방향과 동일한 선광방향을 가진 원편광이 선택적으로 산란반사된다.

이 경우의 최대선광 광산란은 다음 수학식 3의 파장(λ0)으로 생긴다.

여기에서, p는 헬리컬피치, nav는 헬리컬축에 직교하는 평면내의 평균굴절률이다.

이 때의 반사광의 파장 밴드폭(△λ)은 다음 수학식 4로 나타낸다.

여기에서, △n=n(∥)-n(직각)이고, n(∥)은 헬리컬축에 직교하는 면내에 있어서 최대 굴절율, n(직각)은 헬리컬축에 평행한 면내에 있어서 최대 굴절율이다.

또, 파장 밴드폭(△λ)을 광대역으로 하는 방법으로서 헬리컬피치를 변화시키는 방법(예를 들면 USP 5,691,789), p가 상이한 콜레스테릭 액정층을 다층 겹치는(예를 들면 일본 특개평 9-304770) 등의 방법이 있다.

또, 플래너 배열의 헬리컬축에 대해 비스듬하게 입사한 광의 선택산란광의 파장(λø)은 λ0에 비해 단파장측으로 시프트하는 것이 알려져 있다.

콜레스테릭 액정의 재료로서는 시프(Schiff))염기, 아조계, 에스테르계, 비페닐계 등의 네마틱 액정화합물의 말단기에 광학활성의 2-메틸부틸기, 2-메틸부톡시기, 4-메틸헥틸기를 결합한 카이랄 네마틱 액정화합물이 바람직하다.

또, 일반적으로 고분자 액정은 액정을 나타내는 메소겐기를 주쇄, 측쇄 또는 주쇄 및 측쇄의 위치에 도입한 고분자이지만, 고분자 콜레스테릭액정도 예를 들면 콜레스테릴기를 측쇄에 도입하여 얻을 수 있다.

콜레스테릭 액정에 의한 편광분리작용은 콜레스테릭 액정으로 한쪽 원편광 성분(우 또는 좌회전)이 투과되고, 다른쪽 원편광성분이 반사된다. 반사할 때, 우(좌)원편광은 우(좌)원편광 그대로 반사된다.

상기 광원장치(12)는 예를 들면 투명전극을 가진 투명수지 시트에 끼워진 박막형상의 일렉트로루미네센스 등으로 이루어진 투명 박막형상 백색면광원으로서, 상기한 바와 같이 예를 들면 금속박막으로 이루어진 반사층(12A)이 그 배면에 설치되어 있다.

또, 상기 광원장치(12)는 예를 들면 도광판에 선형상 광원을 배치한, 소위 에지라이트형의 백색면광원이어도 좋다.

상기한 바와 같은 액정표시장치(10)에 있어서, 광원장치(12)에서 출사한 무편광광은 그 광 중 한쪽 선회방향의 원편광성분만이 원편광분리층(14)을 투과하여 액정셀(16)에 도달한다.

예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 좌선원편광만이 투과하도록 설정되면, 다른쪽 우선원편광은 원편광분리층(14)에 있어서 반사되고, 광원장치(12)의 반사층(12A)에서 반사될 때에 위상이 역전되며, 또는 광원장치 내(의 예를 들면 광확산기능 등으로)에서 위상이 흐트러져 원편광분리층(14)을 투과하는 좌선원편광광이 되며 액정셀(16)에 입사한다.

액정셀(16)을 통과하는 좌선원편광광은 이것을 통과할 때에 전계의 인가 유무에 관계없이 위상이 실질적으로 π/2 시프트된다. 따라서, 액정셀(16)에 입사한 원편광광은 직선편광이 되어 액정셀(16)에서 출사한다.

이것을 도 2의 푸앵카레구에 의해 설명하면, 푸앵카레구의 상극점에서 예를 들면 방위각 λ=0으로 시프트되면, 좌선원편광광은 수평인 직선편광(점(H))이 되고, 방위각 λ=90°로 시프트되면, 수직인 직선편광(점(V))이 된다.

이와 같이, 액정셀(16)에 있어서 액정층(22)에 화소전극(24A, 24B)에서 전압을 인가하는 것에 의해 상기 지연값을 유지한채로 액정의 방향자(D)의 방향을 변화시키는 것에 의해 통과하는 편광광의 편광축을 변조할 수 있다.

도 2의 푸앵카레구 상에서는 위상이 π/2 시프트한 결과, 적도상의 점(V)으로 나타낸 수직 직선편광광이 적도상을 이동한 점으로 나타낸 기울기를 가진 직선편광광이 되는 것을 나타낸다.

액정층(22)에 원편광이 입사하는 경우는 상기 액정의 방향자의 방향을 2색성 직선편광층의 광투과축을 기준으로 하여 실질적으로 -45∼45도까지 변화시키도록 상기 전극간의 전압을 제어하는 회로(26)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 2색성 직선편광층(18)은 투과축방향의 편광광을 투과하고, 투과축과 직교하는 방향의 편광광의 대부분을 흡수하는 것이고, 폴라로이드(상품명) 등의 2색성의 편광재로 구성되어 있다.

상기 2색성 직선편광층(18)의 편광투과축을 상기 액정셀(16)에서 출사하는 직선편광의 편광축에 일치 또는 직교시켜 두면, 액정층(22)에 인가하는 전계를 상 기 회로(26)에 의해 제어하고, 특히 상기 액정의 방향자의 방향을 2색성 직선편광판(18)의 직선편광투과축을 기준으로 하여 실질적으로 -45∼45도까지 변화시키도록 전계를 제어하는 것에 의해 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광의 양을 최대값에서 최소값까지 조정할 수 있고, 양호한 액정표시기능, 예를 들면 계조표시기능을 갖게 할 수 있다.

이것은 다음 수학식 5로 나타낼 수 있다.

여기에서, θ(V)는 액정분자의 회전각, I는 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광의 강도, I₀는 입사광의 강도, θ는 액정분자장축(광축)과 입사편광방향이 이루는 각도, △n과 d는 각각 액정의 복굴절율과 셀두께, λ는 입사광의 파장을 나타낸다.

또, 도 1은 직선편광광이 2색성 직선편광층에서 출사하는 상태의 소위 명(明)표시의 경우를 나타내는 것이지만, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 액정셀(16) 내에 있어서 액정의 방향자(D)의 방향을 액정셀(16)에서 출사하는 직선편광광의 편광방향이 도 1인 경우와 직교하는 방향으로 하면, 소위 암표시가 된다.

상기 2색성 직선편광층(18)은 광흡수 타입의 2색성 편광판으로 구성되어 있기 때문에, 외광(무편광광)이 2색성 직선편광층(18)의 표면에 입사해도 그 50%가 흡수되고, 나머지 50%가 투과되며, 반사성분이 거의 없기 때문에, 액정표시장 치(10)에 있어서 화면의 콘트라스트의 저하를 대폭 억제할 수 있다.

또, 도 1, 도 7에 있어서 2점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 상기 원편광분리층(14)을 투과한 우선 또는 좌선원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 광흡수형의 부2색성 원편광층(13)을 원편광분리층(14)과 액정셀(16) 사이에 배치해도 좋다.

상기 부2색성 원편광층(13)은 상기 2색성 직선편광층(18)과 동일한 구성의 2색성 직선편광층(18A)에 λ/4 위상차층(판)(35)을 직선편광이 λ/4 위상차층(35) 면내의 지상축(遲相軸) 또는 진상축(進相軸) 방향에 대해 45도 각도로 입사하도록 액정셀(16)측 및 원편광분리층(14)측에 적층하는 등의 방법에 의해 형성되고, 입사하는 광 중 우 또는 좌회전 원편광성분 중 한쪽을 투과하고, 다른쪽을 거의 흡수하는 것이다.

또, 상기 λ/4 위상차층(판)(35)은 광의 위상을 λ/4 시프트시키는 작용이 있으면 좋고, 액정재료나 무기재료로 형성해도 좋지만, PC, PVA, PS, PMMA, 노르보르넨(norbornene) 수지 등의 고분자로 이루어진 필름을 연신(연신배율 1.3∼4배 정도)하여 얻는 연신필름을 사용하는 것이 양산성의 점에서 바람직하다.

또, 가시광 전역의 파장대역에 걸쳐 광의 위상을 λ/4 시프트시키는 광대역 λ/4 위상차판을 얻기 위해서는 λ/4 위상차판과 λ/2 위상차판의 진상축 또는 지상축을 60도±10도 각도로 교차시켜 λ/2 위상차판을 편광판측이 되도록 배치시키면 좋다. 그 때의 편광판의 투과축과 λ/2 위상차판의 진상축 또는 지상축과의 관계는 λ/4 위상차판에 입사한 원편광의 투과광량이 최대가 되도록, 또는 상기 원편 광과는 역회전의 원편광의 투과광량이 최소가 되도록 적절히 조정된다.

이와 같이 하면, 원편광분리층(14)을 투과한 우선 또는 좌선원편광이 부2색성 원편광층(13)을 투과하고, 이 때 원편광분리층(14)에서 반사할 수 없었던 다른쪽의 원편광성분이 부2색성 원편광층(13)에서 흡수되기 때문에, 다른쪽 원편광성분이 액정셀(16)에 도달하는 일이 없다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 좌선원편광만이 투과하도록 설정하면, 다른쪽의 우선원편광은 원편광분리층(14)에 있어서 반사되고, 광원장치(12)의 반사층(12A)에서 반사될 때에 위상이 역전되거나 또는 광원장치 내(의 예를 들면 광확산기능 등으로)에서 위상이 흐트러져 원편광분리층(14)을 투과하는 좌선원편광광이 되고, 액정셀(16)에 입사한다.

다음에, 도 8에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 2 예에 관련된 액정표시장치(30)에 대해 설명한다.

또, 도 8에 있어서, 상기 도 1에 나타낸 액정표시장치(10)에 있어서와 동일 부분에는 도 1과 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략하는 것으로 한다.

이 액정표시장치(30)는 광원장치(12), 이 광원장치(12)에서 출사되는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층(32), 액정셀(16) 및 이 액정셀(16)을 투과한 편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 원편광층(34)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 직선편광분리층(32)은 복굴절성을 갖는 필름을 3층 이상으로 적층하여 이루어진 평면형상 다층구조로 되고, 각 층의 평면내에서 서로 수직인 진동방향을 가진 2개의 광 중 한쪽 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차와, 다른쪽의 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차가 다르도록 하여 상기 한쪽 광을 투과하고, 다른쪽 광을 반사하도록 한 것이다.

상기한 바와 같은 복굴절성을 가진 필름은 예를 들면 일본 특개평 3-75705호 공보, 일본 특표평 9-506837호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지(예를 들면 결정성 나프탈렌디카본산 폴리에스테르), 폴리비닐알콜계 수지, 초산 셀룰로오스계 수지 등의 면내 복굴절성(굴절율 이방성)을 나타내는 물질을 연신 등의 방법에 의해 얻을 수 있다.

예를 들면, 인접하는 복굴절성층(필름)의 X축 방향으로 진동하는 광선에 대한 굴절율은 실질적으로 nx로 같고, X축 방향에서의 인접하는 층간의 굴절율차 △nx(=│nx-nx│)는 실질적으로 0이다.

이에 대해 예를 들면 3층의 복굴절성층 중 제 1 층과 제 3 층의 Y축 방향으로 진동하는 광선에 대한 굴절율을 모두 ny₁로 하고, 제 2 층에 있어서 동일 방향의 굴절율을 ny₂(≠ny₁)로 하면 Y축 방향에서의 인접하는 층간의 굴절율(△ny)은 실질적으로 0이 아니다.

상기 굴절율차가 큰 방향(Y축 방향)으로 진동하는 광 반사는 굴절율차가 작은 방향(X축 방향)으로 진동하는 광 반사보다도 크고, 또 X축 방향의 광 투과는 Y축 방향의 광투과보다도 커진다.

이 때문에, X축 방향으로 진동하는 광에 있어서, 직선편광분리층(32)이 평면형상 다층구조여도 굴절율이 실질적으로 동일하기 때문에, 직선편광분리층(32)으로의 입사면 및 출사면의 2부분에서 약간의 표면반사가 생길 뿐이다.

이에 대해 Y축 방향으로 진동하는 광에 있어서는 평면형상 다층구조체 내의 굴절율이 각 층 사이에서 상이하기 때문에, 직선편광분리층(32) 전체로의 입사면 및 출사면뿐만 아니라, 각 층 사이에서 표면(계면) 반사가 일어나고, 복굴절율층의 층수가 많은만큼 Y축 방향으로 진동하는 광의 반사회수가 많아진다.

상기 2색성 원편광층(34)은 2색성 직선편광층(18)에 λ/4 위상차층(35)을 액정셀(16)측에 적층하는 등의 방법에 의해 형성한 것이다.

이 액정표시장치(30)에 있어서는 광원장치(12)로부터의 무편광광은 직선편광분리층(32)에 있어서 한쪽 직선편광 성분이 투과되고, 이것과 직교방향의 직선편광성분이 반사된다.

반사된 직선편광성분은 광원장치(12)에 있어서 반사층(12A) 또는 광원장치 내(의 예를 들면 광확산기능 등에 의해)에서 반사되는 것에 의해 위상이 흐트러져 직선편광분리층(32)을 투과하는 성분이 증대한다.

직선편광분리층(32)에 입사한 직선편광광은 액정층(22)에 입사하고, 여기에서 상기 직선편광의 전장벡터의 방향이 액정층의 방향자의 방향과 실질적으로 45도의 각도를 이루는 경우(즉 직선편광이 액정층의 지상축 방향 또는 진상축 방향에 대해 45도의 각도로 입사한 경우), 그 위상이 실질적으로 π/2 시프트되고, 원편광광이 된다.

이것을 도 2의 푸앵카레구를 이용하여 설명하면, 예를 들면 적도상의 점(V)의 위치로 표시되는 수직의 직선편광광은 π/2 정방향으로 시프트되는 것에 의해 좌회전의 원편광광이 되고, 또 적도상의 점(H)으로 표시되는 수평의 직선편광광은 정방향으로 π/2 시프트되는 것에 의해 구의 하극점 상의 점으로 표시되는 우회전 원편광광이 된다.

또, 액정층(22)에 인가되는 전계에 의해 직선편광이 액정층의 지상축 방향 또는 진상축 방향에 대해 입사하는 각도가 변화하여 상기 원편광광의 타원율이 변조된다. 이것을 도 2의 푸앵카레구를 이용하여 설명하면, 직선편광광이 원편광광으로 변화할 때에 푸앵카레구 상에 있어서 경도방향으로 변조되고, 원편광광의 타원율이 변화하게 된다.

예를 들면, 직선편광이 액정층의 지상축 방향 또는 진상축 방향에 대해 입사하는 각도가 0도인 경우는 액정층에 입사한 직선편광은 직선편광인채로 되고, 또 직선편광이 액정층의 지상축 방향 또는 진상축 방향에 대해 입사하는 각도가 -45도 인 경우는 액정층에 입사한 직선편광은 상기 원편광과는 역회전의 원편광이 된다.

즉, 회로(26)는 액정층(22)에 직선편광이 입사하는 경우는 상기 액정의 방향자의 방향을 입사직선편광의 전장벡터 방향을 기준으로 하여 실질적으로 -45∼45도까지 변화시키기 위해, 상기 전극간의 전압을 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.

따라서, 액정층(22)에 화소전극(24A, 24B)에서 인가하는 전압을 제어하는 것에 의해 2색성 원편광층(34)을 투과하는 광의 양을 조정할 수 있고, 이것에 의해 계조표시도 가능하게 된다. 이 때, 2색성 원편광층(34)을 투과하지 않은 원편광광, 예를 들면 도 8에 나타낸 바와 같이 좌회전의 원편광광은 이것에 흡수된다.

여기에서, 우회전 원편광광은 2색성 원편광층(34)을 밑에서 투과할 때, 우선 λ/4 위상차층(35)에 의해 직선편광광이 된 다음에, 2색성 직선편광층(18)을 통해 수평방향의 직선편광광으로서 출사한다.

또, 이 액정표시장치(30)에 있어서는 액정셀(16)에 있어서 액정층(22)에 전계를 인가하지 않은 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 액정셀(16)에 입사한 직선편광광은 좌원편광으로 변조되기 때문에, 소위 암표시가 된다.

또, 이 액정표시장치(30)에 있어서는 2색성 원편광층(34)이 무편광광인 외광이 입사한 경우에도 그 50%를 흡수하기 때문에, 반사에 의한 화면의 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있다.

또, 도 8, 도 9에 있어서 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(16) 사이에 광흡수형의 부2색성 직선편광층(15)을 배치해도 좋다.

이 부2색성 직선편광층(15)은 상기 도 1에 나타낸 액정표시장치(10)에 있어서 2색성 직선편광층(18)과 동일한 구성이고, 직선편광분리층(32)을 투과한 직선편광 성분을 투과하고, 직선편광분리층(32)에서 반사할 수 없었던 상기와 직교하는 직선편광성분을 흡수하도록 이루어져 있다.

이와 같이 하면, 직선편광분리층(32)에서 반사할 수 없었던 상기 직교방향의 직선편광성분이 부2색성 직선편광층(15)에서 흡수되기 때문에, 불필요한 편광성분 이 액정셀(16)에 도달하는 일이 없다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

상기 액정표시장치(10, 30)는 모두 투과형이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 반사형의 액정표시장치에도 적용되는 것이다.

도 10의 액정표시장치(40)는 도 1의 액정표시장치(10)를 반사형으로 한 것이고, 도 1에 있어서 광원장치(12)를 대신하여 광흡수층(36)을 설치하고 있다.

다른 구성은 도 1의 액정표시장치(10)와 동일하기 때문에, 동일 부분에 동일 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략하는 것으로 한다. 또, 후술하는 부2색성 원편광층(13)은 좌선원편광광을 투과하고, 원편광분리층(14)은 좌선원편광광을 반사하도록 설정되어 있다.

여기에서, 상기 광흡수층(36)은 예를 들면 흑색의 종이, 표면을 매트화하여 반사가 생기지 않도록 한 수지판, 필름, 박막 등으로 구성된다.

이 반사형 액정표시장치(40)에 있어서는 외광(무편광광) 중 한 방향의 직선편광성분, 예를 들면 수평의 직선편광광만이 2색성 직선편광층(18)을 투과하여 액정셀(16)에 입사한다.

외광 중 상기 2색성 직선편광층(18)을 투과할 수 없는 수직의 직선편광성분은 이것에 흡수된다. 따라서, 반사광이 생기지 않기 때문에, 반사광에 의한 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있다.

상기 2색성 직선편광층(18)에서 입사한 직선편광광은 액정셀(16)에 인가되는 전계의 변화에 의해 편광축이 변조된다. 한편, 액정층(22)은 상기한 바와 같이 투 과광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖고 있기 때문에, 직선편광을 원편광으로 시프트하는 작용을 갖고 있다.

이 원편광광의 선회방향은 상기한 편광축의 변조에 의해 결정되고, 원편광분리층(14)에 입사할 때, 선회방향이 왼쪽일 때에 반사되고, 오른쪽일 때에 투과된다.

도 2의 푸앵카레구로 설명하면, 입사한 수평의 직선편광광은 액정의 방향자(D)를 -45∼45도 변화시키는 것에 의해 적도상의 점(H)에서 -45∼0도인 경우는 상극점부터 점(H)까지 이동하여 좌회전의 원편광광에서 직선편광의 상태가 되고, 또 0∼45도인 경우는 하극점에서 점(H)까지 이동하여 우회전의 원편광광에서 직선편광의 상태가 된다.

원편광분리층(14)에서 반사된 좌선원편광광(L)은 액정셀(16)에 상기와는 반대방향으로 되돌아가고, 이 액정셀(16)을 투과할 때, 도 1의 액정표시장치(10)에 있어서와 같이 직선편광광이 되어 출사하지만, 그 편광축은 액정의 방향자(D)의 방향에 의해 변조되고, 2색성 직선편광층(18)을 통해 표시광이 된다. 따라서, 원편광분리층(14)에서 반사하여 액정셀(16)을 투과하는 광의 양을 액정층(22)에 인가하는 전압에 의해 조정할 수 있다. 즉, 계조표시를 할 수 있다.

또, 액정층(22)에 있어서, 우회전의 원편광광이 된 경우, 액정층(22)에서 출사하여 원편광분리층(14)에서 반사되지 않은 성분이 이것을 투과한 후, 상기 광흡수층(36)에 의해 흡수, 제거되고, 도 11에 나타낸 바와 같이 암표시가 된다. 이 때문에, 원편광분리층(14)에서 반사되고, 액정셀(16)을 투과하는 좌회전의 원편광 광(L)(표시광)과의 대비에 있어서 매우 콘트라스트가 좋은 표시상태를 얻을 수 있다.

이 액정표시장치(40)에 있어서도 도 10, 도 11에 있어서 2점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 상기 도 1, 도 7에 나타낸 바와 같이, 부2색성 원편광장치(13)를 원편광분리층(14)과 액정셀(16) 사이에 배치해도 좋다.

이와 같이 하면, 액정셀(16)의 투과광이 부2색성 원편광층(13)에 입사할 때, 좌선회의 원편광광이 투과되고, 우선회의 원편광광이 흡수되기 때문에, 더욱 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

다음에, 도 12에 나타낸 반사형 액정표시장치(50)에 대해 설명한다.

이 액정표시장치(50)는 상기 도 8에 나타낸 액정표시장치(10)에 있어서 광원장치(12)를 대신하여 상기한 바와 같은 광흡수층(36)을 배치하고, 2색성 원편광층(34)을 연구한 것이다.

상기 2색성 원편광층(34)은 상기 도 8에 나타낸 액정표시장치(10)에 있어서 2색성 원편광층(34)의 2색성 직선편광층의 액정셀(16)측과는 반대측에도 λ/4 위상차층을 진상축 또는 지상축이 2색성 직선편광판의 투과축에 대해 45도의 각도가 되도록 적층한 것이다.

이 액정표시장치(50)에 있어서 외광(무편광광)은 2색성 원편광층(34)에 입사하고, 우선원편광광(R)만이 액정셀(16)에 입사한다. 외광의 다른쪽 좌선원 편광성분(L)은 2색성 원편광층(34)에 의해 흡수되기 때문에, 반사광에 의해 화면의 콘트라스트가 저하되는 일이 없다.

액정층(22)에 입사한 우선원편광광(R)은 액정층(22)이 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖고 있기 때문에, 도 2의 푸앵카레구에 있어서는 액정층(22)에 인가하는 전계에 의해 액정층의 방향자(D)의 방향이 변화되는 것에 의해 하극점에서 적도상의 점(V) 또는 점(H)으로 표시되는 직선편광까지의 상태가 되어 원편광의 타원율이 변조된다.

따라서, 액정셀(16)에서 출사한 직선편광광은 그 편광상태에 의해 직선편광분리층(32)에 있어서 반사되거나, 또는 이것을 투과한다. 따라서, 콘트라스트가 좋은 상태를 얻을 수 있다.

도 12의 예에서는 수직의 직선편광성분만이 직선편광분리층(32)에서 반사되고, 다시 액정셀(16)에 입사하고, 액정층에 의해 좌선원편광광이 되고, 2색성 원편광층(34)을 투과할 수 없기 때문에 명표시가 없다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 액정셀(16)에서 수직의 직선편광광만이 출사할 때는 이것이 직선편광분리층(32)을 투과하여 흡수층(36)에 흡수되기 때문에 암표시가 된다.

또, 상기 각 실시형태의 예에 있어서, 상기 광원장치(12)는 투명전극을 가진 투명수지 시트에 끼워진 박막형상의 일렉트로루미네센스 등으로 이루어진 투명박막 형상 백색면광원으로서, 배면에 예를 들면 금속박막으로 이루어진 반사층(12A)을 설치한 것인데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 도광판의 측단면에서 입사한 광원광을 도광판의 한쪽 면에서 출사시킨 것, 예를 들면 도광판에 선형상 광원을 배치한, 소위 에지라이트형의 백색 면광원 등이어도 좋다. 이 경우, 상기 도광판의 다른쪽 면에는 금속박막 등으로 이루어진 반사층이 설치되는데, 백색 PET(폴리에틸렌텔레프탈레이트)를 이용해도 좋다.

또, 원편광분리층 또는 직선편광분리층의 액정층 쪽에 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 가진 위상차층을 적층하여 결과적으로 직선편광분리층 또는 원편광분리층과 동일한 작용을 갖도록 해도 좋다.

또, 일반적으로 액정패널의 모드는 2색성 편광판의 투과축을 액정에 대해 어떤 각도(방위각)로 배치하는지에 따라 액정에 전압이 인가되지 않을 때에 광이 투과하는 「노멀 화이트」모드와, 액정에 전압이 인가되지 않을 때에 광이 투과하지 않은 「노멀 블랙」모드의 2종류가 있는데, 본 발명은 「노멀 화이트」모드 및 「노멀 블랙」모드의 양쪽에 적용된 것이다.

이 액정표시장치(50)에 있어서도 도 12, 도 13에 있어서 2점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 상기 도 8, 도 9에 나타낸 바와 같이, 부2색성 직선편광층(15)을 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(16) 사이에 배치해도 좋다.

이와 같이 하면 액정셀(16)에서 출사한 직선편광광은 편광상태가 수직방향인 경우, 이것이 부2색성 직선편광층(15)에서 흡수되고, 흡수되지 않은 나머지가 모두 흡수층(36)에 흡수되기 때문에 더욱 콘트라스트가 좋은 상태를 얻을 수 있다.

다음에, 도 14에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 제 5 예에 관련된 액정표시장치(60)는 광원(12), 원편광분리층(14), 전계의 인가에 의해 액정의 지연값을 변화시키고, 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 작용을 갖는 액정셀(62) 및 이 액정셀(62)의 상기 원편광분리층(14)과 반대측에 배치되 고, 액정셀(62)을 투과한 상기 원편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 원편광층(34)을 구비하여 구성되어 있다.

또, 도 14에 있어서, 상기 도 1, 도 4, 도 9에 표시되는 것과 동일부분에는 이러한 도면에 있어서와 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략한 것으로 한다.

상기 액정셀(62)은 도 15에 나타낸 바와 같이, 2장의 기판(20A, 20B)에 끼워진 액정층(64)과, 도 15에 있어서 위쪽의 기판(20A)의 하측면 및 아래쪽 기판(20B)의 상측면에 배치되고, 액정층(64)을 두께방향으로 끼운 한쌍의 화소전극(64A, 64B)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 액정셀(62)에 있어서 액정층(64)은 상기 화소전극(64A, 64B)에서 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 상기 원편광분리층(14)을 투과하여 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 작용을 갖도록 조정되어 있다.

이 조정은 액정층(64)의 복굴절 및 두께를 제어하는 것에 의해 주지된 여러가지 액정에 의해 실행할 수 있다.

이와 같은 액정은 ECB(Electrically Cintrolled Briefringence)방식으로서 알려져 있고, DAP(Deformation of vertical Aligned Phases) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, STN(Super Twisted Nematic) 모드, SBE(Super Twisted Briefringence Effect) SSFLC(Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal) 모드, OCB(Opticcally Compensated Beud) 모드, VAN(Vertically-aligned nematic) 모드 등이 있다.

OCB모드는 통상 밴드배향의 액정셀과 2축성 위상차판을 광흡수축이 직교관계에 있는 광흡수형의 2색성 직선편광판 사이에 끼운 구성을 말하는데, 본 발명에 있어서는 밴드방향의 액정셀만을 말한다.

VAN모드는 통상 Nn(네마틱) 액정을 수직으로 끼운 VAN배열 셀을 광흡수축이 직교관계에 있는 광흡수형의 2색성 직선편광판 사이에 끼운 구성을 말하는데, 본 발명에 있어서는 VAN배향의 액정셀만을 말한다.

다른 모드도 마찬가지이다.

또, ECB방식이라고 하는 표현은 복굴절을 이용한 컬러표시방식으로서의 의미로 이용되는 경우가 많은데, 본 발명에 있어서는 액정층의 복굴절값이 변화하는 모드라는 의미로 이용되고 있다.

또, 상기 「실질적으로 0∼π 시프트한다」는 액정층(64) 자체에서 위상을 실질적으로 변화시키거나 또는 액정셀(62)과는 별개의 위상차층을 액정셀(62)과 상기 2색성 원편광층(34) 사이 및/또는 액정셀(62)과 상기 원편광분리층(14) 사이에 형성하여 액정층(64)과 위상차층의 상호작용에 의해 이러한 것을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 의미이다.

예를 들면, 상기 액정층(64) 자체에서의 지연값을 0.1π∼1.1π까지 변화시키고, 상기 액정층(64)의 상기 2색성 원편광층(34)과의 사이 및/또는 상기 원편광분리층(14)쪽에 별도로 설치한 지연값이 실질적으로 0.1π인 위상차층과의 상호작용에 의해 이러한 것을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트시키는 것을 포함한다.

상기 상호작용이라는 것은 액정층의 지연값이 0.1π 또는 1.1π를 나타낼 때의 진상축 또는 지상축에 대해 지연값이 실질적으로 0.1π인 위상차측의 진상축 또는 지상축을 직교시키는 등으로 한 경우에 일어나는 작용이고, 예를 들면 0.1π-0.1π=0, 1.1π-0.1π=π와 같이 계산할 수 있다.

또, 위상을 실질적으로 -π∼0 시프트하는 작용을 갖는 액정셀을 이용하는 것도 본 발명의 범위에 들어가는 것은 말할 것도 없다.

원편광광의 위상이 π시프트하면 반대 선회방향의 원편광광이 된다.

상기한 바와 같은 액정표시장치(60)에 있어서, 광원장치(12)에서 출사한 무편광광은 그 광 중 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이 좌선회의 원편광 성분(L)이 원편광분리층(14)을 투과하여 액정셀(62)에 도달한다.

다른쪽의 우선회의 원편광성분(R)은 원편광분리층(14)에 있어서 반사되고, 광원장치(12)의 반사층(12A)에서 반사될 때에 위상이 역전되거나 또는 무편광인 상태가 되어 원편광분리층(14)을 투과하는 좌선회의 원편광광(L)이 되어 액정셀(62)에 입사한다.

액정셀(62)에 있어서 액정층(64)에 화소전극(64A, 64B)에서 전압을 인가하는 것에 의해 상기 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 액정셀(62)을 통과하는 원편광광은 전계의 인가에 의해 위상을 실질적으로 0∼π 시프트시킨다. 따라서, 액정셀(62)에 입사한 좌회전의 원편광광(L)은 최대이고, 위상이 π시프트될 때, 선회방향이 역전된 우회전의 원편광(R)이 되어 액정셀(62)에서 출사한다.

상기 2색성 원편광층(34)의 편광투과축을 상기 2개의 선회방향의 한쪽, 예를 들면 우회전으로 일치시켜 두면, 액정층(64)에 인가하는 전계를 제어하는 것에 의해 2색성 원편광층(34)을 투과하는 우회전의 원편광광(R)의 광량을 조정할 수 있고, 액정표시기능을 갖게 할 수 있다.

이것을 도 2의 푸앵카레구에 의해 설명하면, 푸앵카레구의 상극의 점에서 적도상의 점(H)을 거쳐 하극까지 방위각 λ=0에서 0∼π/2, π/2, π/2∼π의 시프트량에 따라 좌회전의 원편광은 좌회전의 타원편광→수평인 직선편광→우회전의 타원편광→우회전의 원편광이 된다.

따라서, 시프트량이 0∼π/2인 범위에서는 도 16에 나타낸 바와 같이 암표시가 되고, π/2∼π의 범위에서는 시프트량이 큰 만큼 2색성 원편광층(34)을 투과하는 광량이 커지고, 이것에 의해 계조표시가 가능하게 된다.

상기 2색성 원편광층(34)은 광흡수 타입의 2색성 편광판으로 구성되어 있기 때문에, 외광(무편광광)이 2색성 원편광층(34)의 표면에 입사해도, 그 50%가 흡수되고, 나머지 50%가 투과되고, 반사성분이 거의 없기 때문에, 액정표시장치(60)에 있어서 화면의 콘트라스트 저하를 대폭 억제할 수 있다.

또, 액정층(64)의 복굴절을 이용하기 때문에, 별도의 컬러 필터를 이용하지 않고 컬러액정표시기능을 갖게 하는 것도 가능하다.

이 액정표시장치(60)에 있어서도 상기 원편광분리층(14)과 액정셀(62) 사이에 부2색성 원편광층(13)을 배치해도 좋다.

이와 같이 하면, 원편광분리층(14)에 있어서 반사되지 않은 우선원편광광(R) 이 부2색성 원편광층(13)에 있어서 흡수된다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

다음에, 도 17에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 6 예에 관련된 액정표시장치(70)에 대해 설명한다.

이 액정표시장치(70)는 광원장치(12), 이 광원장치(12)에서 출사되는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층(32), 액정셀(62) 및 이 액정셀(62)을 투과한 편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 직선편광층(18)을 구비하여 구성되어 있다.

이 액정표시장치(70)에 있어서는 광원장치(12)에서의 무편광광은 직선편광분리층(32)에 있어서 한쪽 직선편광성분이 투과되고, 이것과 직교방향의 직선편광성분이 반사된다.

반사된 직선편광성분은 광원장치(12)에 있어서 반사층(12A)에서 반사될 때 또는 광로 중(도시하지 않음)에 배치된 광확산판 등에 의해 무편광인 상태가 되어 직선편광분리층(32)을 투과한다.

직선편광분리층(32)을 투과한 직선편광광은 액정층(64)에 입사하고, 이곳에 인가된 전계에 의해 그 위상이 실질적으로 0∼π 시프트된다.

직선편광광의 위상이 π시프트하면, 상기 직선편광과 직교관계에 있는 또 한쪽의 직선편광광이 된다.

이것을 도 2의 푸앵카레구에 의해 설명하면, 푸앵카레구의 적도상의 점(H)에서 방위각 λ=0으로 0∼π시프트되는 것에 의해 수평인 직선편광은 우회전의 타원 편광→우회전의 원편광→우회전의 타원편광을 거쳐 수직의 직선편광이 된다. 따라서, 시프트량이 큰 만큼, 2색성 원편광층을 투과하는 광량이 작아진다. 또, 암표시의 상태를 도 18에 나타냈다.

따라서, 액정층(64)에 화소전극(64A, 64B)에서 인가하는 전압을 제어하는 것에 의해 2색성 직선편광층(18)을 투과한 광의 양을 조정할 수 있다. 즉, 액정표시기능을 갖게 할 수 있고, 계조표시가 가능하다.

이것은 다음 수학식 6으로 표현된다.

여기에서, I는 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광의 강도, I₀는 입사광의 강도, θ는 입사편광방향과 액정셀 중의 통상 광의 진동방향이 이루는 각도, △n(V)와 d는 각각 인가전압(V)에서의 액정의 복굴절율과 셀두께, λ는 입사광의 파장을 나타낸다. 또, 2색성 직선편광층(18)을 투과하지 않은 직선편광광은 이것에 흡수된다.

또, 이 액정표시장치(70)에 있어서는 2색성 직선편광층(18)이 무편광광인 외광이 입사한 경우에도 그 50%를 흡수하기 때문에, 반사에 의한 화면 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있다.

이 액정표시장치(70)에 있어서도, 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(62) 사이에 부2색성 직선편광층(15)을 배치해도 좋다. 이 부2색성 직선편광층(15)의 작 용은 상기한 바와 같다.

상기 액정표시장치(60, 70)는 모두 투과형이지만, 본 발명은 이것에 한정된 것은 아니고, 반사형의 액정표시장치에도 적용되는 것이다.

도 19의 액정표시장치(80)는 도 14의 액정표시장치(60)를 반사형으로 한 것이고, 도 14에 있어서 광원장치(12)를 대신하여 광흡수층(36)을 설치하고 있다.

다른 구성은 도 14의 액정표시장치(60)와 동일하기 때문에, 동일 부분에 동일 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략하는 것으로 한다. 또, 2색성 원편광층(34)은 우선원편광광을 투과하고, 원편광분리층(14)은 좌선원편광광을 반사하도록 설정되어 있다.

이 반사형의 액정표시장치(80)에 있어서는, 외광(무편광광)은 2색성 원편광층(34)에 입사하고, 우 또는 좌회전의 한쪽 우선원편광광(R)으로서 액정셀(62)에 입사한다. 외광의 다른쪽 원편광성분, 즉 좌선원편광광(L)은 2색성 원편광층(34)에 의해 흡수되기 때문에, 반사광에 의해 화면 콘트라스트를 저하시키는 일이 없다.

액정층(62)에 입사한 우선원편광광(R)은 액정셀(62)에 인가되는 전계의 변화에 의해 액정의 지연값이 변화되고, 이것에 의해 편광축이 실질적으로 0∼π 변조된다.

이것을 도 2의 푸앵카레구에 의해 설명하면, 도 19에 나타낸 바와 같이, 액정셀(62)에 입사한 우회전의 원편광광은 도 2의 푸앵카레구에 있어서는 구의 하극에서 시프트량 0∼π/2에서는 우회전의 타원편광, 시프트량이 π/2일 때는 적도상 의 점(V)으로 표시되는 수직인 직선편광, 시프트량 π/2∼π일 때는 상반구형상이 되고, 좌회전의 타원편광, 시프트량 π일 때는 상극이 되어 좌회전의 원편광으로서 액정셀(62)에서 출사한다.

상기한 바와 같이 원편광광의 선회방향은 편광축의 변조에 의해 결정되고, 원편광분리층(14)에 입사할 때, 좌선회방향에서는 반사, 우선회방향에서는 투과된다.

따라서, 원편광분리층(14)에서 반사하여 액정셀(62)을 투과하는 광의 양을 액정층(64)에 인가하는 전압에 의해 조정할 수 있다.

원편광분리층(14)에서 반사된 좌선원편광광(L)은 액정셀(62)에 상기한 것과는 같은 선회방향인채로 되돌아가고, 다시 편광축이 0∼π 변조되어 우회전의 원 또는 타원편광광(R)이 되어 2색성 원편광층(34)을 거쳐 출사하고, 표시광이 되는데, 액정층(64)에서 출사하여 원편광분리층(14)을 투과한 편광성분(편광판(35)에서의 누설광도 포함)은 상기한 바와 같이 작지만, 상기 광흡수층(36)에 의해 흡수, 제거된다.

이 때문에, 원편광분리층(14)에서 반사되고, 액정셀(62)을 투과하는 편광광(표시광)과의 대비에 있어서 콘트라스트가 좋은 표시상태를 얻을 수 있다.

이 액정표시장치(80)에 있어서도 상기 원편광분리층(14)과 액정셀(62) 사이에 부2색성 원편광층(13)을 배치해도 좋다.

이 경우, 원편광분리층(14) 전의 부2색성 원편광층(13)에 있어서, 액정셀(16)의 투과광에서 우선원편광광(R)이 흡수되기 때문에 원편광분리층(14)의 투과성분은 거의 없다. 이 때문에, 또 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

다음에, 도 20에 나타낸 반사형의 액정표시장치(90)에 대해 설명한다.

이 액정표시장치(90)는 상기 도 17에 나타낸 액정표시장치(70)에 있어서 광원장치(12)를 대신하여 상기한 바와 같은 광흡수층(36)을 배치한 것이다.

이 액정표시장치(90)에 있어서 외광(무편광광)은 2색성 직선편광층(18)을 투과할 때에 직선편광광이 되고, 액정셀(62)에 입사한다. 외광 중 상기 2색성 직선편광층(18)을 투과할 수 없는 성분은 이것에 흡수된다. 따라서, 반사광이 거의 생기지 않기 때문에, 반사광에 의한 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있다.

상기 2색성 직선편광층(18)을 투과한 직선편광광은 액정층(64)에 인가하는 전계에 의해 액정층의 지연값이 변화되는 것에 의해 광의 위상이 실질적으로 0∼π 시프트된다.

이것을 도 2의 푸앵카레구를 이용하여 설명하면, 예를 들면 적도상의 점(H)으로 표시되는 수평의 직선편광광은 정방향으로 0∼π/2 시프트되는 것에 의해 우회전의 타원편광광, π/2 시프트되는 것에 의해 구의 하극점 상의 점으로 표시되는 우회전의 완전원편광광, π/2∼π 시프트되는 것에 의해 우회전의 타원편광광, π 시프트되는 것에 의해 수직의 직선편광광이 된다.

따라서, 액정셀(62)에서 출사한 좌회전의 타원편광광 또는 직선편광광은 그 편광축의 방향에 의해 직선편광분리층(62)에 있어서 반사되고, 다른 것은 직선편광 분리층(32)을 투과한다. 직선편광분리층(32)에서 반사된 직선편광광은 상기와 반대방향으로 액정셀(62)에 되돌아가, 여기에서 위상이 실질적으로 0∼π 시프트되고나서 2색성 직선편광층(18)에 입사하고, 수평의 직선편광성분만이 투과하여 표시광이 된다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

또, 액정셀의 액정층에 화소전극에서 전압을 인가하지 않은 때에 액정셀을 통과하는 광의 위상이 실질적으로 π/2 시프트되고, 상기 전극에 전압을 인가한 경우에 액정셀을 통과한 광의 위상이 실질적으로 시프트되지 않도록 해도 좋다.

이 액정표시장치(90)에 있어서도 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(62) 사이에 부2색성 직선편광층(15)을 배치해도 좋다. 이 부2색성 직선편광층(15)의 작용은 상기한 바와 같다.

도 21에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 제 9 예에 관련된 액정표시장치(100)는 광원(12), 원편광분리층(14), 전계의 인가에 의해 액정의 지연값을 변화시키고, 상기 원편광분리층(14)을 투과하여 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트하는 작용을 갖는 액정셀(102) 및 이 액정셀(102)의 상기 원편광분리층(14)과 반대측에 배치되고, 액정셀(102)을 투과한 상기 직선편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 직선편광층(18)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 액정셀(102)은 도 22에 나타낸 바와 같이 2장의 기판(20A, 20B)에 끼워진 액정층(104)과, 도 2에 있어서 위쪽 기판(20A)의 하측면 및 아래쪽 기판(20B)의 상측면에 배치되고, 액정층(104)을 두께방향으로 끼우는 한쌍의 화소전극(104A, 104B)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 액정셀(102)에 있어서 액정층(104)은 상기 화소전극(104A, 104B)에서 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 상기 원편광분리층(14)을 투과하여 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트하는 작용을 갖도록 조정되어 있다.

이 조정은 도 15에 있어서 상기 액정층(64)의 경우와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

또, 상기 「실질적으로 -π/2∼π/2 시프트한다」는 액정층(104) 자체에서 위상을 실질적으로 변화시키거나 또는 액정셀(102)과는 별도의 위상차층을 액정셀(102)과 상기 2색성 원편광층(34) 사이에 형성하여 액정층(104)과 위상차층의 상호작용에 의해 이러한 것을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트한다는 의미이다.

예를 들면 상기 액정층(104) 자체에서의 지연값을 0∼π까지 변화시키고, 상기 액정층(104)의 상기 2색성 원편광층(34) 사이 및/또는 상기 원편광분리층(14)측에 별도로 설치한 지연값이 실질적으로 π/2인 위상차이와의 상호작용에 의해 이러한 것을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트시키는 것을 포함한다.

상기 상호작용은 액정층의 지연값이 π를 나타낼 때의 진상축 또는 지상축에 대해 지연값이 실질적으로 π/2인 위상차층의 진상축 또는 지상축을 직교시키는 등으로 한 경우에 일어나는 작용이고, 예를 들면 0-π/2=-π/2, π-π/2=π/2와 같이 계산할 수 있다.

또, 위상을 실질적으로 π/2∼-π/2 시프트하는 작용을 갖는 액정셀을 이용하는 것도 본 발명의 범위에 들어가는 것은 말할 것도 없다.

원편광광의 위상이 π/2 시프트하면 직선편광광이 되고, -π/2 시프트하면 상기와 직교하는 방향의 직선편광광이 된다. 또, 직선편광광의 위상이 π/2 시프트하면 원편광광이 되고, -π/2 시프트하면 상기와는 역회전의 선회방향의 원편광광이 된다.

상기한 바와 같은 액정표시장치(100)에 있어서, 광원장치(12)에서 출사한 무편광광은 그 광 중의 한쪽 선회방향의 원편광성분, 예를 들면 도 21에 나타낸 바와 같이 좌선원편광광(L)만이 원편광분리층(14)을 투과하여 액정셀(102)에 도달한다.

다른쪽 우선원편광광(R)은 원편광분리층(14)에 있어서 반사되고, 광원장치(12)의 반사층(12A)에서 반사될 때 또는 광로중의 광확산판에 의해 위상이 역전 또는 무편광인 상태가 되고, 원편광분리층(14)을 투과하는 좌선편광광(L)이 증가하고, 액정셀(16)에 입사한다.

액정셀(102)에 있어서 액정층(104)에 화소전극(104A, 104B)에서 전압을 인가하는 것에 의해 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 액정셀(102)을 통과하는 원편광광은 전계의 인가에 의해 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트시킨다.

따라서, 상기한 바와 같이 액정셀(102)에 입사한 원편광광은 그 위상이 π/2 시프트되면 직선편광광이 되고, -π/2 시프트되면 상기와 직교하는 방향의 직선편광광이 되어 액정셀(102)에서 출사한다.

상기 2색성 직선편광층(18)의 편광투과축을 상기 2개의 편향방향의 한쪽에 일치시켜 두면, 액정층(104)에 인가하는 전계를 제어하는 것에 의해 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광의 양을 조정할 수 있고, 액정표시기능을 갖게 할 수 있다. 또, 당연히 계조표시도 할 수 있다.

이것을 도 2의 푸앵카레구에 의해 설명하면, 푸앵카레구의 상극의 점에서 방위각 λ=0으로 점도상의 점(H)까지 0∼π/2 시프트되는 것에 의해 좌회전의 원편광은 좌회전의 타원편광→수평인 직선편광이 되고, 또 적도상의 점(V)까지 0∼-π/2 시프트되는 것에 의해 좌회전의 타원편광→수직인 직선편광이 된다.

따라서, 시프트량이 0∼π/2의 범위에서는 시프트량이 큰 만큼 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광량이 커지고, 0∼-π/2의 범위에서는 시프트량이 큰 만큼 어두워지며, 최종적으로는 도 23에 나타낸 바와 같이 암표시가 된다.

상기 2색성 직선편광층(18)은 광흡수 타입의 2색성 편광판으로 구성되어 있기 때문에, 외광(무편광광)이 2색성 직선편광층(18)의 표면에 입사해도, 그 50%가 흡수되고, 나머지 50%가 투과되며, 반사성분이 거의 없기 때문에, 액정표시장치(10)에 있어서 화면 콘트라스트의 저하를 대폭 억제할 수 있다.

또, 액정층(104)의 복굴절을 이용하기 때문에, 별도 컬러 필터를 이용하지 않고 컬러 액정표시기능을 갖게 하는 것도 가능하다.

이 액정표시장치(100)에 있어서도 상기 원편광분리층(14)과 액정셀(102) 사이에 부2색성 원편광층(13)을 배치해도 좋다.

이 경우, 원편광분리층(14) 전의 부2색성 원편광층(13)에 있어서, 액정셀(102)의 투과광에서 우선원편광광(R)이 흡수되기 때문에 원편광분리층(14)의 투 과성분은 거의 없다. 이 때문에, 더욱 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

다음에, 도 24에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 10 예에 관련된 액정표시장치(110)에 대해 설명한다.

이 액정표시장치(110)는 광원장치(12), 이 광원장치(12)에서 출사되는 광 중의 한쪽의 예를 들면 지면면내(이하 수평이라 한다) 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층(32), 액정셀(102) 및 이 액정셀(102)을 투과한 편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 원편광층(34)을 구비하여 구성되어 있다.

이 액정표시장치(110)에 있어서는 광원장치(12)에서의 무편광광은 직선편광분리층(32)에 있어서 수평의 직선편광성분이 투과되고, 이것과 직교방향의 직선편광성분이 반사된다.

직선편광분리층(32)을 투과한 직선편광광은 액정셀(102)에 입사하여 여기에 인가되는 전계에 의해 그 위상이 시프트된다.

액정셀(102)에 있어서 액정층(104)에 화소전극(104A, 104B)에서 전압이 인가되는 것에 의해 액정의 지연값이 변화되고, 이것에 의해 액정셀(102)을 통과하는 직선편광광은 전계의 인가에 의해 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트된다.

상기한 바와 같이 액정셀(102)에 입사한 직선편광광은 그 위상이 π/2 시프 트되면 원편광광이 되고, -π/2 시프트되면 상기와는 역회전의 선회방향의 원편광광이 되어 액정셀(102)에서 출사한다.

이것을 도 2의 푸앵카레구에 의해 설명하면, 푸앵카레구의 적도상의 점(H)에서 방위각 λ=0으로 0∼π/2 시프트되는 것에 의해 수평인 직선편광은 우회전의 타원편광→우회전의 원편광(R)이 된다. 따라서, 시프트량이 큰 만큼, 2색성 원편광층(34)을 투과하는 광량이 커진다. 또, 상기 점(H)에서 0∼π시프트될 때, 시프트량에 따라 어두워지고, -π/2 일 때는 도 25에 나타낸 바와 같이 암표시가 된다.

상기 2색성 원편광층(34)의 편광투과축을 상기 2개의 선회방향의 한쪽 우회전에 일치시켜 두면, 도 14의 액정셀(62)과 같이, 액정층(104)에 인가하는 전계를 제어하는 것에 의해 2색성 원편광층(18)을 투과하는 광의 양을 조정할 수 있고, 액정표시기능을 갖게 할 수 있으며, 계조표시가 가능하다.

이 액정표시장치(110)에 있어서도 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(102) 사이에 부2색성 직선편광층(15)을 배치해도 좋다.

이 경우, 직선편광분리층(32)을 투과한 직선편광광은 부2색성 직선편광층(15)을 투과하지만, 이 때 직선편광분리층(32)에서 반사되지 않은 나머지 직교직선편광광이 흡수된다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

다음에 도 26에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 11 예에 관련된 액정표시장치(120)에 대해 설명한다.

도 26의 액정표시장치(120)는 도 21의 액정표시장치(100)를 반사형으로 한 것이고, 도 21에 있어서 광원장치(12)를 대신하여 광흡수층(36)을 설치하고 있다.

다른 구성은 도 21의 액정표시장치(100)와 동일하기 때문에, 동일 부분에 동일 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략하는 것으로 한다.

이 반사형의 액정표시장치(120)에 있어서는 외광(무편광광)은 2색성 직선편광층(18)에 입사하고, 설정된 투과축과 일치하는 방향만의 수평의 직선편광광이 액정셀(102)에 입사한다. 외광의 다른쪽 직선편광성분은 2색성 직선편광층(18)에 의해 흡수되기 때문에, 반사광에 의해 화면의 콘트라스트를 저하시키는 일이 없다.

액정층(102)에 입사한 수평의 직선편광광은 여기에 존재하는 액정층에 인가된 전계에 의해 그 위상이 시프트된다.

즉, 액정셀(102)에 있어서 액정층(104)에 화소전극(104A, 104B)에서 전압이 인가되는 것에 의해 액정의 지연값이 변화되고, 이것에 의해 액정셀(102)을 통과하는 직선편광광은 전계의 인가에 의해 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트시킨다.

상기한 바와 같이 액정셀(102)에 입사한 직선편광광은 그 위상이 π/2 시프트되면 원편광광이 되고, -π/2 시프트되면 상기와는 역회전의 선회방향의 원편광광이 되어 액정셀(102)에서 출사한다.

액정셀(102)에서 출사한 원편광광은 그 광 중의 한쪽의 선회방향의 원편광성분, 예를 들면 도 21에 나타낸 바와 같이 좌회전의 원편광성분(L)이 원편광분리층(14)을 투과하여 상기 광흡수층(36)에 도달한다.

다른쪽 우선회방향의 원편광성분(R)은 원편광분리층(14)에 있어서 반사되고, 위상이 역전되지 않고 그대로 액정셀(102)에 입사한다.

액정셀(102)에 있어서 액정층(104)에 화소전극(104A, 104B)에는 상기한 바와 같이 전압이 인가되기 때문에, 액정의 지연값의 변화에 의해 액정셀(102)을 통과하는 원편광광은 전계의 인가에 의해 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트된다.

따라서, 상기한 바와 같이 액정셀(102)에 입사한 원편광광은 그 위상이 π/2 시프트되면 직선편광광이 되고, -π/2 시프트되면 상기한 것과 직교하는 방향의 직선편광광이 되어 액정셀(102)에서 출사한다.

상기 2색성 직선편광층(18)의 편광투과축은 상기한 바와 같이 상기 2개의 편향방향의 한쪽에 일치되기 때문에, 액정셀(102)에서 출사한 직선편광광의 편광축의 기울기에 따라 2색성 직선편광층(18)을 투과하여 표시광이 된다. 따라서, 액정층(104)에 인가하는 전계를 제어하는 것에 의해 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광의 양을 조정할 수 있고, 액정표시기능을 갖게 할 수 있다. 또, 당연히 계조표시도 할 수 있다.

또, 액정셀의 액정층에 화소전극에서 전압을 인가하지 않은 때에 액정셀을 통과하는 광의 위상이 실질적으로 π/2 시프트하고, 상기 전극에 전압을 인가한 경우에 액정셀을 통과하는 광의 위상이 실질적으로 시프트하지 않도록 해도 좋다.

이 액정표시장치(120)에 있어서도 상기 원편광분리층(14)과 액정셀(102) 사이에 부2색성 원편광층(13)을 배치해도 좋다.

이 경우, 액정셀(102)에서 출사한 좌회전의 원편광성분(L)이 부2색성 원편광층(13)에 있어서 흡수된다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

도 27에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 제 12 예에 관련된 액정표 시장치(130)는 광원(12), 직선편광분리층(32), 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π시프트시키는 지연값을 갖는 액정층(134)(도 28 참조)과 이 액정층(134)에 전계를 인가하는 화소전극(134A, 134B)을 포함하여 이루어지고, 상기 직선편광분리층(14)을 투과하여 입사하는 직선편광광을 상기 액정층(134)에 상기 화소전극(134A, 134B)에서 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변화시키고, 상기 직선편광분리층(32)과 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 상기 직선편광과 직교하는 방향의 또 한쪽의 직선편광광까지의 직선편광으로 변환하는 액정셀(132) 및 이 액정셀(132)의 상기 직선편광분리층(32)과 반대측에 배치되고, 액정셀(132)을 투과한 상기 직선편광광을 수광하는 광흡수형의 2색성 직선편광층(18)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 액정셀(132)은 상기 도 4∼도 6에 나타낸 액정셀(16)에 대해 액정층(134) 이외는 동일 구성이기 때문에, 다른 부분의 설명은 생략한다.

여기에서, 상기 액정층(134)은 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π시프트하는 지연값을 갖도록 조정되어 있고, 화소전극(134A, 134B)간의 전계의 인가의 유무에 관계없이, 지연값이 거의 동일하다. 이 조정은 액정층의 복굴절 및 두께를 제어하는 것에 의해 주지된 여러가지 액정, 예를 들면 네마틱(Nn) 액정에 의해 실행할 수 있다. 또 액정의 방향자(D)의 방향은 모두 실질적으로 기판(20A, 20B)에 대해 평행하다.

또, 상기 「실질적으로 π시프트한다」 및 「실질적으로 기판(20A, 20B)과 평행」에 있어서 「실질적으로」는 예를 들면 액정의 선경사각이나 여러가지 외란 등으로 이상적인 상태로부터 약간 벗어난 경우도 포함한다는 의미이다.

상기 시프트에 대해 도 2에 나타낸 푸앵카레구를 이용하여 설명하면, 예를 들면 푸앵카레구의 적도상의 점(H)으로 표시되는 수평의 직선편광을 방위각 λ=0으로 π만큼 정방향으로 시프트시키면, 푸앵카레구에 있어서 적도상의 점(V)에 도달한다. 즉, 수평의 직선편광은 π시프트되는 것에 의해 수직인 직선편광이 된다.

상기한 바와 같이, 수평직선편광광의 위상이 π시프트하면, 이것과 직교하는 수직의 직선편광광이 된다. 따라서, 광의 위상을 π시프트시키는 지연값을 갖는 액정의 방향자의 방향에 대해 45도 각도로 직선편광을 입사시키면 상기 직선편광광과 직교하는 직선편광광이 된다.

한편, 액정의 방향자의 방향이 액정의 지연값을 변화시키지 않은채로, 면내에서 회전하면, 한쪽 직선편광광에서 이것과 직교하는 방향의 직선편광광이 되는 사이에 편광상태가 변화한다. 예를 들면, 액정의 방향자의 방향에 대해 0도의 각도로 직선편광을 입사시키면, 상기 직선편광광의 편광상태는 이상적으로는 변화하지 않고, 액정의 방향자의 방향에 대해 0∼45도까지의 각도에서 직선편광을 입사시키면 상기 직선편광광의 편광상태는 상기 직선편광광과 직교하는 직선편광광까지의 사이의 임의의 직선편광이 된다. 직선편광은 도 2의 푸앵카레구 상에서 적도상의 임의의 점으로 이동한다. 즉, 액정층에 입사하는 직선편광광의 전장진동 벡터의 방향을 실질적으로 0∼90도까지 변화시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 액정표시장치(130)에 있어서, 광원장치(12)에서 출사한 무편광광은 직선편광분리층(32)에 있어서 특정방향, 예를 들면 수평의 직선편광 성분 이 투과되고, 이것과 직교방향의 직선편광성분이 반사된다.

반사된 직선편광성분은 광원장치(12)에 있어서 반사층(12A)에서 반사되기 때문에, 예를 들면 난반사인 경우 50%가 수평직선편광광이 되어 직선편광분리층(32)을 투과한다. 또, 광확산판이 광로중에 있는 경우도 마찬가지이다.

직선편광분리층(32)을 투과한 직선편광광은 액정셀(132)에 입사하여 여기의 액정층의 방향자의 방향에 의해 전장진동 벡터의 방향을 실질적으로 0∼90도까지 변화시킨다.

상세하게는 액정셀(132)에 있어서 액정층(134)의 지연에 의해 수평의 직선편광광이 수직의 직선편광광이 되는데, 액정층(22)에 화소전극(134A, 134B)에서 전압을 인가하는 것에 의해 상기 지연은 실질적으로 π로 일정한 채로, 방향자의 방향을 변화시키고, 이것에 의해 액정셀(132)을 통과하는 직선편광광은 전계의 인가에 의해 전장진동 벡터의 방향을 실질적으로 0∼90도까지 변화시킨다.

특히, 상기 액정의 방향자의 방향을 실질적으로 0∼45도까지 변화시키도록 상기 전극간의 전압을 제어하는 회로(26)(도 4 참조)를 갖는 것이 바람직하다.

그렇게 하면, 상기한 바와 같이 액정셀(132)에 입사한 직선편광광은 그 위상이 이것과 직교하는 방향의 직선편광광까지의 편광상태로 액정셀(132)에서 출사한다.

상기 2색성 직선편광층(18)의 편광투과축을 상기 2개의 편향방향의 한쪽에 일치시켜 두면, 액정층(134)에 인가하는 전계를 제어하고, 특히 상기 액정의 방향자의 방향을 실질적으로 0∼45도까지 변화시키도록 전계를 제어하는 것에 의해 도 4의 액정셀(16)과 마찬가지로, 2색성 직선편광층(18)을 투과하는 광의 양을 최대값에서 최소값까지 조정할 수 있고, 양호한 액정표시기능, 예를 들면 계조표시기능을 갖게 할 수 있다.

또, 도 27은 직선편광광이 2색성 직선편광층(18)에서 출사하는 상태의, 소위 명표시의 경우를 나타낸 것인데, 도 29에 나타낸 바와 같이, 상기 액정셀(132) 내에 있어서 액정의 방향자(D)의 방향을 액정셀(132)에서 출사하는 직선편광광의 편광방향이 도 27의 경우와 직교하는 방향으로 하면, 소위 암표시가 된다.

상기 2색성 직선편광층(18)은 광흡수 타입의 2색성 편광판으로 구성되어 있기 때문에, 외광(무편광광)이 2색성 직선편광층(18)의 표면에 입사해도, 그 50%가 흡수되고, 나머지 50%가 투과되며, 반사성분이 거의 없기 때문에, 액정표시장치(130)에 있어서 화면의 콘트라스트 저하를 대폭 억제할 수 있다.

이 액정표시장치(130)에 있어서도, 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(132) 사이에 부2색성 직선편광층(15)을 배치해도 좋다.

다음에, 도 30에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 13 예에 관련된 액정표시장치(140)에 대해 설명한다.

또, 도 30에 있어서, 상기 도 27에 나타낸 액정표시장치(130)에 있어서와 동일부분에는 도 27과 동일부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략하는 것으로 한다.

도 30의 액정표시장치(140)는 도 27의 액정표시장치(130)를 반사형으로 한 것이고, 도 27에 있어서 광원장치(12)를 대신하여 광흡수층(36)을 설치하고 있다.

다른 구성은 도 27의 액정표시장치(130)와 동일하기 때문에, 동일부분에 동일부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략하는 것으로 한다.

이 반사형의 액정표시장치(140)에 있어서는, 외광(무편광광)은 2색성 직선편광층(18)에 입사하고, 설정된 투과축과 일치하는 방향만의 수평의 직선편광광이 액정셀(132)에 입사한다. 외광의 다른쪽 직선편광성분은 2색성 직선편광층(18)에 의해 흡수되기 때문에, 반사광에 의해 화면의 콘트라스트를 저하되는 일이 없다.

액정층(132)에 입사한 수평의 직선편광광은 여기에 존재하는 액정층(134)에 의해 전장진동 벡터의 방향을 실질적으로 0∼90도까지 변화시킨다.

액정셀(132)에 있어서 액정의 지연에 의해 수평의 직선편광광이 수직의 직선편광광으로 시프트되도록 하는데, 액정층(134)에 화소전극(134A, 134B)에서 전압이 인가되는 것에 의해 액정의 지연값은 π인채로, 방향자의 방향이 면내에서 변화되고, 이것에 의해 상기 직선편광의 전장 벡터 방향과, 상기 액정층의 지상축방향 또는 진상축 방향이 이루는 각도에 의해 직선편광에서 상기 직선편광과 직교관계에 있는 또 한쪽의 직선편광광까지의 임의의 직선편광의 상태가 된다.

따라서, 액정셀(132)에서 출사한 직선편광광은 그 편광축 방향에 의해 직선편광분리층(32)에 있어서 반사되고, 남은 성분이 직선편광분리층(32)을 투과한다. 직선편광분리층(14)에서 반사된 직선편광광은 액정셀(132)에 되돌아가고, 2색성 직선편광층(18)에서 출사하여 표시광이 된다.

상기 직선편광분리층(32)에서 반사하여 액정셀(132)을 투과하는 광의 양을 액정층(34)에 인가하는 전압에 의해 조정할 수 있다. 이것에 의해 계조표시가 가능하게 된다.

직선편광분리층(32)을 투과한 편광성분은 흑색의 광흡수층(36)에서 흡수, 제거될 수 있기 때문에, 직선편광분리층(32)에서 반사되고나서 액정셀(132)을 투과하는 편광광(표시광)과의 대비에 있어서 매우 콘트라스트가 좋은 표시상태를 얻을 수 있다.

이 액정표시장치(140)에 있어서도, 상기 직선편광분리층(32)과 액정셀(132) 사이에 부2색성 직선편광층(15)을 배치해도 좋다.

이 경우, 액정셀(132)에서 출사한 직선편광광은 일부가 부2색 직선편광층(15)을 투과하고, 나머지가 부2색 직선편광층(15)에서 흡수된다. 따라서, 매우 콘트라스트가 좋은 상태가 얻어진다.

도 1에 나타낸 액정표시장치(10)를 원편광분리층(14)으로서 플래너 배향한 콜레스테릭 액정층을 이용하고, 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트하는 지연값을 갖는 액정셀(16), 광흡수 타입의 2색성 직선편광층(18)을 적층하여 작성했다.

액정셀(16)에 전계를 인가하여 액정의 지연값을 일정하게 한채, 액정층(22)의 방향자를 변화시킨바, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다.

도 8에 나타낸 액정표시장치(30)는 직선편광분리층(32)으로서 연신다층을 이용하고, 또 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트하는 지연값을 갖는 액정셀(16), 2 색성 원편광층(34)으로서 광흡수 타입의 2색성 직선편광층에 λ/4 위상차층을 적층하여 구성한 바, 상기한 바와 같이, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다.

또, 도 10에 나타낸 반사형의 액정표시장치(40)에 대해서는 원편광분리층(14)으로서 콜레스테릭 액정층을 이용하고, 흑색의 광흡수층(36), 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트하는 지연값을 갖는 액정셀(16), 광흡수 타입의 2색성 직선편광층(18)을 적층하여 구성했다. 이 경우도, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없었다. 또, 액정셀을 투과하여 완전한 원편광이 될 수 없었던 편광성분을 부2색성 원편광층(13) 및 흑색의 광흡수층(36)에서 흡수, 제거할 수 있기 때문에, 매우 콘트라스트가 좋은 표시상태가 되었다.

도 12에 나타낸 반사형의 액정표시장치(50)에 있어서는 마찬가지로 작성하여 매우 콘트라스트가 좋은 암표시상태를 얻을 수 있었다.

도 14에 나타낸 액정표시장치(60)를 원편광분리층(14)으로서 콜레스테릭 액정층을 이용하고, 전압의 인가에 의해 지연값을 변화시키고, 광의 위상을 실질적으로 0∼π시프트하는 액정셀(62), 2색성 원편광층(34)으로서 광흡수 타입의 2색성 직선편광층에 λ/4 위상차층을 적층하여 작성했다.

액정셀(62)에 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시킨 바, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다.

도 17에 나타낸 액정표시장치(70)는 직선편광분리층(32)으로서 연신다층을 이용하고, 또 상기한 바와 같은 액정셀(62), 광흡수 타입의 2색성 직선편광층(18) 을 적층하여 구성한 바, 상기와 마찬가지로, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다.

또, 도 19에 나타낸 반사형의 액정표시장치(80)에 대해서는 원편광분리층(14)으로서 콜레스테릭 액정층을 이용하고, 흑색의 광흡수층(36), 상기와 동일한 형태의 액정셀(62), 광흡수 타입의 2색성 원편광층(34)을 적층하여 구성했다. 이 경우도, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없었다. 또, 액정셀을 투과한 편광성분을 흑색의 광흡수층(36)에서 흡수, 제거할 수 있기 때문에, 매우 콘트라스트가 좋은 표시상태가 되었다.

도 20에 나타낸 반사형의 액정표시장치(90)에 있어서도, 마찬가지로 작성하여 매우 콘트라스트가 좋은 표시상태를 얻을 수 있었다.

도 21에 나타낸 액정표시장치(100)를 원편광분리층(14)으로서 콜레스테릭 액정층을 이용하고, 전압의 인가에 의해 지연값을 변화시키고, 광의 위상을 실질적으로 -π/2∼π/2 시프트하는 액정셀(102), 2색성 직선편광층(18)을 적층하여 작성했다.

액정셀(102)에 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시킨 바, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다. 도 26의 반사형의 액정표시장치(120)에 있어서도 마찬가지였다.

도 24에 나타낸 액정표시장치(110)는 직선편광분리층(32)으로서 연신다층을 이용하고, 또 상기한 바와 같은 액정셀(102), 광흡수 타입의 2색성 원편광층(34)을 적층하여 구성한 바, 상기와 마찬가지로, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다.

도 27에 나타낸 액정표시장치(130)를 직선편광분리층(32)으로서 연신다층을 이용하고, 또 전압의 인가에 의해 액정의 방향자를 변화시키고, 입사직선편광광의 전장진동 벡터의 방향을 실질적으로 0∼90도까지 변화하는 액정셀(132), 2색성 직선편광층(18)을 적층하여 작성했다.

액정셀(132)에 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변화시킨 바, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없이, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있었다.

또, 도 30에 나타낸 반사형의 액정표시장치(140)에 대해서는 직선편광분리층(32)으로서 연신다층을 이용하고, 또 흑색의 광흡수층(36), 상기와 동일한 형태의 액정셀(132), 부2색성 직선편광층(15), 광흡수 타입의 2색성 직선편광층(18)을 적층하여 구성했다.

이 경우도, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없었다. 또, 액정셀을 투과한 편광성분을 흑색의 광흡수층(36)에서 흡수, 제거할 수 있기 때문에, 매우 콘트라스트가 좋은 표시상태가 되었다.

본 발명은 액정표시장치에 있어서, 광의 이용효율을 대폭 향상할 수 있는 동시에, 외광에 기인하는 대폭적인 콘트라스트의 저하가 없고, 또 액정층의 복굴절을 이용하여 표시하는 것에 의해 콘트라스트가 좋은 표시상태가 얻어진다.

Claims

액정표시장치에 있어서,

입사광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 광흡수형의 2색성 원편광층과,

투과하는 광의 위상을 시프트시키는 액정층 및 상기 액정층에 전계를 인가하는 전극을 포함하여 이루어지고, 상기 액정층에 상기 전극으로부터 전계를 인가하여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 입사하는 원편광광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 작용을 갖게 되는 액정셀과,

입사하는 원편광광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 반사하는 원편광분리층을

관찰측으로부터 이러한 순서로 배치하여 이루어지고,

상기 2색성 원편광층 및 원편광분리층의 일 측으로부터 광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
액정표시장치에 있어서,

입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 광흡수형의 2색성 직선편광층과,

투과하는 광의 위상을 시프트시키는 액정층 및 상기 액정층에 전계를 인가하는 전극을 포함하여 이루어지고, 상기 액정층에 상기 전극으로부터 전계를 인가하 여 액정의 지연값을 변화시키고, 이것에 의해 입사하는 직선편광광의 위상을 실질적으로 0∼π 시프트하는 작용을 갖는 액정셀과,

입사한 직선편광광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층을

관찰측으로부터 이러한 순서로 배치하여 이루어지고,

상기 2색성 직선편광층 및 직선편광분리층의 일 측으로부터 광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 액정셀은 그 액정층이 2장의 기판에 끼워지고, 상기 전극이 상기 액정층을 사이에 두고 상기 2장의 기판에 배치되며, 상기 전극에 전압을 인가할 때, 액정층 내의 액정분자의 상기 기판면에 대한 각도가 변화하는 모드이고, 이것에 의해 상기 액정의 지연값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
액정표시장치에 있어서,

입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 광흡수형의 2색성 직선편광층과,

투과하는 광의 위상을 실질적으로 π 시프트시키는 지연값을 갖는 액정층 및 상기 액정층에 전계를 인가하는 전극을 포함하여 이루어지고, 입사하는 직선편광광을 상기 액정층에 상기 전극으로부터 전계를 인가하여 액정의 방향자의 방향을 변 화시키고, 반대방향으로 출사하기까지의 사이에 상기 직선편광과 직교하는 방향의 또 한쪽의 직선편광광까지의 직선편광으로 변환하도록 이루어진 액정셀과,

입사한 직선편광광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 반사하는 직선편광분리층을

관찰측으로부터 이러한 순서로 배치하여 이루어지고,

상기 2색성 직선편광층 및 직선편광분리층의 일 측으로부터 광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 4 항에 있어서,

상기 액정셀에 있어서 액정의 방향자의 방향을 실질적으로 0∼45도 까지 변화시키도록 상기 전극간의 전압을 제어하는 회로를 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 액정셀을 그 액정층이 2장의 기판에 끼워지고, 상기 전극이 한쪽 기판 상에 형성되며, 상기 전극에 전압을 인가한 때의 전계방향이 상기 기판면과 실질적으로 평행한 부분을 갖고, 액정층 내의 대부분의 액정분자의 방향이 상기 기판면과 실질적으로 평행한채로 회전하는 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 원편광분리층을 콜레스테릭 액정층으로 이루어진 선광선택층으로 구성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 직선편광분리층을 복굴절성을 갖는 필름을 3층 이상으로 적층하여 이루어진 평면형상 다층구조로 하고, 각 층의 평면내에서 서로 수직인 진동방향을 가진 2개의 광 중 한쪽 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차와, 다른쪽 광에 대한 두께방향으로 인접하는 층간에 있어서 굴절율의 차가 상이하도록 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 직선편광분리층을 투과하는 광의 위상을 실질적으로 π/2 시프트시키는 지연값을 갖는 위상차층과, 콜레스테릭 액정층으로 이루어진 선광선택층으로 구성하고, 상기 콜레스테릭 액정층을 투과 또는 반사한 원편광이 직선편광으로 변환되도록 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정셀과 상기 직선편광분리층 사이에 입사하는 광 중 한쪽 직선편광성분을 투과하고, 이것과 직교방향의 직선편광성분을 흡수하는 보조2색성 직선편광층을 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정셀과 상기 원편광분리층 사이에 입사광 중 오른쪽 또는 왼쪽 선회방향 중 한쪽 원편광성분을 투과하고, 다른쪽 원편광성분을 흡수하는 보조2색성 원편광층을 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 직선편광분리층의 상기 액정셀과 반대측에 광원을 배치하고, 이 광원광이 상기 직선편광분리층을 거쳐 상기 액정셀에 입사하는 투과형으로 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 직선편광분리층의 상기 액정셀과 반대측에 이 직선편광분리층을 투과한 광을 흡수하는 광흡수층을 설치하여 반사형으로 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 원편광분리층의 상기 액정셀과 반대측에 광원을 배치하고, 이 광원광이 상기 원편광분리층을 경유하여 상기 액정셀에 입사하는 투과형으로 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 원편광분리층의 상기 액정셀과 반대측에 상기 원편광분리층을 투과한 광을 흡수하는 광흡수층을 설치하여 반사형으로 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.