KR100741625B1 - 표시 소자 및 표시 장치 - Google Patents

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KR100741625B1
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이찌로 이노우에
쇼이찌 이시하라
다까꼬 고이데
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

대향하는 2매의 기판(기판(1 및 2)) 사이에, 전계 무인가 시에는 광학적으로 등방성을 나타내고, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성을 나타내는 매질로 이루어지는 유전성 물질층(3)을 마련한다. 그리고, 기판(1)에 있어서의 기판(2)과의 대향면에, 유전성 물질층(3)에 전계를 인가하기 위한 빗형 전극(4·5)을 상호 대향하도록 배치한다. 또한, 기판(1 및 2)에 있어서의, 양 기판의 대향면과는 반대측의 면에, 각각 편광판(6 및 7)을 구비한다. 이에 의해, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖는 표시 소자를 실현할 수 있다.
광학 이방성, 편광판, 유전성 물질층, 굴절율 타원체, 큐빅상, 배향 질서

Description

표시 소자 및 표시 장치{DISPLAY ELEMENT AND DISPLAY DEVICE}
도 1(a)은 전계 무인가 상태에서의 본 발명의 표시 소자의 단면도이고, 도 1(b)은 전계 인가 상태에서의 본 발명의 표시 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 표시 소자에 있어서의, 빗형 전극 및 편광판의 배치를 설명하기 위한 설명도.
도 3(a)은 전계 무인가 상태에서의 종래의 액정 표시 소자의 단면도이고, 도 3(b)은 전계 인가 상태에서의 종래의 액정 표시 소자의 단면도이고, 도 3(c)은 종래의 액정 표시 소자에 있어서의 전압 투과율 곡선을 도시하는 그래프.
도 4는 본 표시 소자 및 종래의 액정 표시 소자에 있어서의, 표시 원리의 차이를 설명하기 위한 설명도.
도 5는 각종 액정상의 구조 모델.
도 6은 큐빅상의 구조 모델(로드 네트워크 모델).
도 7은 큐빅상의 구조 모델.
도 8(a)은 전계 무인가 상태에서의 종래의 액정 표시 소자의 단면도이고, 도 8(b)은 전계 인가 상태에서의 종래의 액정 표시 소자의 단면도.
도 9는 액정 마이크로에멀전의 구조를 도시하는 모식도.
도 10은 액정 마이크로에멀전의 구조를 도시하는 모식도.
도 11은 리오트로픽 액정상의 분류 도면.
도 12는 본 발명의 실시의 일 형태에 따른 표시 소자에 대하여 측정한 전압-투과율 특성으로부터 어림한, 투과율이 최대로 되는 전압치과, 굴절율 이방성 Δn과 유전율 이방성 Δε의 곱(Δn×Δε)의 관계를 도시하는 그래프.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 표시 소자를 이용하는 표시 장치의 주요부의 개략 구성을 나타내는 블록도.
도 14는 도 13에 도시하는 표시 장치에 이용되는 표시 소자의 주변의 개략 구성을 나타내는 모식도.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 16(a)은 전계 무인가 상태에서의 상기 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 16(b)은 전계 인가 상태에서의 상기 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 17(a)은 전계 무인가 상태에서의 상기 표시 소자의 매질을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 17(b)은 전계 인가 상태에서의 상기 표시 소자의 매질을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 18은 상기 표시 소자에 있어서의 인가 전압과 투과율의 관계를 도시하는 그래프.
도 19(a) 내지 도 19(h)는, 상기 표시 소자와 종래의 액정 표시 소자의 표시 원리의 차이를, 전계 무인가 시 및 전계 인가 시에 있어서의 매질의 평균적인 굴절 율 타원체의 형상 및 그 주축 방향에서 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 19(a)는 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도이고, 도 19(b)는 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도이고, 도 19(c)는 TN 방식의 액정 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도이고, 도 19(d)는 TN 방식의 액정 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도이고, 도 19(e)는 VA 방식의 액정 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도이고, 도 19(f)는 VA 방식의 액정 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도이고, 도 19(g)는 IPS 방식의 액정 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도이고, 도 19(h)는 IPS 방식의 액정 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도.
도 20은 상기 표시 소자에 있어서의 전극 구조와 편광판 흡수축의 관계를 설명하는 도면.
도 21은 다른 방위와 편광판 흡수축의 관계를 설명하는 도면.
도 22는 위상차판을 구비하고 있지 않은 경우의 표시 소자에 있어서의 극각과 콘트라스트의 관계를 도시하는 그래프.
도 23은 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 도면.
도 24는 도 23에 도시하는 콘트라스트 최대 조건일 때의 상기 표시 소자에 있어서의 극각과 콘트라스트의 관계를 도시하는 그래프.
도 25는 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 다른 도면.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 반사형의 표시 소자의 주요부의 개략 구성의 일례를 도시하는 단면도.
도 27은 기판면 법선 방향에의 전계 인가에 의한 표시 방식을 이용한 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 28은 배향막의 러빙 방향과 편광판 흡수축의 관계를 설명하는 도면.
도 29는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 표시 소자의 주요부의 개략 구성의 일례를 도시하는 단면도.
도 30은 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 도면.
도 31은 도 30에 도시하는 콘트라스트 최대 조건일 때의 표시 소자에 있어서의 극각과 콘트라스트의 관계를 도시하는 그래프.
도 32는 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 다른 도면.
도 33(a) 내지 도 33(d)은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 표시 소자의 주요부의 개략 구성의 일례를 도시하는 단면도.
도 34는 본 발명의 다른 본 실시 형태에 따른 표시 소자에 마련된 편광판의 주요부의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 35는 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 또 다른 도면.
도 36은 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 또 다른 도면.
도 37은 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 또 다른 도면.
도 38(a) 및 도 38(b)은 시야각을 향상시킬 수 있는 편광판의 법선 방향의 리터데이션과 위상차판의 리터데이션의 관계를 도시하는 그래프.
도 39는 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판의 리터데이션과 표시 소자의 콘트라스트의 관계를 나타내는 또 다른 도면.
도 40은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 표시 소자를 이용하는 표시 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 41은 종래의 구동 방법에 의해 구동되는 표시 소자에 있어서의 인가 전압의 경시적 변화를 도시하는 그래프.
도 42(a)는 본 발명의 구동 방법에 의해 얻어지는 신호 전압을 제1 프레임에 있어서 인가하는 모습을 도시하는 그래프이고, 도 42(b)는 도 42(a)에 도시한 바와 같이 신호 전압을 표시 소자에 인가한 경우의 투과율의 경시적 변화를 도시하는 그래프.
도 43은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 표시 소자에 있어서의, 인가 전압과 용량의 관계를 도시하는 그래프.
도 44는 종래의 구동 방법에 의해 구동되는 표시 소자를, 그 주변의 구성과 함께 도시하는 모식도.
도 45는 신호 전압에 대한 표시 소자의 이상적인 응답을 설명하기 위한, 전압 파형 발생기, 스위칭 소자, 및 표시 소자의 각각에 있어서의 전압 파형을 도시 하는 그래프.
도 46(a)은 종래의 구동 방법에 의해 표시 소자에 인가되는 신호 전압을 도시하는 그래프이고, 도 46(b)은 도 46(a)에 도시한 바와 같이 신호 전압이 인가된 경우의 투과율의 변화를 도시하는 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 기판
3 : 유전성 물질층
4, 5 : 빗형 전극
6, 7 : 편광판
20 : 액정 표시 소자
본 발명은 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖는, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용한 표시 소자에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 각종 표시 소자 중에서도 박형이고 경량이면서 소비 전력이 작다고 하는 이점을 갖고 있다. 이 때문에, 텔레비전이나 모니터 등의 화상 표시 장치나, 워드 프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등의 OA(Office Automation) 기기, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 휴대 전화 등의 정보 단말기 등에 구비되는 화상 표시 장치에 널리 이용되고 있다.
액정 표시 소자의 액정 표시 방식으로서는, 종래, 예를 들면, 네마틱(네마틱) 액정을 이용한 트위스티드 네마틱(TN) 모드나, 강 유전성 액정(FLC) 혹은 반강 유전성 액정(AFLC)을 이용한 표시 모드, 고분자 분산형 액정 표시 모드 등이 알려져 있다.
이들 액정 표시 방식 중, 예를 들면, TN 모드의 액정 표시 소자는 종래부터 실용화되고 있다. 그러나, TN 모드를 이용한 액정 표시 소자에는, 응답이 느리고 시야각이 좁다는 등의 결점이 있으며, 이들 결점은 CRT(cathode ray tube)를 능가하는 데에 있어서 큰 방해로 되고 있다.
또한, FLC 혹은 AFLC를 이용한 표시 모드는, 응답이 빠르고 시야각이 넓다고 하는 이점을 갖고는 있지만, 내충격성, 온도 특성 등의 면에서 큰 결점이 있어, 널리 실용화되기까지에는 아직 이르다.
또한, 광 산란을 이용하는 고분자 분산형 액정 표시 모드는, 편광판을 필요로 하지 않고, 고휘도 표시가 가능하지만, 본질적으로 위상판에 의한 시각 제어를 할 수 없는 데다가, 응답 특성의 면에서 과제를 갖고 있어, TN 모드에 대한 우위성이 적다.
이들 표시 방식은 어느 것이나, 액정 분자가 일정 방향으로 정렬된 상태에 있고, 액정 분자에 대한 각도에 따라서 보이는 방법이 서로 다르기 때문에, 시각 제한이 있다. 또한, 이들 표시 방식은 어느 것이나, 전계 인가에 의한 액정 분자의 회전을 이용하는 것이며, 액정 분자가 정렬된 채로 다 같이 회전하기 때문에, 응답에 시간을 요한다. 또한, FLC나 AFLC를 이용한 표시 모드의 경우, 응답 속도나 시야각의 면에서는 유리하지만, 외력에 의한 비가역적인 배향 파괴가 문제로 된다.
한편, 전계 인가에 의한 액정 분자의 회전을 이용하는 이들 표시 방식에 대하여, 2차의 전기 광학 효과를 이용한 전자 분극에 의한 표시 방식이 제안되어 있다.
전기 광학 효과란, 물질의 굴절율이 외부 전계에 의해서 변화하는 현상이다. 전기 광학 효과에는 전계의 1차에 비례하는 효과와 2차에 비례하는 효과가 있으며, 각각 포켈스 효과, 커 효과라고 불리고 있다. 특히, 2차의 전기 광학 효과인 커 효과는, 고속의 광 셔터에의 응용이 일찍부터 진행되고 있어, 특수한 계측 기기에 있어서 실용화되어 있다.
커 효과는 1875년에 J.Kerr(커)에 의해서 발견된 것으로, 지금까지, 커 효과를 나타내는 재료로서는, 니트로 벤젠이나 이황화 탄소 등의 유기 액체가 알려져 있다. 이들 재료는 예를 들면, 상기한 광 셔터, 광 변조 소자, 광 편광 소자, 혹은 전력 케이블 등의 고전계 강도 측정 등에 이용되고 있다.
그 후, 액정 재료가 큰 커 상수를 갖는 것이 개시되고, 광 변조 소자, 광 편향 소자, 나아가서는 광 집적 회로 응용을 위한 기초 검토가 행하여져, 상기 니트로 벤젠의 200배를 넘는 커 상수를 나타내는 액정 화합물도 보고되어 있다.
이러한 상황에 있어서, 커 효과의 표시 장치에의 응용이 검토되기 시작하고 있다. 커 효과는 전계의 2차에 비례하기 때문에, 전계의 1차에 비례하는 포켈스 효과와 비교하여, 상대적으로 저전압 구동을 기대할 수 있는 데다가, 본질적으로, 수 마이크로 초 내지 수 밀리 초의 응답 특성을 나타내기 때문에, 고속 응답 표시 장치에의 응용이 기대된다.
이러한 상황 가운데, 예를 들면, 일본국 특허 공보인 특허 공개 2001-249363호 공보(공개일 2001년 9월 14일), 특허 공개 평성 11-183937호 공보(1999년 7월 9일 공개), 및 Shiro Matsumoto 외 3명, 「Fine droplets of liquid crystals in a transparent polymer and their response to an electric field」, Appl. Phys.Lett, 1996년, vol.69, p.1044-1046에는, 액정성 물질로 이루어지는 매질을 한 쌍의 기판 사이에 봉입하고, 기판에 평행 또는 수직 전계를 인가하여 커 효과를 유기하여, 표시 소자로서 적용하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 상기 특허 공개 2001-249363호 공보에는, 커 효과를 이용한 표시 장치로서, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판과, 해당 한 쌍의 기판 사이에 협지된 등방상 상태의 유극성 분자를 포함하는 매체와, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽의 기판의 외측에 배치된 편광판과, 상기 매체에 전계를 인가하기 위한 전계 인가 수단을 구비한 표시 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허 공개 2001-249363호 공보에 개시되어 있는 표시 장치에서는, 구동 가능한 온도 범위가 네마틱-등방상 전이점 근방에 한정되기 때문에, 매우 정밀한 온도 제어가 필요해져, 실용화가 곤란하다고 하는 문제가 있다. 즉, 커 효과의 온도 의존성, 바꿔 말하면 액정 재료의 커 상수의 온도 의존성이, 실용상의 큰 문제로 되고 있다.
이것은 액정 재료를 이용한 경우, 커 효과(그것 자신은 등방상 상태에서 관찰됨)는, 액정상-등방상 상전이 온도 근방에서 최대로 되고, 온도(T) 상승과 함께 1/(T-Tni)(또한, Tni는 상전이 온도를 나타냄)에 비례하는 함수로 감소하기 때문이다.
또한, 상기 특허 공개 2001-249363호 공보에서는, 액정 재료에, 특정한 비 액정 물질을 첨가함으로써, 커 효과의 온도 의존성이 아니라, 액정 재료의 등방상 전이 온도를 저하시켜, 실용적인 온도 영역에서 큰 커 효과를 얻고자 하는 시도가 이루어지고 있지만, 커 효과의 온도 의존성을 충분히 해소하기에는 아직 이르다.
또한, 상기 각 문헌에 기재되어 있는 표시 소자에서는, 상기 기판의 각각의 외측에, 서로의 흡수축이 직교하는 편광판을 배치하고, 전계 무인가 시에 매질이 광학적으로 등방이고 흑 표시를 실현하는 한편, 전계 인가 시에는 복굴절이 발생하여, 이에 의한 투과율 변화를 가져옴으로써, 계조 표시를 행하고 있다. 이 때문에, 기판 법선 방향의 콘트라스트는 매우 높은 값을 실현할 수 있다.
그러나, 본원 발명자 등에 의한 상세한 검토에 따르면, 상기 종래의 구성을 갖는 표시 소자를 경사에서 보았을 때의 콘트라스트, 특히, 편광판 흡수축으로부터 45도의 방위에 있어서의 경사 시각의 콘트라스트가 낮다는 것을 알았다. 이것은 상기 표시 소자에 의한 시야각이 좁은 것을 의미하며, 예를 들면, 상기 표시 소자를 이용한 텔레비전이나 퍼스널 컴퓨터 모니터로서의 실용성의 점에서 문제로 된다.
또한, 상기 각 문헌에 기재되어 있는, 전계 인가에 의해 광학적 이방성의 정 도가 변화하는 물질을 이용한 표시 소자에, 일반적인 액정 표시 소자에 이용하는 것과 마찬가지의 스위칭 소자를 마련하여 구동한 경우, 표시 소자에 의한 화상 표시의 응답이, 스위칭 소자에 의한 신호 전압에 대하여 늦어진다고 하는 문제가 있다. 또한, 신호 전압이란, 표시 소자를 구동하기 위해서 스위칭 소자에 의해 표시 소자에 기입되는 전압을 의미하고 있다.
구체적으로는, 도 44에 도시한 바와 같이, 표시 소자(200)에, FET(전계 효과형 트랜지스터) 등으로 이루어지는 스위칭 소자(201)와, 전압 파형 발생기(202)를 마련한다. 이와 같이 표시 소자(200)에 스위칭 소자(201) 및 전압 파형 발생기(202)를 마련하면, 스위칭 소자(201)가 도통 상태로 되었을 때에, 전압 파형 발생기(202)가 출력하고 있던 전압이 표시 소자(200)에 인가되고, 표시 소자(200)의 충전이 행하여진다. 그리고, 스위칭 소자(201)가 비도통으로 되면, 충전된 전하가 표시 소자(200)에 유지된 그대로 된다.
즉, 이상적으로는, 도 45에 도시한 바와 같이, 전압 파형 발생기(202)에 의해 전압이 발생되고 있을 때에 스위칭 소자(201)가 도통 상태로 되면, 표시 소자(200)의 충전이 개시된다. 그리고, 스위칭 소자(201)가 비도통 상태로 되더라도, 표시 소자(200)에 충전된 전하는 일정하게 유지된 상태로 될 것이다.
그러나, 도 46(a)에 도시한 바와 같이 일정한 신호 전압이 표시 소자에 기입되어 있는 경우에, 표시 소자(200)에 있어서의 실제 투과율 응답 파형을 관찰하면, 해당 응답 파형은, 도 46(b)에 도시한 바와 같이 계단 형상으로 된다는 것을 알았다. 따라서, 결과적으로, 표시 소자의 신호 전압에 대한 표시 응답 시간은 1 프레 임 이상의 길이로 된다. 전형적인 표시 응답 시간은, 프레임 주파수가 60Hz라고 하면, 16.7ms 이상의 길이로 된다. 이러면, 예를 들면 동화상 표시에 있어서 잔상이 보인다고 하는 식으로, 표시 품위가 저하한다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖는 표시 소자 및 표시 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 표시 소자는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 유전성 물질층을 구비하고, 상기 유전성 물질층에 전계를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있다. 여기서, 광학적 이방성의 정도가 변화한다는 것은, 굴절율 타원체의 형상이 변하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 표시 소자에서는, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 굴절율 타원체의 형상의 변화를 이용함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있다.
한편, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서, 굴절율 타원체는 타원 그대로이고, 그 길이축 방향(굴절율 타원체의 방향)이 변화(회전)한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 굴절율 타원체의 길 이축 방향이 변화(회전)함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현하고 있었다.
종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에서는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없으므로, 고속 응답을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 소자는 고속 응답성을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면, 필드 시켄셜 컬러 방식의 표시 장치에 이용할 수도 있다.
또한, 종래의 전기 광학 효과를 이용한 액정 표시 소자에서는, 구동 온도 범위가 액정상의 상전이점 근방의 온도에 제한되어, 매우 고정밀도의 온도 제어가 필요하다고 하는 문제가 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에 따르면, 상기 매질을, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태로 되는 온도로 유지하기만 하면 되므로, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기의 구성에서는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하기 때문에, 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜 표시를 행하는 종래의 액정 표시 소자보다도, 광 시야각 특성을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 표시 소자에 있어서, 경사 시각의 콘트라스트를 향상시킴으로써 시야각 특성이 우수한 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 표시 소자는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판과, 해당 한 쌍의 기판 사이에 협지되고, 전계의 인가에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질과, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판을 구비한 표시 소자로서, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 구비하고, 상기 위상차판은, 상기 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx1, ny1, 법선 방향의 주 굴절율을 nz1로 하면, ny1 방향이, 해당 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하도록 배치되어 있어도 된다.
상기 표시 소자는, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판이, 그 주 굴절율과 편광판의 흡수축이 상기한 관계를 갖도록 배치되어 있음으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 종래보다도 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 따르면, 종래보다도 시야각 특성이 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한 본 발명은, 각 화소에 스위칭 소자를 마련하여 구동한 경우에 고속 응답이 얻어지는 표시 소자 및 그 구동 방법, 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 표시 소자의 구동 방법은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 봉입되어 있는 표시 소자의 구동 방법으로서, 상기 매질에 입력되는 신호 전압을, 전회의 영상 신호와 금회의 영상 신호에 기초하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 봉입되어 있는 표시 소자로서, 전회의 영상 신호와 금회의 영상 신호에 기초하여, 상기 매질에 입력하는 신호 전압을 설정하기 위한 보정후 영상 신호를 출력하는 영상 신호 보정 처리 수단을 포함하고 있다.
종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에서의 표시 소자는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기 구성의 표시 소자는, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없으므로, 고속 응답의 표시 성능을 본래적으로 갖고 있다.
또한, 상기 구성에 따르면, 금회의 영상 신호의 입력에 의해 인가될 소망의 전압이, 될 수 있으면 빠르게 상기 매질에 인가되도록 산출되는 신호 전압을, 금회의 영상 신호와 전회의 영상 신호에 기초하여 설정할 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자보다도 고속의 응답 성능을 갖고 있는 표시 소자에 대하여, 그 고속 응답 성능을 잃지 않는 신호 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하는 표시 소자의 고속 응답을 보다 적확하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명의 표시 소자의 구동 방법은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 봉입되어 있는 표시 소자의 구동 방법으로서, 상기 매질에 입력되는 신호 전압을, 전회의 영상 신호의 입력에 응답하여 상기 표시 소자가 나타낼 것으로 예측되는 도달 예측 데이터와, 금회의 영상 신호에 기초하여 설정하는 구성이어도 된다. 도달 예측 데이터로서는, 예를 들면, 표시 소자에 인가되고 있는 전압을 나타내는 데이터, 혹은 표시 소자에 의한 표시의 계조 레벨을 나타내는 데이터를 들 수 있다.
종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에서의 표시 소자는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기 구성의 표시 소자는, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없으므로, 고속 응답의 표시 성능을 본래적으로 갖고 있다.
또한, 상기 구성에 따르면, 금회의 영상 신호의 입력에 의해 인가될 소망의 전압이, 되도록이면 빠르게 상기 매질에 인가되도록 산출되는 신호 전압을, 금회의 영상 신호와 도달 예측 데이터에 기초하여 설정할 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자보다도 고속의 응답 성능을 갖고 있는 표시 소자에 대하여, 그 고속 응답 성능을 잃지 않는 신호 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하는 표시 소자의 고속 응답을 보다 적확하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
특히, 도달 예측 데이터를 이용하여 신호 전압을 설정함으로써, 도달 예측 데이터와, 실제로 표시 소자가 나타내고 있는 데이터가 서로 다른 경우라도, 신호 전압의 설정을 확실하게 행할 수 있다. 따라서, 상기 표시 소자의 고속 응답을 확실하게 실현할 수 있다고 하는 효과도 발휘한다.
본 발명의 표시 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 상기한 어느 하나의 구성의 표시 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은, 이하에 개시하는 기재에 의해서 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이점은 첨부 도면을 참조한 다음 설명에서 명백해질 것이다.
〔실시 형태 1〕
본 발명의 실시의 일 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.
도 1(a) 및 도 1(b)은 본 실시 형태에 따른 표시 소자(본 표시 소자)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 본 표시 소자는 구동 회로나 신호선(데이터 신호선), 주사선(주사 신호선), 스위칭 소자 등과 함께 표시 장치에 배치되어 이용된다.
도 13은 본 표시 소자를 이용하는 표시 장치의 주요부의 개략 구성을 나타내는 블록도이고, 도 14는 도 13에 도시하는 표시 장치에 이용되는 본 표시 소자(표시 소자(120))의 주변의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(100)는, 화소(10 …)가 매트릭스 형상으로 배치된 표시 패널(102)과, 구동 회로로서의 소스 드라이버(103) 및 게이트 드라이버(104)와, 전원 회로(106) 등을 구비하고 있다.
상기 각 화소(10)에는 도 14에 도시한 바와 같이, 본 표시 소자(표시 소자(120)) 및 스위칭 소자(121)가 마련되어 있다.
또한, 상기 표시 패널(102)에는, 복수의 데이터 신호선 SL1∼SLn(n은 2 이상의 임의의 정수를 나타냄)과, 각 데이터 신호선 SL1∼SLn에 각각 교차하는 복수의 주사 신호선 GL1∼GLm(m은 2 이상의 임의의 정수를 나타냄)이 마련되고, 이들 데이터 신호선 SL1∼SLn 및 주사 신호선 GL1∼GLm의 조합마다, 상기 화소(10…)가 마련되어 있다.
상기 전원 회로(106)는 상기 소스 드라이버(103) 및 게이트 드라이버(104)에, 상기 표시 패널(102)에서 표시를 행하기 위한 전압을 공급하고, 이에 의해, 상기 소스 드라이버(103)는 상기 표시 패널(102)의 데이터 신호선 SL1∼SLn을 구동하고, 게이트 드라이버(104)는 표시 패널(102)의 주사 신호선 GL1∼GLm을 구동한다.
상기 스위칭 소자(121)로서는, 예를 들면 FET(전계 효과형 트랜지스터) 혹은 TFT(박막 트랜지스터) 등이 이용되고, 상기 스위칭 소자(121)의 게이트 전극(22)이 주사 신호선 GLi에, 드레인 전극(23)이 데이터 신호선 SLi에, 또한, 소스 전극(24)이 표시 소자(120)에 접속되어 있다. 또한, 표시 소자(120)의 타단은, 전 화소(10…)에 공통의 도시하지 않은 공통 전극선에 접속되어 있다. 이에 의해, 상기 각 화소(10)에 있어서, 주사 신호선 GLi(i는 1 이상의 임의의 정수를 나타냄)가 선택되면, 스위칭 소자(121)가 도통하고, 도시하지 않은 컨트롤러로부터 입력되는 표시 데이터 신호에 기초하여 결정되는 신호 전압이, 소스 드라이버(103)에 의해 데이터 신호선 SLi(i는 1 이상의 임의의 정수를 나타냄)를 개재하여 표시 소자(120)에 인가된다. 표시 소자(120)는 상기 주사 신호선 GLi의 선택 기간이 종료하여 스위칭 소자(121)가 차단되어 있는 동안, 이상적으로는 차단 시의 전압을 계속 유지한다.
본 표시 소자는 대향하는 2매의 기판(기판(1 및 2)) 사이에, 광학 변조층인 유전성 물질층(3)이 협지되어 이루어진다. 또한, 기판(1)에 있어서의 기판(2)과의 대향면에는, 유전성 물질층(3)에 전계를 인가하기 위한 전계 인가 수단인 빗형 전극(빗살 모양의 전극)(4·5)이 서로 대향 배치되어 있다. 또한, 기판(1 및 2)에 있어서의, 양 기판의 대향면과는 반대측의 면에는 각각 편광판(6 및 7)이 구비되어 있다.
또한, 도 1(a)은 빗형 전극(4·5) 사이에 전압(전계)이 인가되고 있지 않은 상태(전압(전계) 무인가 상태(OFF 상태))를 도시하고 있고, 도 1(b)은 빗형 전극(4·5) 사이에 전압(전계)이 인가되고 있는 상태(전압(전계) 인가 상태(ON 상태))를 도시하고 있다.
기판(1 및 2)은 글래스 기판으로 구성되어 있다. 단, 기판(1 및 2)의 재질은 이것에 한하는 것이 아니고, 기판(1 및 2) 중 적어도 한쪽이 투명한 기판이면 된다. 또한, 본 표시 소자에 있어서의 양 기판 사이의 간격, 즉 유전성 물질층(3)의 두께는 10㎛이다. 단, 양 기판 사이의 간격은 이것에 한정되는 것이 아니라, 임의로 설정하면 된다.
도 2는 빗형 전극(4·5)의 배치 및 편광판(6·7)의 흡수축 방향을 설명하기 위한 설명도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 본 표시 소자에서는, 빗살 모양으로 형성된 빗형 전극(4 및 5)이 대향 배치되어 있다. 또한, 빗형 전극(4·5)은 선 폭 5㎛, 전극간 거리(전극 간격) 5㎛로 형성되어 있지만, 이것에 한하지 않고, 예를 들면, 기판(1)과 기판(2) 사이의 갭에 따라서 임의로 설정할 수 있다. 또한, 빗형 전극(4·5)의 재료로서는, ITO(인듐 주석 산화물) 등의 투명 전극 재료, 알루미늄 등의 금속 전극 재료 등, 전극 재료로서 종래 공지의 각종 재료를 이용할 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 양 기판에 각각 마련된 편광판(6·7)은, 서로의 흡수축이 직교함과 함께, 각 편광판에 있어서의 흡수축과 빗형 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분의 전극 신장 방향이 약 45도의 각도를 이루도록 구비되어 있다. 이 때문에, 각 편광판에 있어서의 흡수축은, 빗형 전극(4·5)의 전계 인가 방향에 대하여 약 45도의 각도를 이룬다.
유전성 물질층(3)은 米谷 愼, 「분자 시뮬레이션으로 나노 구조 액정상을 탐색한다」, 액정, 제7권, 제3호, p.238-245, 2003년, 및 「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.2B, p.887-900, Wiley-VCH, 1998에 기재되어 있는 BABH8로 이루어진다. 이 BABH8의 구조식은 하기 구조식 1로 표현된다.
Figure 112006070865837-pat00001
또한, 양 기판(1·2)의 대향면 위에, 러빙 처리가 실시된 배향막을 필요에 따라서 형성해도 된다. 이 경우, 기판(1)측에 형성되는 배향막은 빗형 전극(4·5)을 피복하도록 형성해도 된다.
다음에, 본 표시 소자의 표시 원리에 대하여 설명한다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 표시 소자에 있어서, 유전성 물질층(3)의 온도를, 도시하지 않은 외부 가온 장치에 의해서 136.7℃ 이상 161℃ 이하로 제어한다. 이 온도 범위에서는 BABH8은 격자 상수가 약 6nm로 광학 파장보다 1자릿수 이상이나 작고, 광학 파장 미만(가시광의 파장 미만)의 스케일의, 큐빅 대칭성(입방정의 대칭성)을 갖는 질서 구조로 이루어지는 큐빅상(cubic phase, 입방정상)을 나타낸다. 또한, 상기 「분자 시뮬레이션으로 나노 구조 액정상을 탐색한다」에는, 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같은 큐빅상의 구조 모델이 도시되어 있다.
상기와 같이, BABH8은 질서 구조가 광학 파장 미만이기 때문에 투명하다. 즉, 상기 온도 범위에서, 전계 무인가의 경우에는, 유전성 물질층(3)은 광학적으로 등방성을 나타낸다(거시적으로 볼 때 등방이면 됨). 따라서, 본 표시 소자는 직교 니콜하에 있어서 양호한 흑 표시를 행할 수 있다.
한편, 유전성 물질층(3)의 온도를 136.7℃ 이상 161℃ 이하로 제어하면서, 빗형 전극(4·5) 사이에 전계를 인가하면, 큐빅 대칭성을 갖는 구조에 왜곡이 발생하여, 광학적 이방성을 발현한다. 즉, BABH8은 상기의 온도 범위에서, 전계 무인가 상태에서는 광학적으로 등방성이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현한다.
이와 같이, 본 표시 소자는, 전계를 인가함으로써 큐빅 대칭성을 갖는 구조에 왜곡이 발생하여, 복굴절이 발생하기 때문에, 양호한 백 표시를 행할 수 있다. 또한, 복굴절이 발생하는 방향은 일정하고, 그 크기가 전계 인가에 의해서 변화한다. 또한, 빗형 전극(4·5) 사이에 인가하는 전압과 투과율의 관계를 나타내는 전압 투과율 곡선은, 상기와 같은 넓은 온도 범위에서 안정된 곡선으로 된다.
이상과 같이, 본 표시 소자에서는, 136.7℃ 이상 161℃ 이하의 약 20K의 온도 범위에서 안정된 전압 투과율 곡선을 얻을 수 있다. 이 때문에, 본 표시 소자에서는 온도 제어를 매우 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 표시 소자는 등방상(소위 액체상)을 이용하지 않는 점이, 종래의 전기 광학 효과를 이용한 액정 표시 소자와 서로 다르다. 여기서, 등방상이란, 분자의 배향 방향이 등방적인 상을 의미한다. 즉, 본 표시 소자에 있어서의 유전성 물질층(3)은 열적으로 안정된 상이고, 종래의 등방상(소위 액체상)을 이용한 액정 표시 소자와 같은 급격한 온도 의존성이 발현하지 않아, 온도 제어가 매우 용이하다. 또한, 본 표시 소자와 종래의 액정 표시 소자의 상위점에 대해서는, 후에 더욱 자세하게 설명한다.
또한, 본 표시 소자는 큐빅 대칭성을 갖는 구조에 발생하는 왜곡, 즉, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하기 때문에, 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜 표시를 행하는 종래의 액정 표시 소자보다도, 광 시야각 특성을 실현할 수 있다. 또한, 본 표시 소자는, 복굴절이 발생하는 방향이 일정하고, 광축 방향이 변화하지 않기 때문에, 보다 넓은 시야각 특성을 실현할 수 있다.
또한, 본 표시 소자는, 미소 영역의 구조(결정과 같은 격자)의 왜곡에 의해서 발현하는 이방성을 이용하여 표시를 행하고 있다. 이 때문에, 종래의 액정 표시 소자의 표시 원리와 같이, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없어, 1ms 정도의 고속 응답을 실현할 수 있다. 즉, 종래의 액정 표시 소자의 표시 원리에서는 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주었지만, 본 표시 소자에서는, 미소 영역의 구조의 왜곡을 이용하기 때문에, 액정 고유의 점도의 영향이 작아, 고속 응답을 실현할 수 있다. 따라서, 본 표시 소자는 그 고속 응답성을 이용하여, 예를 들면 필드 시켄셜 컬러 방식의 표시 장치에 적용할 수도 있다.
여기서, 본 표시 소자와 종래의 액정 표시 소자의 상위점에 대하여, 자세히 설명한다.
도 3(a) 및 도 3(b)은 종래의 전기 광학 효과를 이용한 액정 표시 소자의 일례인 액정 표시 소자(20)의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 액정 표시 소자(20)는, 유전성 물질층(3a)의 재질이 본 표시 소자에 있어서의 유전성 물질층(3)의 재질과 다른 것 이외에는, 본 표시 소자와 마찬가지의 구성이다. 즉, 액정 표시 소자(20)에 있어서의 유전성 물질층(3a)에는, 하기의 구조식 2를 갖는 화합물이 봉입되어 있다. 또한, 이 화합물은 33.3℃ 미만에서 네마틱상을 나타내고, 그 이상의 온도에서는 등방상을 나타낸다.
Figure 112006070865837-pat00002
이 액정 표시 소자(20)를, 도시하지 않은 외부 가온 장치에 의해서 네마틱상-등방상의 상전이 직상부 근방의 온도(상전이 온도보다도 약간 높은 온도)로 유지하여, 전압 인가를 행함으로써, 투과율을 변화시킬 수 있다.
또한, 도 3(a)은 네마틱상-등방상의 상전이 직상부 근방의 온도로 유지한 액정 표시 소자(20)에 있어서의, 전계 무인가 상태에서의 액정 분자의 배향 상태를 도시하는 설명도이다. 또한, 도 3(b)은 네마틱상-등방상의 상전이 직상부 근방의 온도로 유지한 액정 표시 소자(20)에 있어서의, 전계 인가 상태에서의 액정 분자의 배향 상태를 도시하는 설명도이다.
도 3(a)에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 상태에서는, 상기 화합물로 이루어지는 유전성 물질층(3a)은 등방상이기 때문에, 광학적으로 등방이고, 액정 표시 소자(20)의 표시 상태는 흑 표시로 된다. 한편, 전계 인가 시에는 도 3(b)에 도시 한 바와 같이, 전계가 인가되고 있는 영역에 있어서, 전계 방향에 상기 화합물의 분자의 길이축 방향이 배향하고, 복굴절이 발현하기 때문에, 투과율을 변조할 수 있다.
도 3(c)은 액정 표시 소자(20)를 네마틱상-등방상의 상전이 직상부 근방의 온도로 유지하여, 인가하는 전압을 변화시킨 경우의 전압 투과율 곡선이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 액정 표시 소자(20)의 투과율은 인가하는 전압에 따라서 변화한다.
여기서, 「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.1, p.484-485, Wiley-VCH, 1998에 의하면, 전계 인가에 의해 발생하는 복굴절은,
Δn=λ BE2
로 기술할 수 있다. 또한, λ는 광의 파장, B는 커 상수, E는 인가 전계 강도이다.
그리고, 이 커 상수 B는
B∝(T-Tni)-1
에 비례한다.
따라서, 전이점(Tni) 근방에서는 약한 전계 강도로 구동되고 있었다고 해도, 온도(T)가 상승함과 함께 급격히 필요한 전계 강도가 증대한다. 이 때문에, 상전이 직상부의 온도에서는, 약 100V 이하의 전압에서, 투과율을 충분히 변조시킬 수 있지만, 상전이 온도로부터 충분히 먼 온도(상전이 온도보다도 충분히 높은 온도) 에서는 투과율을 변조시키기 위해서 필요한 전압이 커진다. 따라서, 액정 표시 소자(20)에서는, 구동 온도 범위가 네마틱상-등방상 상전이점 근방으로 제한되어, 매우 고정밀도의 온도 제어(전형적으로는 0.1 K 정도의 범위)가 필요하다.
또한, 상기의 설명에서는 기판면에 평행한 방향에 전계를 인가하는 방식의 액정 표시 소자(20)에 대하여 설명했지만, 다른 방식이라도 마찬가지이다. 예를 들면, 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시하는 액정 표시 소자(30)와 같이, 기판면 법선 방향에 전계를 인가하는 경우라도, 고정밀도의 온도 제어가 필요하다.
액정 표시 소자(30)에서는, 액정 표시 소자(20)에 있어서의 빗형 전극(4 및 5) 대신에, 투명 전극(4a 및 5a)이, 기판(1 및 2)의 대향면에 각각 구비되어 있다. 즉, 액정 표시 소자(30)는 액정 표시 소자(20)와 마찬가지로, 전기 광학 효과를 이용한 액정 표시 소자의 일례이다.
이 액정 표시 소자(30)를, 유전성 물질층(3a)에 봉입한 매질의 상전이 온도 직상부 근방의 온도로 유지하면, 전계 무인가 시에는, 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 유전성 물질층(3a)은 등방상으로 되고, 전계 인가 시에는, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 액정 분자의 길이축 방향이 전계와 수직인 방향으로 배향한다.
이러한 구성의 액정 표시 소자(30)에 있어서도, 액정 표시 소자(20)의 경우와 마찬가지로, 상전이 온도보다도 충분히 높은 온도에서는, 투과율을 변조시키기 위해서 필요한 전압이 커진다. 따라서, 액정 표시 소자(30)에 대해서도, 매우 고정밀도의 온도 제어가 필요하다.
이에 대하여, 본 표시 소자는 상기와 같이, 미소 영역의 구조(결정과 같은 격자)의 왜곡에 의해서 발현하는 이방성을 이용하여 표시를 행하고 있다. 그리고, BABH8은 136.7℃ 이상 161℃ 이하의 넓은 온도 범위에서 큐빅상을 나타내고, 이 넓은 온도 범위(약 24K)에 있어서 안정된 전압 투과율 곡선이 얻어지기 때문에, 본 표시 소자에서는 온도 제어가 매우 용이해진다. 즉, 본 표시 소자에서는 BABH8을, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태인 큐빅상을 나타내는 온도로 유지하기만 하면 되기 때문에, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.
다음에, 본 표시 소자 및 종래의 액정 표시 소자에 있어서의 표시 원리의 상위점에 대하여, 더욱 자세하게 설명한다.
도 4는 본 표시 소자 및 종래의 액정 표시 소자에 있어서의 표시 원리의 차이를 설명하기 위한 설명도로, 전계 인가 시 및 전계 무인가 시에 있어서의 굴절율 타원체의 형상 및 방향을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 4에서는 종래의 액정 표시 소자로서, TN 방식, VA(Vertical Alignment, 수직 배향) 방식, IPS(In Plane Switching, 면내 응답) 방식을 이용한 방식의 액정 표시 소자에 있어서의 표시 원리를 도시하고 있다.
이 도면에 도시한 바와 같이, TN 방식의 액정 표시 소자는, 대향하는 기판 사이에 액정층이 협지되어 있고, 양 기판 위에 각각 투명 전극(전극)이 구비된 구성이다. 그리고, 전계 무인가 시에는, 액정층에서의 액정 분자의 길이축 방향이 나선 형상으로 비틀어져 배향하고 있지만, 전계 인가 시에는, 액정 분자의 길이축 방향이 전계 방향을 따라서 배향한다. 이 경우에 있어서의 평균적인 굴절율 타원체는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는 길이축 방향이 기판면에 평행 한 방향을 향하고 있고, 전계 인가 시에는 길이축 방향이 기판면 법선 방향을 향한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 전계 인가에 의해서 그 길이축 방향(굴절율 타원체의 방향)이 변화한다. 즉, 굴절율 타원체가 회전한다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 형상은 거의 변하지 않는다.
또한, VA 방식의 액정 표시 소자는, TN 방식과 마찬가지로, 대향하는 기판 사이에 액정층이 협지되어 있고, 양 기판 위에 각각 투명 전극(전극)이 구비된 구성이다. 단, VA 방식의 액정 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에는, 액정층에서의 액정 분자의 길이축 방향이, 기판면에 대하여 대략 수직인 방향으로 배향하고 있지만, 전계 인가 시에는, 액정 분자의 길이축 방향이 전계와 수직인 방향으로 배향한다. 이 경우에 있어서의 평균적인 굴절율 타원체는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는 길이축 방향이 기판면 법선을 향하고, 전계 인가 시에는 길이축 방향이 기판면과 평행한 방향을 향한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 그 길이축 방향이 변화한다(굴절율 타원체가 회전함). 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 형상은 거의 변하지 않는다.
또한, IPS 방식의 액정 표시 소자는 하나의 기판 위에 대향하는 한 쌍의 전극이 구비되어 있고, 양 전극간의 영역에 액정층이 형성되는 구성이다. 그리고, 전계 인가에 의해서 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있게 되어 있다. 따라서, IPS 방식 의 액정 표시 소자에서도, 도 4에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 그 길이축 방향이 변화한다(굴절율 타원체가 회전함). 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 모양은 거의 변하지 않는다.
이와 같이, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 무인가 시라도 액정 분자가 어떠한 방향으로 배향하고 있고, 전계를 인가함으로써 그 배향 방향을 변화시켜 표시(투과율의 변조)를 행하고 있다. 즉, 굴절율 타원체의 길이축 방향이 전계 인가에 의해서 회전(변화)하는 것을 이용하여 표시를 행하고 있다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 모양은 거의 변하지 않는다. 즉, 종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 가시광 이상에 있어서의 배향 질서도는 거의 일정하며, 배향 방향을 변화시키는 것에 의해 표시를 행하고 있다.
이에 대하여, 본 표시 소자에서는 상기와 같이, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 BABH8(전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성이 발현하는 매질을 이용하는 경우)을 이용하는 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는 굴절율 타원체가, 종래의 액정 표시 소자과는 달리 구 형상으로 된다. 즉, 전계 무인가 시에는 등방적(가시광 이상에 있어서의 배향 질서도≒0(배향 질서도가 가시광에 대하여 아무런 영향을 주지 않을 정도로 작음))이다(광학적 등방성을 나타냄).
그리고, 전계를 인가함으로써 이방성(가시광 이상의 스케일에서의 배향 질서도>0)이 발현하고, 굴절율 타원체가 타원으로 된다(광학적 이방성을 나타냄). 즉, 본 표시 소자에서는, 전계 무인가 시에는 굴절율 타원체의 모양이 등방적(nx=ny=nz)이고, 전계 인가에 의해서 굴절율 타원체의 모양에 이방성(nx>ny)이 발현한다. 여기서, nx, ny, nz는 각각, 기판면에 평행하고 양 전극의 대향 방향에 평행한 방향, 기판면에 평행하고 양 전극의 대향 방향과 직교하는 방향, 기판면과 수직인 방향에 대한 굴절율을 나타내고 있다.
또한, 가시광 이상에서의 배향 질서도≒0(배향 질서도가 전혀 없음)이라고 하는 것은, 가시광보다 작은 스케일에서 본 경우에는, 액정 분자 등이 임의의 방향으로 배열하고 있는 비율이 많지만(배향 질서가 있지만), 가시광보다 큰 스케일에서 보면, 배향 방향이 평균화되어 있는 배향 질서가 없다는 것을 의미하고 있다. 예를 들면, 도 7에 도시한 큐빅상에서는, 작은 스케일에서 보면 장소마다 몇몇개의 액정 분자가 배열되어 있지만, 도 7에 도시한 입방체 전체보다 큰 스케일에서 보면 배향 방향은 평균화되어 있다. 그러나, 도 7에 도시한 큐빅상은, 가시광 이상의 스케일에서 본 경우, 배향 질서도는 전혀 없다고 말할 수 있다.
즉, 본 발명에서, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도≒0이라는 것은, 배향 질서도가 가시광 파장 영역, 및 가시광 파장 영역보다 큰 파장의 광에 대하여 어떤 영향을 미치지 않을 정도로 작다는 것을 나타낸다. 예를 들면, 크로스 니콜 하에서 흑표시를 실현하고 있는 상태를 나타낸다. 한편, 본 발명에서, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도>0이라는 것은, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도가, 거의 제로의 상태보다 큰 것을 나타내며, 예를 들면, 크로스 니콜 하에서 백 표시를 실현하고 있는 상태를 나타낸다(이 경우, 계조 표시 인 그레이도 포함함).
또한, 상기 전계 인가 시의 굴절율 타원체의 길이축 방향은, 전계 방향에 대하여 평행(유전 이방성이 플러스의 매질인 경우), 또는 수직(유전 이방성이 마이너스의 매질을 이용하는 경우)으로 된다.
이에 대하여, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 인가에 의해서 굴절율 타원체의 길이축 방향을 회전시켜 표시를 행하기 때문에, 굴절율 타원체의 길이축 방향은, 전계 방향에 대하여 평행 또는 수직으로 된다고는 할 수 없다.
이와 같이, 본 표시 소자에서는, 분자의 배향 방향은 일정(전계 인가 방향은 변화하지 않음)하고, 가시광 이상에 있어서의 배향 질서도를 변조시킴으로써 표시를 행하고 있다. 즉, 본 표시 소자에서는, 매질 그 자체의 광학적 이방성(또는 가시광 이상에 있어서의 배향 질서)의 정도가 변화한다. 따라서, 본 표시 소자와 종래의 액정 표시 소자에서는 표시 원리가 크게 다르다.
또한, 본 표시 소자에서는 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, BABH8을 이용했지만, 이것에 한하는 것이 아니다. 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질은, 물성상은 액체가 아니라, 전계를 인가함으로써 가시광 이상에 있어서의 배향 질서도가 변화하는, 즉, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이면 된다.
예를 들면, 전계 무인가 시에는 광학적 등방성을 나타내고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현하는 매질을 이용할 수 있다. 즉, 전계 무인가 시에는 광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)를 갖고 있고, 광학 파장 영역에 있어서 투명 한 물질이고, 전계 인가에 의해서 배향 질서가 변화하여 광학적 이방성이 발현하는 매질을 이용할 수 있다.
혹은, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 갖고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 소실되어 광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)로 되고, 광학적 등방성을 나타내는 매질을 이용하여도 된다.
따라서, 예를 들면, BABH8 이외의, 큐빅상을 나타내는 분자로 이루어지는 매질을 이용하여도 되고, 혹은 큐빅상 이외의 배향 질서(질서 구조)를 갖는 분자로 이루어지는 매질을 이용하여도 된다. 또한, 예를 들면, 코폴리머, 양 친매성 분자, 덴드리머 분자, 액정 등으로 이루어지는 매질을 이용하여도 무방하다. 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 이용할 수 있는 매질의 몇 가지의 예를, 이하에 매질 예로서 도시한다.
〔매질 예 1〕스메크틱 D상(SmD)
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 액정상의 하나인 스메크틱 D상(SmD)을 나타내는 분자로 이루어지는 매질을 적용할 수 있다.
스메크틱 D상을 나타내는 액정성 물질로서는, 예를 들면, ANBC16이 있다. 또한, ANBC16에 대해서는, 齊藤 一彌 (갈)조徠 道夫, 「광학적으로 등방성인 진귀한 서모트로픽 액정의 열역학」, 액정, 제5권, 제1호, p.21, 도 1 구조1(n=16)나, 「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.2B, Wiley-VCH, 1998, p.888, Table 1, 화합물(compound no.) 1, 화합물 1a, 화합물 1a-1)에 기재되어 있는 하기 일반 수학 식 3·4
Figure 112006070865837-pat00003
Figure 112006070865837-pat00004
로 표현되는 ANBC16 등을 들 수 있다. 또한, 상기 일반 수학식 3·4에 있어서, m은 임의의 정수, 구체적으로는, 일반 수학식 3에서는 m=16, 일반식 4에서는 m=15를 나타내고, X는-NO2기를 나타낸다.
이 액정성 물질(ANBC16, 상기 화학 구조식 3에 있어서 m=16)은, 171.0℃ 내지 197.2℃의 온도 범위에서, 스메크틱 D상을 나타낸다. 스메크틱 D상은, 복수의 분자가 정글짐(등록상표)과 같은 삼차원적 격자를 형성하고 있고, 그 격자 상수는 수 십㎚ 이하이고, 광학 파장 미만이다. 즉, 스메크틱 D상은 큐빅 대칭성을 갖고 있고, 광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)를 갖는다. 또한, 본 실시 형태에 나타낸 ANBC16의 격자 상수는 약 6㎚이다. 이 때문에, 스메크틱 D상은 광학적으로는 등방성을 나타낸다.
*또한, ANBC16이 스메크틱 D상을 나타내는 상기의 온도 영역에 있어서, ANBC16으로 이루어지는 유전성 물질층(3)에 전계를 인가하면, 분자 자신에 유전 이방성이 존재하기 때문에, 분자가 전계 방향으로 향하고자 하여 격자 구조에 왜곡이 발생한다. 즉, 유전성 물질층(3)에 광학적 이방성이 발현한다.
따라서, ANBC16을 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다. 또한, ANBC16에 한하지 않고, 스메크틱 D상을 나타내는 물질이면, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서 광학적 이방성의 정도가 변화하므로, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
〔매질 예 2〕 액정 마이크로에멀전
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 액정 마이크로에멀전을 적용할 수 있다. 여기서, 액정 마이크로에멀전이란, 山本 등에 의해서 이름 붙여진, O/W형 마이크로에멀전(기름 속에 물을 계면 활성제에 의해 물방울 모양으로 용해시킨 계에서, 기름이 연속 상으로 됨)의 유분자를 서모트로픽 액정 분자로 치환한 시스템(혼합계)의 총칭이다(山本), 「액정 마이크로에멀전」, 액정, 제4권, 제3호, p.248-254, 2000년 참조).
액정 마이크로에멀전의 구체예로서, 예를 들면, 상기 「액정 마이크로에멀전」에 기재되어 있는, 네마틱 액정상을 나타내는 서모트로픽 액정(온도 전이형 액정)인 Pentylcyanobiphenyl(5CB)과, 역미셀상을 나타내는 리오트로픽 액 정(lyotropic liquid crystal, 농도 전이형 액정, 라이오트로픽 액정)인 Didodecyl ammonium bromide(DDAB)의 수용액의 혼합계가 있다. 이 혼합계는 도 9 및 도 10과 같은 모식도로 표현되는 구조를 갖고 있다.
또한, 이 혼합계는 전형적으로는 역미셀의 직경이 50Å 정도, 역미셀 사이의 거리가 200Å 정도이다. 이들 스케일은 광학 파장보다 한 자릿수 정도 작다. 즉, 상기의 혼합계(액정 마이크로에멀전)는 광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)를 갖는다. 또한, 역미셀이 삼차원 공간적으로 랜덤하게 존재하고 있으며, 각 역미셀을 중심으로 5CB가 방사 형상으로 배향하고 있다. 따라서, 상기의 혼합계는 광학적으로는 등방성을 나타낸다.
그리고, 상기의 혼합계로 이루어지는 매질에 전계를 인가하면, 5CB에 유전 이방성이 존재하기 때문에, 분자 자신이 전계 방향으로 향하고자 한다. 즉, 역미셀을 중심으로 방사 형상으로 배향하고 있었기 때문에 광학적으로 등방이었던 계에, 배향 이방성이 발현하고, 광학적 이방성이 발현한다. 따라서, 상기의 혼합계를 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다. 또한, 상기의 혼합계에 한하지 않고, 전계 무인가와 전계 인가 시에서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 액정 마이크로에멀전이면, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
〔매질 예 3〕리오트로픽 액정상
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 특정한 상을 갖는 리오트로픽 액정(라이오트로픽 액 정)을 적용할 수 있다. 여기서, 리오트로픽 액정이란, 일반적으로 액정을 형성하는 주된 분자가, 다른 성질을 갖는 용매(물이나 유기 용매 등)에 녹아 있는 다른 성분계의 액정을 의미하는 것으로 한다. 또한, 상기의 특정한 상이란, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서, 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상이다. 이러한 특정한 상으로서는, 예를 들면, 山本, 「액정 과학 실험 강좌 제1회: 액정상의 동정: (4) 리오트로픽 액정」, 액정, 제6권, 제1호, p.72-82에 기재되어 있는 미셀상, 스폰지상, 큐빅상, 역미셀상이 있다. 도 11에 리오트로픽 액정상의 분류도를 도시한다.
양 친매성 물질인 계면 활성제에는 미셀상을 발현하는 물질이 있다. 예를 들면, 이온성 계면 활성제인 황산 도데실 나트륨의 수용액이나 파르치민산 칼륨의 수용액 등은 구 형상 미셀을 형성한다. 또한, 비 이온성 계면 활성제인 폴리옥시 에틸렌 노닐 페닐 에테르와 물의 혼합액에서는, 노닐 페닐기가 소수기로서 작용하고, 옥시 에틸렌쇄가 친수기로서 작용하는 것에 의해, 미셀을 형성한다. 그 외에도, 스틸렌-에틸렌 옥시드록 공중합체의 수용액으로도 미셀을 형성한다.
예를 들면, 구 형상 미셀은 분자가 공간적 전 방위로 패킹하여(분자 집합체를 형성하여) 구 형상을 나타낸다. 또한, 구 형상 미셀의 사이즈는 광학 파장 미만이기 때문에, 광학 파장 영역에서는 이방성을 도시하지 않고 등방적으로 보인다. 즉, 구 형상 미셀은 광학 파장 미만의 질서 구조(배향 질서)를 갖는다. 그러나, 이러한 구 형상 미셀에 전계를 인가하면, 구 형상 미셀이 왜곡되기 때문에 이방성을 발현한다. 따라서, 구 형상 미셀상을 나타내는 리오트로픽 액정을, 본 표시 소 자의 유전성 액체층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다. 또한, 구 형상 미셀상에 한하지 않고, 다른 형상의 미셀상, 즉, 끈 형상 미셀상, 타원 형상 미셀상, 막대 형상 미셀상 등을 나타내는 리오트로픽 액정을 유전성 액체층(3)에 봉입해도, 대략 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 농도, 온도, 계면 활성제의 조건에 따라서는, 친수기와 소수기가 교체된 역미셀이 형성되는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이러한 역미셀은 광학적으로는 미셀과 마찬가지의 효과를 보인다. 따라서, 역미셀상을 나타내는 리오트로픽 액정을, 유전성 액체층(3)에 봉입하는 매질로서 적용함으로써, 미셀상을 나타내는 리오트로픽 액정을 이용한 경우와 동등한 효과를 발휘한다. 또한, 매질 예 2에서 설명한 액정 마이크로에멀전은, 역미셀상(역미셀 구조)을 나타내는 리오트로픽 액정의 일례이다.
또한, 비 이온성 계면 활성제 펜타 에틸렌 글리콜-도데실에테르(Pentaethylenglychol-dodecylether, C12E5)의 수용액에는, 도 11에 도시한 바와 같은, 스폰지상이나 큐빅상을 나타내는 농도 및 온도 영역이 존재한다. 이러한 스폰지상이나 큐빅상은 광학 파장 미만의 질서(배향 질서, 질서 구조)를 갖고 있기 때문에, 광학 파장 영역에서는 투명한 물질이다. 즉, 이들 상으로 이루어지는 매질은 광학적으로는 등방성을 나타낸다. 그리고, 이들 상으로 이루어지는 매질에 전계를 인가하면, 배향 질서(질서 구조)에 왜곡이 발생하여 광학적 이방성이 발현한다. 따라서, 스폰지상이나 큐빅상을 나타내는 리오트로픽 액정도, 본 표시 소자 의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
〔매질 예 4〕 액정 미립자 분산계
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 미셀상, 스폰지상, 큐빅상, 역미셀상 등의, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상을 나타내는 액정 미립자 분산계를 적용할 수 있다. 여기서, 액정 미립자 분산계란, 용매중에 미립자를 혼재시킨 혼합계이다.
이러한 액정 미립자 분산계로서는, 예를 들면, 비 이온성 계면 활성제 펜타 에틸렌 글리콜-도데실에테르(Pentaethylenglychol-dodecylether, C12E5)의 수용액에, 표면을 황산기로 수식한 직경 100Å 정도의 라텍스 입자를 혼재시킨, 액정 미립자 분산계가 있다. 이 액정 미립자 분산계에서는 스폰지상이 발현한다. 또한, 이 스폰지상의 배향 질서(질서 구조)는 광학 파장 미만이다. 따라서, 상기 매질 예 3의 경우와 마찬가지로, 상기의 액정 미립자 분산계를, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
또한, 상기의 라텍스 입자를 매질 예 2의 액정 마이크로에멀전에 있어서의 DDAB로 치환함으로써, 매질 예 2의 액정 마이크로에멀전과 마찬가지의 배향 구조를 얻을 수도 있다.
또한, 용매중에 분산시키는 미립자는 1종 또는 2종 이상의 것에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 평균 입자경이 0.2㎛ 이하의 미립자를 이용하는 것이 바람직하다. 평균 입자경 0.2㎛ 이하의 미소한 크기의 미립자를 이용함으로써, 유전성 물질층(3) 내에 있어서의 미립자의 분산성이 안정되고, 장시간 지나더라도 미립자가 응집하거나 상이 분리하거나 하지 않는다. 따라서, 예를 들면, 미립자가 침전하여 국소적인 미립자의 얼룩이 발생하는 것에 의해, 표시 소자로서 얼룩이 발생하는 것을 충분히 억제할 수 있다.
또한, 각 미립자의 입자간 거리는 200㎚ 이하인 것이 바람직하고, 190㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
삼차원적으로 분포한 입자에 광을 입사하면, 어떤 파장에 있어서 회절광이 발생한다. 이 회절광의 발생을 억제하면, 광학적 등방성이 향상하여, 표시 소자의 콘트라스트가 상승한다.
삼차원적으로 분포한 입자에 의한 회절광은 입사하는 각도에도 의존하지만, 회절되는 파장 λ은 대강 λ=2d로 주어진다. 여기서, d는 입자간 거리이다.
여기서, 회절광의 파장이 400㎚ 이하이면, 사람의 눈에 거의 인식되지 않는다. 이 때문에, λ≤400㎚로 하는 것이 바람직하고, 그 경우, 입자간 거리 d를 200㎚ 이하로 하면 된다.
또한, 국제 조명 위원회 CIE(Commission Internationale de 1' Eclairage)에서는, 사람의 눈으로 인식할 수 없는 파장은 380㎚ 이하로 정하고 있다. 이 때문에, λ≤380㎚로 하는 것이 보다 바람직하고, 그 경우, 입자간 거리 d를 190㎚ 이하로 하면 된다.
또한, 입자간 거리가 길면 입자간의 상호 작용이 충분히 작용하지 않고, 미셀상, 스폰지상, 큐빅상, 역미셀상 등의 상이 발현하기 어렵게 되기 때문에, 이 관점으로부터도, 입자간 거리는 200㎚ 이하인 것이 바람직하고, 190㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 유전성 물질층(3)에 있어서의 미립자의 농도(함유량)를, 이 미립자와 유전성 물질층(3)에 봉입되는 매질과의 총 중량에 대하여, 0.05wt%∼20wt%로 하는 것이 바람직하다. 유전성 물질층(3)에 있어서의 미립자의 농도가 0.05wt%∼20wt% 로 되도록 조제하는 것에 의해, 미립자의 응집을 억제할 수 있다.
또한, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 미립자는 특별히 한정되는 것이 아니라, 투명한 것이어도 불투명한 것이어도 된다. 또한, 미립자는 고분자 등의 유기질 미립자여도 되고, 무기질 미립자나 금속계 미립자 등이어도 된다.
유기질 미립자를 이용하는 경우, 예를 들면, 폴리스틸렌 비즈, 폴리메틸 메타크릴레이트 비즈, 폴리히드록시 아크릴레이트 비즈, 디비닐 벤젠 비즈 등의 폴리머 비즈 형태의 미립자를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 미립자는 가교되어 있어도 되고, 가교되어 있지 않아도 된다. 무기질 미립자를 이용하는 경우, 예를 들면, 글래스 비즈나 실리카 비즈 등의 미립자를 이용하는 것이 바람직하다.
금속계 미립자를 이용하는 경우, 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 천이 금속, 희토류 금속이 바람직하다. 예를 들면, 티타니아, 알루미나, 팔라듐, 은, 금, 구리가 바람직하고, 이들 금속 혹은 이들 금속 원소의 산화물 등으로 이루어지는 미립자를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 금속계 미립자는 1 종류의 금속만으로 이 용하여도 되고, 2 종류 이상의 금속을 합금화, 복합화하여 형성해도 된다. 예를 들면, 은 입자의 주위를 티타니아나 팔라듐으로 피복하더라도 무방하다. 은 입자만으로 금속 미립자를 구성하면, 은의 산화에 의해 표시 소자의 특성이 변화할 우려가 있지만, 팔라듐 등의 금속으로 표면을 피복함으로써 은의 산화를 방지할 수 있다. 또한, 비즈의 형태의 금속계 미립자는 그대로 이용하여도 되고, 가열 처리한 것이나, 비즈 표면에 유기물을 부여한 것을 이용하여도 된다. 부여하는 유기물로서는 액정성을 나타내는 것이 바람직하다. 예를 들면 하기의 구조식 5로 이루어지는 화합물이 바람직하다.
Figure 112006070865837-pat00005
*여기서, n은 0∼2의 정수이다.
또한, 6원환 A는 하기의 관능기 중 어느 하나가 바람직하다.
Figure 112006070865837-pat00006
또한, 6원환 B, C는 1, 4-페닐렌기, 또는 1, 4- 트랜스포머 시클로 헥실기(trans-1, 4-시클로 헥실렌기) 등의 6원환 구조를 갖는 치환기를 나타낸다. 단, 6원환 B, C는 상기 예시의 치환기에만 한정되는 것이 아니고, 하기 구조
Figure 112006070865837-pat00007
를 갖는 치환기 중 어느 하나 일종의 치환기를 갖고 있으면 되고, 상호 동일 하더라도 다르더라도 상관없다. 또한, 상기 치환기에 있어서, m은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
또한, 상기 구조식 5에 있어서의 Y1, Y2 및 Y3은 각각, 10개까지의 탄소 원자를 갖는 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기 또는 알케닐기이고, 이 기중에 존재하는 하나의 CH2기 또는 인접하지 않은 2개의 CH2기는, -O-, -S-, -CO-O- 및 /또는 -O-CO-, 혹은 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -OCO-, -COO-, -CH=CH-, -C≡C-, -CF=CF-, -(CH2)4-, -CH2CH2CH2O-, -OCH2CH2CH2-, -CH=CHCH2CH2O-, -CH2CH2CH=CH-를 포함하는 구성으로 치환되어 있더라도 무방하다. 또한, 키랄 탄소를 포함하고 있어도 되고, 포함하고 있지 않아도 된다. 또한, Y1, Y2 및 Y3은 상기한 어느 하나의 구조를 갖고 있으면, 동일한 것이어도 되고, 서로 다른 것이어도 된다.
또한, 상기 구조식 5에 있어서의 R은, 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 탄소 수1∼20의 알킬기, 알케닐기, 알콕실기를 나타낸다.
또한, 금속 미립자의 표면에 부여하는 유기물은, 금속 1몰에 대하여 1몰 이상 50몰 이하의 비율로 있는 것이 바람직하다.
상기의 유기물을 부여한 금속계 미립자는, 예를 들면, 금속 이온을 용매에 용해 또는 분산하고 나서, 상기 유기물과 혼합하여, 이것을 환원함으로써 얻어진다. 상기 용매로서는 물, 알콜류, 에테르류를 이용할 수 있다.
또한, 분산시키는 미립자로서 프라렌, 및 /또는, 카본 나노 튜브로 형성된 것을 이용하여도 된다. 프라렌으로서는, 탄소 원자를 구각 형상으로 배치한 것이 면 되고, 예를 들면 탄소 원자 수 n이 24 내지 96의 안정된 구조의 것이 바람직하다. 이러한 프라렌으로서는 예를 들면, 탄소 원자 60개로 이루어지는 C60의 구 형상 폐각 탄소 분자군 등을 들 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브로서는, 예를 들면, 두께 수 원자의 층의 그래파이트 형상 탄소 원자면을 뭉친 원통 형상의 나노 튜브 등이 바람직하다.
또한, 미립자의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 구 형상, 타원체 형상, 덩어리 형상, 기둥 형상, 송곳 형상이나, 이들 형태에 돌기를 지닌 형태, 이들 형태에 구멍이 개방되어 있는 형태 등이어도 된다. 또한, 미립자의 표면 형태에 대해서도 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 평활하여도 되고, 요철이나 구멍, 홈을 갖고 있더라도 무방하다.
〔매질 예 5〕 덴드리머
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 덴드리머(덴드리머 분자)를 적용할 수 있다. 여기서, 덴드리머란, 모노머 단위마다 분지가 있는 삼차원 형상의 고 분기 폴리머이다.
덴드리머는 분지가 많기 때문에, 어느 정도 이상의 분자량으로 되면 구 형상 구조로 된다. 이 구 형상 구조는 광학 파장 미만의 질서(배향 질서, 질서 구조)를 갖고 있기 때문에, 광학 파장 영역에서는 투명한 물질이고, 전계 인가에 의해서 배향 질서의 정도가 변화하여 광학적 이방성이 발현한다(광학적 이방성의 정도가 변화함). 따라서, 덴드리머를 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
또한, 상기 매질 예 2의 액정 마이크로에멀전에 있어서의 DDAB를, 덴드리머 물질로 치환함으로써, 상기 매질 예 2의 액정 마이크로에멀전과 마찬가지의 배향 구조를 얻을 수 있고, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
〔매질 예 6〕 콜레스테릭 블루상
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 매질을 적용할 수 있다. 또한, 도 11에는 콜레스테릭 블루상의 개략 구조가 도시되어 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 콜레스테릭 블루상은 높은 대칭성의 구조를 갖고 있다. 또한, 콜레스테릭 블루상은 광학 파장 미만의 질서(배향 질서, 질서 구조)를 갖고 있기 때문에, 광학 파장 영역에서는 대강 투명한 물질이고, 전계 인가에 의해서 배향 질서의 정도가 변화하여 광학적 이방성이 발현한다. 즉, 콜레스테릭 블루상은, 대체로 광학적으로 등방성을 나타내고, 전계 인가에 의해서 액정 분자가 전계 방향으로 향하고자 하기 때문에 격자가 왜곡되어, 이방성을 발현한다. 따라서, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 매질을, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
또한, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 물질로서는, 예를 들면, JC1041(혼합 액정, 칫소(chisso)사제)을 48.2mol%, 5CB(4-cyano-4'-pentyl biphenyl, 네마틱 액정)를 47.4mol%, ZLI-4572(카이럴 도펀트, 메르크사제)를 4.4mol% 혼합한 물질이 있다. 이 물질은 330.7K 내지 331.8K의 온도 범위에서, 콜레스테릭 블루상을 나타낸다.
또한, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 다른 물질로서, 예를 들면, ZLI-2293(혼합 액정, 메르크사제)을 67.1wt%, P8PIMB(1, 3-phenylene bis[4-(4-8-alkylphenyliminomethyl-benzoate, 바나나형(굴곡형) 액정, 하기 구조식 7 참조)를 15wt%, MLC-6248(카이럴제, 메르크사제)을 17.9wt% 혼합한 물질을 이용하여도 된다. 이 물질은 77.2℃ 내지 82.1℃의 온도 범위에서 콜레스테릭 블루상을 나타낸다.
Figure 112006070865837-pat00008
또한, 상기의 각 물질의 혼합비를 적절하게 변경하여 이용하여도 된다. 예를 들면, ZLI-2293을 69.7wt%, P8PIMB를 15wt%, MLC-6248(카이럴제)을 15.3wt% 혼합한 물질은 80.8℃ 내지 81.6℃의 온도 범위에서 콜레스테릭 블루상을 나타낸다.
또한, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 또 다른 물질로서, 예를 들면, ZLI-2293(혼합 액정, 메르크사제)을 67.1wt%, MHPOBC(4-(1-methylheptyloxycarbonyl) phenyl-4'-octylcarboxybiphenyl-4-carboxylate, 직선형상 액정, 하기 구조식 8 참조)를 15wt%, MLC-6248(카이럴제, 메르크사제)을 17.9wt% 혼합한 물질을 이용하여 도 된다. 이 물질은 83.6℃ 내지 87.9℃의 온도 범위에서 콜레스테릭 블루상을 나타낸다.
Figure 112006070865837-pat00009
또한, 상기의 각 물질의 혼합비를 적절하게 변경하여 이용하여도 된다. 예를 들면, ZLI-2293을 69.7wt%, MHPOBC을 15wt%, MLC-6248(카이럴제)을 15.3wt% 혼합한 물질은 87.8℃ 내지 88.4℃의 온도 범위에서 콜레스테릭 블루상을 나타낸다.
또한, ZLI-2293과 MLC-6248을 혼합하는 것만으로는 콜레스테릭 블루상을 발현시킬 수는 없었지만, 바나나형(굴곡형)을 한 액정 P8PIMB나 직선형상 액정 MHPOBC를 첨가하는 것에 의해 콜레스테릭 블루상을 나타냈다.
또한, 상기의 예에서는 직선형상 액정으로서 라세미체를 이용했지만, 반드시 라세미체에 한정되는 것이 아니라, 카이럴체를 이용하여도 된다. 또한 카이럴 탄소를 하나 혹은 복수 이상 포함하고 있어도 된다. 또한, 직선형상 액정을 이용하는 경우, 직선형상 액정 MHPOBC와 같이 반경 구조(한층마다 서로 다른 방향을 향하고 있음)를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 직선형상 액정이란, 화학 구조식에 있어서 거의 가로 길이의 직선에 가까운 액정 분자를 나타내기 위해서 이용한 총칭이며, 실제의 입체 배치는 화학 구조식과 같이 일 평면 내에 있는 것에 한하지 않고, 절곡되어 있는 것이 있음은 물론이다.
또한, 바나나형(굴곡형) 액정이란, 화학 구조식에 있어서 굴곡부를 갖는 액정 분자를 나타내기 위해서 이용한 총칭으로, P8PIMB에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 화학 구조식에 있어서의 굴곡부가, 페닐렌기 등의 벤젠환이어도 되고, 혹은 나프탈렌환이나 메틸렌쇄 등으로 결합되어 이루어지는 것이어도 무방하다. 이러한 바나나형(굴곡형) 액정으로서는, 예를 들면 하기 구조식 9 내지 12에 나타내는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00010
Figure 112006070865837-pat00011
Figure 112006070865837-pat00012
Figure 112006070865837-pat00013
또한, 아조기가 포함되어 있는 바나나형(굴곡형) 액정을 이용하여도 된다. 이러한 바나나형(굴곡형) 액정으로서는, 예를 들면 하기 구조식 13에 나타내는 화합물 등을 들 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00014
또한, 상기한 각 바나나형(굴곡형) 액정은 결합부(굴곡부)의 좌우에서 대칭적인 화학 구조를 가지고 있지만, 이것에 한하지 않고, 결합부의 좌우에서 비대칭인 화학 구조를 가지고 있더라도 무방하다. 이러한 바나나형(굴곡형) 액정으로서는, 예를 들면, 하기 구조식 14에 나타내는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00015
또한, 상기한 각 바나나형(굴곡형) 액정 분자는 카이럴 탄소를 포함하고 있 지 않지만, 반드시 이것에 한정되는 것이 아니라, 카이럴 탄소를 하나, 혹은 복수 포함하고 있더라도 무방하다. 이러한 바나나형(굴곡형) 액정으로서는, 예를 들면 하기 구조식 15에 나타내는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00016
또한, 상기와 같이, 본 발명에 적합한 콜레스테릭 블루상은 광학 파장 미만의 결함 질서를 갖고 있기 때문에, 광학 파장 영역에서는 대략 투명하고, 대략 광학적으로 등방성을 나타낸다. 여기서, 대강 광학적으로 등방성을 나타낸다고 하는 것은, 콜레스테릭 블루상은 액정의 나선 피치를 반영한 색을 드러내지만, 이 나선 피치에 의한 정색(呈色)을 제외하고, 광학적으로 등방성을 나타내는 것을 의미한다. 또한, 나선 피치를 반영한 파장의 광을 선택적으로 반사로 하는 현상은, 선택 반사라고 불린다. 이 선택 반사의 파장 영역이 가시 영역에 없는 경우에는 정색하지 않지만(정색이 사람의 눈에 인식되지 않음), 가시 영역에 있는 경우에는 그 파장에 대응한 색을 나타낸다.
여기서, 400㎚ 이상의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치를 갖는 경우, 콜레스테릭 블루상(블루상)에서는, 그 나선 피치를 반영한 색으로 정색한다. 즉, 가시광이 반사되기 때문에, 그것에 의하여 드러내는 색이 사람의 눈에 인식되어 버린다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 표시 소자에서 풀컬러 표시를 실현하여 텔레비 전 등에 응용하는 경우, 그 반사 피크가 가시 영역에 있는 것은 바람직하지 못하다.
또한, 선택 반사 파장은, 상기 매질이 갖는 나선축으로의 입사 각도에도 의존한다. 이 때문에, 상기 매질의 구조가 일차원적이지 않을 때, 즉 콜레스테릭 블루상과 같이 삼차원적인 구조를 갖는 경우에는, 광의 나선축으로의 입사 각도는 분포를 갖는다. 따라서, 선택 반사 파장의 폭에도 분포가 생긴다.
이 때문에, 블루상의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치는 가시 영역 이하, 즉 400㎚ 이하인 것이 바람직하다. 블루상의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치가 400㎚ 이하이면, 상기와 같은 정색이 사람의 눈에 거의 인식되지 않는다.
또한, 국제 조명 위원회 CIE(Commission Internationale de 1' Eclairage)에서는, 사람의 눈이 인식할 수 없는 파장은 380㎚ 이하라고 정해져 있다. 따라서, 블루상의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치가 380㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 상기와 같은 정색이 사람의 눈에 인식되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같은 정색은 나선 피치, 입사 각도뿐만 아니라, 유전성 매질의 평균 굴절율과도 관계된다. 이 때, 정색하는 색의 광은 파장 λ=nP를 중심으로 한 파장 폭 Δλ=PΔn의 광이다. 여기서, n은 평균 굴절율, P는 나선 피치이다. 또한, Δn은 굴절율의 이방성이다.
Δn은 유전성 물질에 따라 각각 다르지만, 예를 들면 액정성 물질을 상기 유전성 물질층(3)에 봉입하는 물질로서 이용한 경우, 액정성 물질의 평균 굴절율은 1.5 정도, Δn은 0.1 정도이기 때문에, 이 경우, 정색하는 색이 가시 영역에 없기 위해서는, 나선 피치 P는, λ=400㎚로 하면, P=400/1.5=267㎚로 된다. 또한, Δλ은 Δλ=0.1×267=26.7로 된다. 따라서, 상기와 같은 정색이 사람의 눈에 거의 인식되지 않도록 하기 위해서는, 상기 매질의 나선 피치를, 267㎚ 내지 26.7㎚의 약 절반인 13.4㎚를 뺀 253㎚ 이하로 하면 된다. 즉, 상기와 같은 정색을 방지하기 위해서는, 상기 매질의 나선 피치가 253㎚ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 설명에서는, λ=nP의 관계에 있어서, λ을 400㎚로 했지만, λ을 국제 조명 위원회 CIE가 사람의 눈이 인식할 수 없는 파장으로서 정하고 있는 380㎚로 한 경우에는, 정색하는 색이 가시 영역 외로 하기 위한 나선 피치는 240㎚ 이하로 된다. 즉, 상기 매질의 나선 피치를 240㎚ 이하로 함으로써, 상기와 같은 정색을 확실하게 방지할 수 있다.
예를 들면, JC1041(혼합 액정, 칫소(chisso)사제)를 50.0wt%, 5CB(4-cyano-4'-pentyl biphenyl, 네마틱 액정)을 38.5wt%, ZLI-4572(카이럴 도펀트, 메르크사제)를 11.5wt% 혼합한 물질이 있다. 이 물질은 약 53℃ 이하에서 액체적인 등방상으로부터 광학적인 등방상으로 상전이하지만, 나선 피치가 약 220㎚이고, 가시 영역 이하에 있기 때문에 정색하지 않았다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 적합한 콜레스테릭 블루상은 광학 파장 미만의 결함 질서를 갖고 있다. 결함 구조는 인접하는 분자가 크게 비틀어져 있는 것에 기인하고 있으므로, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 유전성 매질은 큰 트위스트 구조를 발현시키기 위해서 카이럴성을 나타낼 필요가 있다. 큰 트위스트 구조를 발 현시키기 위해서는, 유전성 매질에 카이럴제를 가하는 것이 바람직하다.
카이럴제의 농도로서는 카이럴제가 갖는 트위스트력에도 의하지만, 8wt% 또는 4mol% 이상인 것이 바람직하다. 카이럴제의 비율이 8wt% 또는 4mol% 이상으로 함으로써, 콜레스테릭 블루상의 온도 범위가 약 1℃ 이상으로 되었다. 카이럴제의 비율이 8wt% 또는 4mol% 미만인 경우에는, 콜레스테릭 블루상의 온도 범위가 좁아졌었다.
또한, 카이럴제의 농도가 11.5wt% 이상인 것이 보다 바람직하다. 카이럴제의 농도가 11.5wt% 이상의 경우, 나선 피치가 약 220㎚로 되어 정색하지 않았다.
또한, 카이럴제의 농도는 15wt% 이상인 것이 보다 바람직하다. 바나나형(굴곡형) 액정이나 반경(反傾) 구조를 갖는 직선형상 액정을 첨가함으로써 콜레스테릭 블루상을 발현시키는 경우, 카이럴제의 농도가 15wt% 이상이면, 콜레스테릭 블루상의 온도 범위가 약 1℃로 되었다. 또한, 카이럴제의 농도를 17.9wt%로 늘림으로써, 콜레스테릭 블루상의 온도 범위는 더욱 넓어졌다.
이와 같이, 카이럴제의 농도가 높으면 콜레스테릭 블루상을 발현하기 쉽게 되고, 또한 콜레스테릭 블루상이 갖는 나선 피치도 짧아지기 때문에 바람직하다.
단, 카이럴제의 첨가량이 지나치게 많아지면, 유전성 물질층(3) 전체의 액정성이 저하한다는 문제가 발생한다. 액정성의 결여는, 전계 인가 시에 있어서의 광학적 이방성의 발생 정도의 저하로 연결되어, 표시 소자로서의 기능 저하를 초래한다. 또한, 액정성이 저하함으로써, 콜레스테릭 블루상의 안정성의 저하로 연결되어, 콜레스테릭 블루상의 온도 범위의 확대를 기대할 수 없게 된다. 이 때문에, 카이럴제의 첨가 농도의 상한치가 결정되고, 본원 본 발명자 등의 해석에 따르면, 그 상한 농도는 80wt%이라는 것을 알았다. 즉, 카이럴제의 농도는 80wt% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 카이럴제로서는 ZLI-4572나 MLC-6248을 이용했지만, 이것에 한하는 것이 아니다. 일례로서, S811(E.Merck사제) 등 시판품을 이용하여도 된다. 또한, 축 비대칭의 카이럴제를 이용하여도 된다. 축 비대칭의 카이럴제로서는, 예를 들면, 축 비대칭 바이나프틸 유도체(하기 화합물 16 참조)를 이용할 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00017
여기서, n은 4 내지 14의 정수이다.
또한, 이 화합물(16)은 n이 홀수일 때에 단독으로 블루상을 나타내는 경우가 있다. 예를 들면, n=7인 경우에는 약 103℃ 내지 약 94℃의 범위에서 블루상을 나타낸다. 따라서, 이 화합물(16)이 단독으로 블루상을 나타내는(액정성이 있음) 경우에는, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 이 화합물(16)을 단독으로 이용하 여도 되고, 또한 화합물(16)을 카이럴제로서 이용하여도 된다.
또한, 상기의 설명에서는, 콜레스테릭 블루상에 있어서의 카이럴제 첨가에 의한 효과를 설명하여 왔지만, 카이럴제 첨가에 의한 상기의 효과는 콜레스테릭 블루상에 한정되는 것이 아니고, 스메크틱 블루상이나 네마틱상 등의 액정상을 나타내는 유전성 매질에 있어서도, 대략 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
〔매질 예7〕스메크틱 블루(BPsm)상
본 표시 소자(예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 표시 소자)의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 스메크틱 블루(BPsm)상을 나타내는 분자로 이루어지는 매질을 적용할 수 있다. 또한, 도 11에는 스메크틱 블루상의 개략 구조가 도시되어 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 스메크틱 블루상은 코스테릭 블루상과 마찬가지로, 높은 대칭성의 구조를 갖고 있다. 또한, 광학 파장 미만의 질서(배향 질서, 질서 구조)를 갖고 있기 때문에, 광학 파장 영역에서는 대강 투명한 물질이고, 전계 인가에 의해서 배향 질서의 정도가 변화하여 광학적 이방성이 발현한다(광학적 이방성의 정도가 변화함). 즉, 스메크틱 블루상은 대체로 광학적으로 등방성을 나타내고, 전계 인가에 의해서 액정 분자가 전계 방향으로 향하고자 하기 때문에 격자가 왜곡되어, 이방성을 발현한다. 따라서, 스메크틱 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 매질을, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 적용할 수 있다.
또한, 스메크틱 블루상을 나타내는 물질로서는, 예를 들면, Eric Grelet, 외 3명 「Structural Investigations on Smectic Blue Phases」, PHYSICAL REVIEW LETTERS, The American Physical Society, 23 APRIL 2001, VOLUME 86, NUMBER 17, p.3791-3794에 기재되어 있는 FH/FH/HH-14BTMHC가 있다. 이 물질은 74.4℃ 내지 73.2℃에서 BPsm3상, 73.2℃ 내지 72.3℃에서 BPsm2상, 72.3℃∼72.1℃에서 BPsm1상을 나타낸다.
BPsm상은 米谷 愼, 「분자 시뮬레이션으로 나노 구조 액정상을 탐색한다」, 액정, 2003년, 제7권, 제3호, p.238-245에 도시한 바와 같이, 높은 대칭성의 구조를 갖기 때문에, 대체로 광학적 등방성이 나타난다. 또한, 물질 FH/FH/HH-14 BTMHC에 전계를 인가하면, 액정 분자가 전계 방향으로 향하려고 하는 것에 의해 격자가 왜곡되어, 동 물질은 이방성을 발현한다. 따라서, 동 물질은 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 사용할 수 있다.
또한, 스메크틱 블루상을 나타내는 매질을 이용하는 경우에는, 코스테릭 블루상을 나타내는 매질을 이용하는 경우와 마찬가지로, 블루상의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치는 400㎚ 이하인 것이 바람직하고, 380㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 나선 피치는 253㎚ 이하인 것이 바람직하고, 240㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 표시 소자의 유전성 물질(3)에 이용하는 매질로서는, 광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)를 갖고 있고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성의 정도 가 변화하는 매질이면 되고, 스메크틱 블루상이나 콜레스테릭 블루상에 유사한 상을 갖는 물질이어도 된다.
스메크틱 블루상이나 콜레스테릭 블루상에 유사한 상을 나타내는 물질로서는, 예를 들면 하기의 화합물(17) 및 (18)의 혼합물을 들 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00018
Figure 112006070865837-pat00019
여기서, L은 2∼10의 정수를 나타내고, m은 2∼14의 정수를 나타내고, n은 0∼6의 정수이다.
또한, 화합물(17)과 화합물(18)을 혼합하는 경우에는, 2×(n+1)=m의 관계를 충족시키도록 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 화합물(17)과 화합물(18)의 혼합 비율은 적절하게 설정하면 된다. 예를 들면 L=6, m=6, n=2인 경우, 화합물(17)과 화합물(18)을 등량 혼합하면, 스메크틱 블루상에 유사한 상(광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)를 갖는 상)을 약 143℃ 내지 약 130℃의 범위에서 나타낸다. 또한, L=6, m=6, n=2인 경우에, 화합물(17)을 30%, 화합물(18)을 70%의 비율로 혼합했을 때에는, 약 132℃ 내지 약 120℃의 범위에서 광학 파장 미만의 배향 질서(질서 구조)를 갖는 상을 나타낸다.
또한, 유전성 물질의 네마틱상 상태에서의, 550㎚에서의 굴절율 이방성을 Δn으로 하고, 1kHz에서의 유전율 이방성을 Δε로 하면, Δn×Δε이 2.9 이상인 것이 바람직하다.
여기서, 굴절율 이방성(Δn)은, 전계 인가 시의 타원(굴절율 타원체)의 주축 방향(즉, 광파의 편광의 성분 방향)의 굴절율(이상 광 굴절율)을 ne, 상기 타원의 주축 방향과 수직인 방향의 굴절율(정상 광 굴절율)을 no로 하면, Δn=ne-no로 표현된다. 즉, 본 발명에 있어서, 상기 굴절율 이방성(Δn)은 Δn=ne-no(ne: 이상 광 굴절율, no:정상 광 굴절율)로 표현되는 복굴절 변화를 보인다.
또한, 유전율 이방성(유전율 변화)(Δε)은 유전율의 이방성을 나타내고, 액정 분자의 길이축 방향에서의 유전율을 εe, 액정 분자의 단축 방향에서의 유전율을 εo로 하면, Δε=εe-εo로 표현되는 값이다.
다음에, 유전성 물질층(3)에 상기 매질 예 4의 액정 미립자 분산계를 봉입한 본 표시 소자에 대하여 행한, 구동 전압의 측정 결과에 대하여 설명한다.
용매로서는 상기 화합물(2)을 이용했다. 이 유전성 물질(액정 미립자 분산계)의 Δn×Δε는 약 2.2였다. 또한, 유전성 물질층(3)의 두께를 10㎛, 빗형 전극(4·5)의 전극간 거리를 3.3㎛로 형성했다. 또한, 상기 굴절율 이방성 Δn은, 아베 굴절계(아타고제 「4T(상품명)」)를 사용하여, 파장 550㎚로 측정했다. 또한, 상기 유전율 이방성 Δε은, 임피던스 분석기(도요테크니카사제 「SI1260(상품명)」)를 사용하여, 주파수 1kHz로 측정했다.
이와 같이 형성한 본 표시 소자에 대하여, 구동 전압을 변화시키면서 투과율 을 측정한 바, 투과율이 최대로 되는 구동 전압은 약 28V이었다(도 12 참조).
그런데, 「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.1, p.484-485, Wiley-VCH, 1998에 의하면, 전계 인가에 의해 발생하는 복굴절 Δn(E)은,
Δn(E)=λBE2
로 기술할 수 있다. 여기서, λ는 광의 파장, B는 커 상수, E는 인가 전계 강도이다.
또한, 복굴절이 변화함으로써 투과율 T는 하기 식과 같이 변화한다.
T=sin2(π×Δn(E)×d/λ)=sin2(πBE2d)
여기서, d는 유전성 물질층(3)의 두께이다.
따라서, 상기 식으로부터 투과율이 최대로 되는 것은, πBE2d=π/2인 경우이다.
또한, 상기 식으로부터 ΔB=Δn(E)/λE2=ΔnQ(E)/λE2
이다. 여기서, Q(E)는 배향 질서 파라미터이다.
또한, 「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.1, p.484-485, Wiley-VCH, 1998에 의하면, Q∝Δε×E2이다.
따라서, 투과율이 최대로 되는 구동 전압 V는, 빗형 전극(4·5)의 전극간 거리를 S로 하면,
V=ES=S×sqrt(1/(2×B×d))∝S×sqrt(1/(Δn×Δε)×d)로 된다.
이상의 결과를 바탕으로, 상기 유전성 물질을 본 표시 소자에 봉입하여 측정한 전압-투과율 특성, 및 상기 구동 전압과 Δn×Δε의 관계식으로부터 어림한, 투과율이 최대로 되는 전압치(V(V))와, Δn×Δε의 관계를 도 12에 도시한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 굴절율 이방성 Δn과 유전율 이방성 Δε의 곱(Δn×Δε)이 2.9 이상의 유전율 물질을 사용하고, 유전성 물질층(3)의 두께를 10㎛, 빗형 전극(4·5)의 전극간 거리를 3.3㎛로 한 경우, 투과율이 최대로 되는 구동 전압은 24 V로 된다.
본 표시 소자를 액티브 매트릭스 구동의 표시 장치에 적용하는 경우에는, 빗형 전극(4·5)에 인가하는 전압의 ON/OFF를 전환하는 스위칭 소자(TFT 소자)를 이용한다. 스위칭 소자(TFT 소자)의 게이트 전극의 막 두께와 막질을 최적화한 경우에, 게이트 전극에 인가하는 것이 가능한 내압(전압)을 측정한 바, 최대로 63V였다. 따라서, 이 내압으로부터 게이트 전극의 전위가 High(즉, 게이트 전극 ON)일 때의 전압 10V 및 게이트 전극의 전위가 Low(즉, 게이트 전극 OFF)일 때의 전압 -5V 분을 뺀 48Vpp(63-10-5=48Vpp(peak-to-peak))가, 유전성 물질층(3)에 인가할 수 있는 최대한의 전압치이다. 이 전압치는 실효치(rms:root-mean-square)로 말하면 ±24V로 된다.
따라서, 유전성 물질층(3)의 두께를 10㎛, 빗형 전극(4·5)의 전극간 거리를 3.3㎛로 하는 경우에는, 굴절율 이방성 Δn과 유전율 이방성 Δε의 곱(Δn×Δε)이 2.9 이상의 유전율 물질을 사용함으로써, 스위칭 소자의 내압 범위 내에서, 투과율을 최대로 할 수 있다.
또한, Δn×Δε가 2.9 이상의 유전율 물질로서는, 예를 들면, 화합물(19)을 들 수 있다.
Figure 112006070865837-pat00020
여기서, R은 알킬기를 나타낸다. 화합물(19)은 Δε이 약 25, Δn이 약 0.15이고, Δn×Δε=3.75로 된다.
또한, 빗살 무늬 전극 구조의 본 표시 소자에 있어서, 또한 투과율이 최대로 되는 구동 전압을 낮추기 위해서는, 빗살 무늬 전극 간격을 좁게 하는 것이 생각되지만, 제조상의 정밀도나 프로세스 마진, 프로세스 비용 등의 제한으로부터, 빗살 무늬 전극 간격을 좁게 하는 데에는 한계가 있다.
또한, 빗살 무늬 전극 구조의 본 표시 소자에 있어서, 더욱 구동 전압을 낮추기 위해서는, 유전성 물질층(3)의 두께를 더욱 두껍게 하는 것도 생각된다. 그러나, 유전성 물질층의 두께를 단순하게 두껍게 해도, 전계가 인가되는 두께는, 반드시 유전성 물질층의 두께의 증가 분만큼 증가하는 것이 아니다. 이 때문에, 유전성 물질층(3)의 두께를 10㎛로부터 더욱 두껍게 해도 구동 전압의 저감에는 효과적이지 않다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키는 수단으로서, 주로, 전계의 인가를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 전계 이외의 외장을 인가함으로써, 외장 인가 시와 무인가 시에서, 광학적 이방성의 정보를 변화시켜도 된다. 후술하는 각 실시 형태에서도 마찬가지이다.
예를 들면, 전계를 인가하는 것 대신에, 자계를 인가하여도 된다. 즉, 본 발명에 따른 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에, 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이어도 된다.
이 경우, 매질읜 자기 이방성을 이용함으로써, 자장 인가 시와 무인가 시에서, 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키게 된다. 이 때문에, 매질로서는, 자화율의 이방성이 큰 것이 바람직하다.
유기 분자의 경우, 자화율에의 기여의 대부분은 반자성 자화율에 의한 것이므로, 자계의 변화에 의해서 π 전자가 분자 내에서 환 형상으로 운동할 수 있는 경우에, 그 절대값이 크게 된다. 따라서, 예를 들면, 분자 내에 방향환이 있는 경우에, 자계의 방향에 대하여 방향환이 수직으로 향하도록 하는 경우에 자화율의 절대값이 크게 된다. 이 경우, 방향환의 수평면 방향의 자화율의 절대값은 수직 방향에 비해 작은 것이므로, 자화율의 이방성이 크게 된다. 따라서, 매질은 분자 내에 6원환 등의 환상 구조가 있는 것이 바람직하다.
또한, 자화율의 이방성을 올리는 데에는 매질 내의 전자 스핀을 배열시키는 것도 바람직하다. 분자 내의 N이나 O나 NO의 라디칼의 전자 스핀을 도입함으로써, 분자가 안정한 스핀을 가질 수 있다. 스핀을 평행하게 배열시키기 위해서는, 예를 들면 평면 상의 공역계 분자를 겹쳐 쌓음으로써 실현할 수 있다. 예를 들면, 중심의 코어 부분이 겹쳐 쌓여 컬럼을 형성하고 있는 디스코첵 액정이 바람직하다.
또한, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키기 위한 외장으로서, 광을 이용할 수도 있다. 이 경우, 외장으로서 이용하는 광의 파장은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 Nd:YAG 레이저로 532㎚의 광을 발진시키겨 매질에 조사함으로써, 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있다.
이 경우에 이용되는 매질은, 특히 한정되는 것은 아니며, 광 조사에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이면 된다. 예를 들면, 상기한 전계를 이용하는 경우의 각 매질예와 마찬가지의 것을 이용할 수 있다. 또한, 펜틸시아노비페닐(5CB, 상기 구조식 2)을 이용하여도 된다.
또한, 외장으로서 광을 이용하는 경우, 매질 중에 색소가 소량 함유되어 있는 것이 바람직하다. 색소를 소량 첨가함으로써, 색소를 첨가하지 않은 경우에 비해, 광학적 이방성의 정도의 변화가 크게 된다. 또, 매질 중에서의 색소의 함유량은 0.01wt% 이상, 5% 미만인 것이 바람직하다. 0.01% 미만이면, 색소의 양이 적기 때문에 광학적 이방성의 정도의 변화에 전혀 기여하지 않고, 5% 이상이면, 여기광이 색소에 흡수되기 때문이다.
예를 들면, 펜틸시아노비페닐(5CB)을 그대로 매질로서 이용해도 되지만, 이 물질에 색소를 더한 것을 매질로서 이용해도 된다. 더하는 색소로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 색소의 흡수대가 여기광의 파장을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 1AAQ(1-amino-anthroquinone, 알드리치(Aldrich)사제, 하기 화학식 참조)를 더해도 된다.
Figure 112006070865837-pat00021
펜틸시아노비페닐(5CB)에, 1AAQ를 0.03% 더함으로써, 광여기에 의한 광학적 이방성의 정도의 변화는, 1AAQ를 더하기 전에 비하여 10배 정도 커지게 된다.
또, 전계 이외의 외장을 인가함으로써 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키는 구성에서도, 전계를 인가함으로써 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키는 구성과 마찬가지로, 매질의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치는 400㎚ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 표시 소자에서, 상기 광학적 이방성을 발생시키는 수단으로서는, 상기한 바와 같이, 예를 들면 전계, 자장, 광 등을 예로 들 수 있지만, 그 중에서도, 전계가, 상기 표시 소자의 설계 및 구동 제어가 용이하기 때문에 바람직하다.
따라서, 상기 표시 소자는 외장 인가 수단으로서, 예를 들면 전극 등의 전계 인가 수단이나, 전자석 등의 자장 인가 수단 등을 구비하고 있어도 되고, 상기 외장 인가 수단으로서는, 상기 표시 소자의 설계 및 구동 제어의 점에서, 전계 인가 수단인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에서, 상기 외장 인가 수단으로서는 외장의 인가 전후에 상기 매 질의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있는 것이면 특히 한정되는 것은 아니고, 상기 외장 인가 수단으로서는, 전극 등의 전계 인가 수단이나, 전자석 등의 전장 인가 수단 외에, 레이저 장치, 예를 들면 상기 Nd:YAG 레이저 등의 광조사 수단(여기 광 생성 수단) 등을 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명에서, 상기 외장 인가 수단은, 상기 표시 소자 자신이 구비하고 있어도 되고, 상기 표시 소자와는 별도로 설치되어 있어도 된다.
즉, 본 발명에 따른 표시 장치는, 상기 외장 인가 수단이 설치된 표시 소자를 구비한 것으로 해도 되고, 상기 표시 소자와는 별도로 상기 외장 인가 수단을 구비한 것으로 해도 된다. 즉, 상기 표시 장치는, 본 발명에 따른 상기 표시 소자와, 상기 표시 소자에서의 매질에 외장을 인가하는 외장 인가 수단을 구비하고 있는 구성을 갖고 있어도 된다.
또한, 본 발명의 표시 소자에서는 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질로서, 전계(외장)를 인가함으로써 질서 구조가 변화하여(예를 들면 질서 구조에 왜곡이 발생하여), 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 전계(외장) 인가 시 또는 무인가 시에 광학 파장 미만의 질서 구조를 갖고, 전계 인가에 의해 질서 구조가 변화하여 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용해도 된다. 혹은, 전계(외장) 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내는 질서 구조를 갖고, 전계 인가에 의해 질서 구조가 변화하여 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용해도 된다. 즉, 본 발명의 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 전계(외장)를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 전계를 인가함으로써 질서 구조가 변화하여 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이어도 된다.
또, 본 발명에서, 전계의 인가에 의해 매질의 광학 이방성의 정도가 변화한다는 것은, 상기한 바와 같이, 전계의 인가에 수반하여 굴절율 타원체의 형상이 변화하는 것을 나타낸다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 경우, 즉 전계를 인가함으로써 광학적 이방성이 발현하는 경우, 굴절율 타원체의 형상은 전계의 인가에 의해, 구형상으로부터 타원으로 변화한다. 또한, 상기 매질이 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계 인가 시에 광학적 이방성을 나타내는 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 전계의 인가에 의해, 타원으로부터 구형상으로 변화한다. 또한, 상기 매질이, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써, 전계 인가 전과 비교하여 광학적 이방성의 정도가 커지거나, 혹은 작아지는 경우, 굴절율 타원체의 장축 방향 혹은 단축 방향의 길이가 전계의 인가에 의해 신축하여, 전계 인가 전후에 장축 및 단축의 비욜이 변화한다(이 결과, 예를 들면 곡율이 변화한다). 이에 의해, 예를 들면 전계 인가 후에 광학적 이방성의 정도가 보다 커지는 경우, 전계 인가에 의해, 전계 인가 전(전계 무인가 시)보다도 단축 방향의 길이에 대한 장축 방향의 길이의 비율이 보다 큰 타원으로 된다. 또한, 전계 인가 후에 광학적 이방성의 정도가 보다 작아지는 경우, 전계 인가에 의해, 전계 인가 전(전계 무인가 시)보다도 단축 방향의 길이에 대한 장축 방향의 길이의 비율이 보다 작은 타원(즉, 상기 비율이 1에 가까움(거의 구형상도 포함함 ))으로 된다.
이 경우, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하는 종래의 액정 표시 소자와 같이 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주지 않기 때문에, 종래의 액정 표시 소자보다도 고속 응답을 실현할 수 있다.
또한, 이 경우, 상기 매질을, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에 소정의 질서 구조를 나타내는 상태(외장을 인가함으로써 질서 구조에 왜곡이 발생하고, 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태)로 되는 온도로 유지되는 것만으로도 되기 때문에, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다. 즉, 예를 들면 상기한 일본 특개 2001-249363호 공보에 기재되어 있는 바와 같은, 전계 인가에 의한 유극성 분자에서의 전자의 치우침을 이용하는 종래의 전기 광학 효과를 이용한 표시 장치에서는, 구동 온도 범위가 액정상의 상전이점 근방의 온도(예를 들면 0.1K정도의 온도 범위)로 제한되어, 매우 고정밀도의 온도 제어가 필요하다는 문제가 있었다. 이에 대하여, 상기한 구성에 따르면, 상기 매질을, 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에 소정의 질서 구조를 나타내는 상태로 되는 온도로 유지하는 것만으로 되기 때문에, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.
예를 들면, 상기한 BABH8을 상기 매질로서 이용하는 경우, 24.3K의 온도 범위(136.7℃∼161℃)에서, 상기 매질을, 전계(외장) 인가에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태로 유지할 수 있다. 또한, 상기한 ANBC16을 상기 매질로서 이용하는 경우, 26.2K의 온도 범위(171.0℃∼197.2℃)에서, 상기 매질을, 전계(외장) 인가에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태로 유지할 수 있다. 또, 상기 매질이 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에 소정의 질서 구조를 나타내는 상태로 되는 온도 범위의 상한은 특히 한정되는 것은 아니고, 상기한 각 매질보다도 더 넓은 온도 범위에서 소정의 질서 구조를 나타내는 매질을 이용해도 된다. 또한, 상기 매질이 외장 인가 시 또는 외장 무인가 시에 소정의 질서 구조를 나타내는 상태로 되는 온도 범위의 하한은 0.1K보다도 큰 것이 바람직하고, 1K 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 표시 소자에 이용되는 매질은, 전계(외장)를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이면 되고, 반드시 커 효과를 나타내는 매질, 즉 전계의 2승에 비교하여 굴절율이 변화하는 매질일 필요는 없다.
〔실시 형태 2〕
본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1에 기재한 표시 소자에 있어서, 유전성 물질층(3)에 봉입하는 물질을, 투명한 유전성 물질인 4'-n-alkoxy-3'-nitrobiphenyl-4-carboxylic acids(ANBC-22)로 했다. ANBC-22의 화학 구조는 화합물(3)(n=22)이다.
또한, 기판(1 및 2)에는 글래스 기판을 이용했다. 또한, 양 기판 사이의 간격은 비즈를 미리 산포해 두는 것에 의해, 4㎛로 되도록 조정했다. 즉, 유전성 물질층(3)의 두께를 4㎛로 했다.
빗형 전극(4·5)은 ITO로 이루어지는 투명 전극으로 했다. 또한, 양 기판의 내측(대향면)에는, 러빙 처리를 실시한 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 형성했다. 러빙 방향은 스메크틱 C상에 있어서 명(明) 상태로 되는 방향이 바람직하고, 전형적으로는 편광판 축 방향과 45도의 각도를 이루고 있는 것이 바람직하다. 또한, 기판(1)측의 배향막에 대해서는 빗형 전극(4·5)을 피복하도록 형성했다.
편광판(6·7)은 도 2에 도시한 바와 같이, 서로의 흡수축이 직교함과 함께, 각 편광판에 있어서의 흡수축과 빗형 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분의 전극 신장 방향이 약 45도의 각도를 이루도록, 각각 기판(1 및 2)의 외측(대향면의 반대측)에 마련했다.
이와 같이 하여 얻어진 표시 소자는, 스메크틱 C상-큐빅상 상전이 온도보다도 저온측의 온도에서는, 스메크틱 C상으로 된다. 또한, 스메크틱 C상은 전계 무인가 상태에서 광학적 이방성을 나타낸다.
그리고, 이 표시 소자를, 외부 가온 장치에 의해 스메크틱 C상-큐빅상의 상전이 근방의 온도(상 상전이 온도의 저온측 10K 정도까지)로 유지하여, 전계 인가(50V 정도의 교류 전계(0보다 크고 수 백 kHz까지))를 행한 결과, 투과율을 변화시킬 수 있었다. 즉, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내는 스메크틱 C상(명 상태)에, 전계을 인가하는 것에 의해, 등방적인 큐빅상(암(暗) 상태)으로 변화할 수 있었다. 즉, 상기 표시 소자는 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 등방성을 나타낸다. 또한, 이 경우, 굴절율 타원체는 타원(전계 무인가 시)으로부터 구 형상(전계 인가 시)으로 변화한다.
또한, 각 편광판의 흡수축과 빗형 전극이 이루는 각도는 45도에 한하지 않고, 0 내지 90도의 모든 각도로 표시를 행할 수 있었다. 왜냐하면, 명 상태는 전계 무인가 시에서 실현되고 있고, 러빙 방향과 편광판 흡수축 방향의 관계만으로 달성할 수 있다. 또한, 암 상태는 전계 인가에 의한 매질의 광학적 등방상으로의 전계 유기 상전이에서 실현되고 있기 때문에, 각 편광판 흡수축이 상호 직교하고 있으면 되어, 빗형 전극 방향과의 관계에 의하지 않는다. 따라서, 배향 처리는 반드시 필요한 것은 아니고, 비정질 배향 상태(랜덤 배향 상태)라도 표시를 행할 수 있었다.
또한, 기판(1 및 2)에 각각 전극을 마련하고, 기판면 법선 방향의 전계를 발생시키더라도, 거의 마찬가지 결과가 얻어졌다. 즉, 전계 방향은 기판면 수평 방향뿐만 아니라, 기판면 법선 방향에서도 거의 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
이와 같이, 본 표시 소자의 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 갖고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 소실되어 광학적 등방성을 나타내는 매질을 이용하여도 된다.
또한, 본 표시 소자에 있어서의 유전성 물질층(3)에 이용되는 매질은, 플러스의 유전 이방성을 갖는 것이어도, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 것이어도 된다. 플러스의 유전율 이방성을 갖는 매질을 이용한 경우에는, 기판에 대체로 평행한 전계로 구동할 필요가 있지만, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 매질을 적용한 경우에는 그 범위에 들지 않는다.
예를 들면, 기판에 경사 전계에 의해서도 구동 가능하고, 수직 전계에 의해서도 구동 가능하다. 이 경우에는 대향하는 한 쌍의 기판(기판(1 및 2))의 쌍방에 전극을 구비하고, 양 기판에 구비된 전극간에 전계를 인가함으로써, 유전성 물질층(3)에 전계를 인가하게 된다.
또한, 전계를 기판면 평행 방향으로 인가하는 경우에도, 혹은 기판면 수직 방향 또는 기판면에 대하여 경사 방향으로 인가하는 경우에도, 전극의 형상, 재질, 전극의 수, 및 배치 위치 등은 적절하게 변경하면 된다. 예를 들면, 투명 전극을 이용하여 기판면에 대하여 수직으로 전계를 인가하면, 개구율의 점에서 유리하다.
〔실시 형태 3〕
본 발명의 또 다른 실시 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
도 15는 본 실시 형태에 따른 표시 소자(표시 소자(120))의 주요부의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 16(a)은 전계 무인가 상태(OFF 상태)에 있어서의 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 16(b)은 전계 인가 상태(ON 상태)에 있어서의 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 실시 형태 1에 관한 표시 소자(120)와 마찬가지로, 구동 회로나 신호선(데이터 신호선), 주사선(주사 신호선), 스위칭 소자 등과 함께 표시 장치에 배치되어 이용된다.
도 15, 도 16(a), 도 16(b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 상호 대향하여 배치된, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판(이하, 화소 기판(11) 및 대향 기판(12)이라고 함)을 구비하고, 이들 한 쌍의 기판 사이에, 광학 변조층으로서, 전계의 인가에 의해 광학 변조하는 매질(이하, 매질 A라고 함)로 이루어지는 매질층(유전성 물질층)(3)이 협지되어 있는 구성을 갖고 있다. 또한, 상 기 한 쌍의 기판의 외측, 즉 상기 화소 기판(11) 및 대향 기판(12)의 서로의 대향면과는 반대측의 면에는, 편광판(6 및 7)이 각각 마련되어 있음과 함께, 상기 대향 기판(12)과 해당 대향 기판(12)의 외측에 마련된 편광판(7) 사이에는, 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판(21)이 마련되어 있다.
상기 화소 기판(11) 및 대향 기판(12)은, 도 16(a) 및 도 16(b)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 글래스 기판 등의 투명한 기판(1·2)을 각각 구비하고 있다. 또한, 상기 화소 기판(11)에 있어서의 기판(1)의 상기 기판(2)과의 대향면, 즉 상기 대향 기판(12)과의 대향면에는, 도 16(b)에 도시한 바와 같이 상기 기판(1)에 대략 평행한 전계(횡방향의 전계)를 상기 매질층(3)에 인가하기 위한 전계 인가 수단인 빗 형상의 빗형 전극(4·5)이, 도 20에 도시한 바와 같이, 이들 빗형 전극(4·5)의 빗살 무늬 부분(4b·5b)이 상호 맞물리는 방향으로 대향 배치되어 있다.
상기 빗형 전극(4·5)은 예를 들면 ITO(인듐 주석 산화물) 등의 투명 전극 재료로 이루어지고, 본 실시 형태에서는 예를 들면 선 폭 5㎛, 전극간 거리(전극 간격) 5㎛로 설정되어 있다. 단, 상기 선 폭 및 전극간 거리는 단순한 일례이고, 이것에 한정되는 것이 아니다.
상기 표시 소자는 예를 들면, 상기 빗형 전극(4·5)이 마련된 기판(1)과, 기판(2)을, 도시하지 않은 시일제에 의해, 필요에 따라서, 예를 들면 도시하지 않은 플라스틱 비즈나 글래스 파이버 스페이서 등의 스페이서를 개재하여 접합하고, 그 공극에 상기 매질 A를 봉입하는 것에 의해 형성된다.
본 실시 형태에 이용되는 상기 매질 A는, 전계를 인가하는 것에 의해, 광학 적 이방성의 정도가 변화하는 매질이다. 물질중에 외부로부터 전계 Ej를 가하면, 전기 변위 Dij=εij·Ej를 발생하지만, 그 때, 유전율(ε ij)에도 근소한 변화가 보인다. 광의 주파수에서는 굴절율(n)의 제곱은 유전율과 등가이므로, 상기 매질 A는 전계의 인가에 의해, 굴절율이 변화하는 물질이라고 하는 것도 가능하다. 또한, 상기 매질 A는 액체, 기체, 고체의 어느 것이더라도 상관없다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 물질의 굴절율이 외부 전계에 의해서 변화하는 현상(전기 광학 효과)을 이용하여 표시를 행하는 것으로, 전계 인가에 의해 분자(분자의 배향 방향)가 다 같이 회전하는 것을 이용한 액정 표시 소자와는 달리, 광학적 이방성의 방향은 거의 변화하지 않고, 그 광학적 이방성의 정도 변화(주로, 전자 분극이나 배향 분극)에 의해 표시를 행하게 되어 있다.
상기 매질 A로서는, 포켈스 효과 또는 커 효과를 나타내는 물질 등, 전계 무인가 시에 광학적으로는 등방(거시적으로 볼 때 등방이면 됨)이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현하는 물질이어도 되고, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 갖고, 전계 인가에 의해 이방성이 소실되어, 광학적으로 등방성(거시적으로 볼 때 등방이면 됨)을 나타내는 물질이더라도 무방하다. 전형적으로는, 전계 무인가 시에는 광학적으로 등방(거시적으로 볼 때 등방이면 됨)이고, 전계 인가에 의해 광학 변조(특히 전계 인가에 의해 복굴절이 상승하는 것이 바람직함)를 발현하는 매질이다.
포켈스 효과, 커 효과(그 자신은 등방상 상태에서 관찰됨)는 각각, 전계의 1 차 또는 2차에 비례하는 전기 광학 효과이고, 전계 무인가 상태에서는, 등방상이기 때문에 광학적으로 등방적이지만, 전계 인가 상태에서는, 전계가 인가되고 있는 영역에 있어서, 전계 방향에 화합물의 분자의 길이축 방향이 배향하고, 복굴절이 발현하는 것에 의해 투과율을 변조할 수 있다. 예를 들면, 커 효과를 나타내는 물질을 이용한 표시 방식의 경우, 전계를 인가하여 하나의 분자 내에서의 전자의 기울기를 제어함으로써, 랜덤하게 배열된 개개의 분자가 각각 별개로 회전하여 방향을 바꾼다는 점에서, 응답 속도가 매우 빠르고 또한, 분자가 무질서하게 배열되어 있는 점에서, 시각 제한이 없다고 하는 이점이 있다. 따라서, 본 표시 소자는 그 고속 응답성을 이용하여, 예를 들면 필드 시켄셜 컬러 방식의 표시 장치에 적용할 수도 있다. 또한, 상기 매질 A 중, 대략적으로 보아 전계의 1차 또는 2차에 비례하고 있는 것은, 포켈스 효과 또는 커 효과를 나타내는 물질로서 취급할 수 있다.
포켈스 효과를 나타내는 물질로서는, 예를 들면, 헥사민 등의 유기 고체 재료 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 매질 A로서는, 포켈스 효과를 나타내는 각종 유기 재료, 무기 재료를 이용할 수 있다.
또한, 커 효과를 나타내는 물질로서는, 예를 들면, PLZT(지르콘산연과 티탄산연의 고용체에 란탄을 첨가한 금속 산화물)나, 하기 구조식 20 내지 23
Figure 112006070865837-pat00022
Figure 112006070865837-pat00023
Figure 112006070865837-pat00024
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으로 표현되는 액정성 물질 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다.
커 효과는 입사광에 대하여 투명한 매질중에서 관측된다. 이 때문에, 커 효과를 나타내는 물질은, 투명 매질로서 이용된다. 통상, 액정성 물질은 온도 상승에 수반하여, 단거리 질서를 지닌 액정상으로부터, 분자 레벨에서 랜덤한 배향을 갖는 등방상으로 이행한다. 즉, 액정성 물질의 커 효과는 네마틱상이 아니라, 액정상-등방상 전이 온도) 이상의 등방상 상태의 액체에 보이는 현상이고, 상기 액정성 물질은 투명한 유전성 액체로서 사용된다.
액정성 물질 등의 유전성 액체는, 가열에 의한 사용 환경 온도(가열 온도)가 높을수록, 등방상 상태로 된다. 따라서, 상기 매질로서 액정성 물질 등의 유전 성 액체를 사용하는 경우에는, 해당 유전성 액체를 투명, 즉 가시광에 대하여 투명한 액체 상태에서 사용하기 위해서, 예를 들면, (1) 매질층(3)의 주변에, 도시하지 않은 히터 등의 가열 수단을 마련하고, 해당 가열 수단에 의해 상기 유전성 액체를 그 투명점 이상으로 가열하여 이용하여도 되고, (2) 백 라이트로부터의 열 복사나, 백 라이트 및 /또는 주변 구동 회로로부터의 열 전도(이 경우, 상기 백 라이트나 주변 구동 회로가 가열 수단으로서 기능함) 등에 의해, 상기 유전성 액체를 그 투명점 이상으로 가열하여 이용하여도 된다. 또한, (3)상기 기판(1·2) 중 적어도 한쪽에, 히터로서 시트형 히터(가열 수단)를 서로 부착하고, 소정의 온도로 가열하여 이용하여도 된다. 또한, 상기 유전성 액체를 투명 상태로 이용하기 위해서, 투명점이, 상기 표시 소자의 사용 온도 범위 하한보다도 낮은 재료를 이용하여도 된다.
상기 매질 A는 액정성 물질을 포함하고 있는 것이 바람직하고, 상기 매질 A로서 액정성 물질을 사용하는 경우에는, 해당 액정성 물질은, 거시적으로는 등방상을 나타내는 투명한 액체이지만, 미시적으로는 일정한 방향으로 배열된 단거리 질서를 갖는 분자 집단인 클러스터를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 액정성 물질은 가시광에 대하여 투명한 상태로 사용된다는 점에서, 상기 클러스터도, 가시광에 대하여 투명(광학적으로 등방)한 상태에서 이용된다.
이 때문에, 상기 표시 소자는 상술한 바와 같이, 히터 등의 가열 수단을 이용하여 온도 제어를 행하여도 되고, 일본국 공개 특허 공보인 특허 공개 평성 11-183937호 공보(1999년 7월 9일 공개)에 기재된 바와 같이, 매질층(3)을, 고분자 재 료 등을 이용하여 소구역으로 분할하여 이용하여도 되고, 상기 액정성 물질의 직경을 예를 들면 0.1㎛ 이하로 하는 등, 상기 액정성 물질을, 광의 파장보다도 작은 직경을 갖는 미소 드롭렛으로 하고, 광의 산란을 억제하는 것에 의해 투명 상태로 한다든지, 혹은 사용 환경 온도(실온)에서 투명한 등방상을 나타내는 액정성 화합물을 사용하는 등 해도 된다. 상기 액정성 물질의 직경, 나아가서는 클러스터의 직경(긴 직경)이 0.1㎛ 이하, 즉, 광의 파장(입사광 파장)보다도 작은 경우의 광의 산란은 무시할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 상기 클러스터의 직경이 0.1㎛ 이하이면, 상기 클러스터도 또한 가시광에 대하여 투명하다.
또한, 상기 매질 A는 상술한 바와 같이 포켈스 효과 또는 커 효과를 나타내는 물질에 한정되지 않는다. 이 때문에, 상기 매질 A는 분자의 배열이 광의 파장 이하(예를 들면 나노 스케일)의 스케일의 큐빅 대칭성을 갖는 질서 구조를 갖고, 광학적으로는 등방적으로 보이는 큐빅상(「齊藤 一彌, 외 1명, 『 광학적으로 등방성인 진귀한 서모트로픽 액정의 열역학』, 액정, 2001년, 제5권, 제1호. p.20-27」, 「Hirotsugu kikuchi, 외 4명, 『Polymer-stabilized liquid crystal blue phases』, p.64-68, [online], 2002년 9월 2일, Nature Materials, [2003년 7월 10일 검색], 인터넷<URL:http://www.nature.com/naturematerials」, 「요네타니 신, 『 분자 시뮬레이션으로 나노 구조 액정상을 탐색한다』, 액정, 2003년, 제7권, 제3호, p.238-245」, 「D.Demus, 외 3명 편저, 『Handbook of Liquid Crystals Lowmolecular Weight Liquid Crystal』, Wiley-VCH, 1998년, vol.2B, p.887-900」, 등을 참조)를 갖고 있더라도 무방하다. 큐빅상은 상기 매질 A로서 사용할 수 있는 액정성 물질의 액정상의 하나이고, 큐빅상을 나타내는 액정성 물질로서는, 예를 들면, 실시 형태 1에 기재한 화학 구조식 1로 표현되는 BABH8 등을 들 수 있다. 이러한 액정성 물질에 전계를 인가하면, 미세 구조에 왜곡이 주어져, 광학 변조를 유기시키는 것이 가능하게 된다.
BABH8은 136.7℃ 이상, 161℃ 이하의 온도 범위에서는, 격자 상수가 약 6㎚로 광학 파장보다 1자릿수 이상이나 작고, 광의 파장 미만의 스케일의 큐빅 대칭성을 갖는 질서 구조로 이루어지는 큐빅상을 나타낸다. 그 BABH8은 광의 파장 미만의 질서 구조를 갖고, 상기 온도 범위에 있어서, 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타냄으로써, 직교 니콜하에 있어서 양호한 흑 표시를 행할 수 있다.
한편, 상기 BABH8의 온도를, 예를 들면 상기한 가열 수단 등을 이용하여 136.7℃ 이상, 161℃ 이하로 제어하면서, 빗형 전극(4·5) 사이에 전계를 인가하면, 큐빅 대칭성을 갖는 구조(질서 구조)에 왜곡이 발생한다. 즉, 상기 BABH8은 상기의 온도 범위에서, 전계 무인가 상태에서는 광학적으로 등방적이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현한다(광학적 이방성의 정도가 변화함).
이에 의해, 상기 매질층(3)에 있어서 복굴절이 발생하기 때문에, 상기 표시 소자는 양호한 백 표시를 행할 수 있다. 또한, 복굴절이 발생하는 방향은 일정하고, 그 크기가 전계 인가에 의해서 변화한다. 또한, 빗형 전극(4·5) 사이에 인가하는 전압과 투과율의 관계를 나타내는 전압 투과율 곡선은, 136.7℃ 이상, 161℃ 이하의 온도 범위, 즉, 약 20K라고 하는 넓은 온도 범위에서 안정된 곡선으로 된다. 이 때문에, 상기 BABH8을 상기 매질 A로서 사용한 경우, 온도 제어를 매우 용 이하게 행할 수 있다. 즉, 상기 BABH8로 이루어지는 매질층(3)은 열적으로 안정된 상이기 때문에, 급격한 온도 의존성이 발현하지 않아, 온도 제어가 매우 용이하다.
또한, 상기 매질 A로서는, 액정 분자가 광의 파장 미만의 사이즈이고 방사형으로 배향한 집합체로 충전된, 광학적으로 등방적으로 보이는 계를 실현하는 것도 가능하고, 그 방법으로서는 비 특허 문헌4에 기재된 액정 마이크로에멀전이나 비 특허 문헌5에 기재된 액정·미립자 분산계(용매(액정)중에 미립자를 혼재시킨 혼합계, 이하, 단순히 액정 미립자 분산계라고 함)의 방법을 응용하는 것도 가능하다. 이들에 전계를 인가하면, 방사형 배향의 집합체에 왜곡이 주어져, 광학 변조를 유기시키는 것이 가능하다.
또한, 이들 액정성 물질은 어느 것이나, 단체로 액정성을 나타내는 것이어도 되고, 복수의 물질이 혼합됨으로써 액정성을 나타내는 것이어도 되고, 이들 물질에 다른 비 액정성 물질이 혼입되어 있더라도 무방하다. 나아가서는, Shiro Matsumoto 외 3명, 「Fine droplets of liquid crystals in a transparent polymer and their response to an electric field」, Appl. Phys.Lett, 1996년, vol.69, p.1044-1046에 기재되어 있는 고분자·액정 분산계의 물질을 적용할 수도 있다. 또한, Takashi Kato 외 2명, 「Fast and High-Contrast Electro-optical Switching of Liquid-Crystalline Physical Gels: Formation of Oriented Microphase-Separated Structures」, Adv. Funct. Mater., 2003년 4월, vol.13, No.4, p313-317에 기재되어 있는 겔화제를 첨가해도 된다.
또한, 상기 매질 A로서는, 유극성 분자를 함유하는 것이 바람직하고, 예를 들면 니트로 벤젠 등이 매질 A로서 적합하다. 또한, 니트로벤젠도 커 효과를 나타내는 매질의 일종이다.
또한, 상기 매질 A로서, 실시 형태 1 및 2에 있어서 유전성 물질층(3)에 봉입하는 매질로서 기재한 각 매질을 이용할 수 있다. 예를 들면, 스메크틱 D상(SmD), 액정 마이크로에멀전, 리오트로픽 액정, 액정 미립자 분산계, 덴드리머, 콜레스테릭 블루상, 스메크틱 블루상 등을 이용하여도 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 소자에 있어서 매질 A로서 사용할 수 있는 물질은, 전계의 인가에 의해 광학적 이방성(굴절율, 배향 질서도)의 정도가 변화하는 것이기만 하면, 포켈스 효과 또는 커 효과를 나타내는 물질이더라도 잘, 큐빅상, 스메크틱 D상, 콜레스테릭 블루상, 스메크틱 블루상의 어느 하나를 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 되고, 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 큐빅상의 어느 하나를 나타내는 리오트로픽 액정 혹은 액정 미립자 분산계이어도 된다. 또한, 상기 매질 A는 액정 마이크로에멀전이나 덴드리머(덴드리머 분자), 양 친매성 분자, 코폴리머, 혹은 상기 이외의 유극성 분자 등이어도 된다.
또한, 상기 매질은 액정성 물질에 한하지 않고, 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에 광의 파장 미만의 질서 구조(배향 질서)를 갖는 것이 바람직하다. 질서 구조가 광의 파장 미만이면, 광학적으로 등방성을 나타낸다. 따라서, 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에 질서 구조가 광의 파장 미만으로 되는 매질을 이용함으로써, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 표시 상태를 확실하게 서로 다르게 할 수 있다.
이하, 본 실시 형태에서는 상기 매질 A로서, 상기 구조식 20으로 표현되는 펜틸시아노 바이페닐(5CB)을 사용하는 것으로 하지만, 상기 매질 A로서는, 이것에 한정되는 것이 아니라, 상기 5CB 대신에, 상술한 각종 물질을 적용할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 상기 빗형 전극(4·5)으로서 ITO를 사용하고, 선 폭 5㎛, 전극간 거리 5㎛, 매질층(3)의 층 두께(즉 기판(1·2) 사이의 거리)를 10㎛로 하고, 매질 A로서 5CB를 사용하고, 외부 가온 장치(가열 수단)에 의해 상기 5CB를 네마틱 등방상의 상전이 직상부 근방의 온도(상전이 온도보다도 약간 높은 온도, 예를 들면 +0.1K)로 유지하여, 전계 인가를 행함으로써, 투과율을 변화시킬 수 있었다. 또한, 상기 5CB는 33.3℃ 미만의 온도에서 네마틱상, 그 이상의 온도에서 등방상을 나타낸다.
본 실시 형태에 있어서, 기판(1·2)에 있어서의 각각의 대향면 상에는, 러빙 처리가 실시된 도시하지 않은 유전체 박막(배향막)이 필요에 따라서 형성되어 있더라도 무방하다. 상기 한 쌍의 기판(1·2) 중 적어도 한쪽의 기판의 내측에 상기 유전체 박막이 형성되어 있음으로써, 상기 배향의 질서의 정도를 향상시킬 수 있어, 보다 큰 전기 광학 효과, 예를 들면 보다 큰 커 효과를 얻을 수 있다.
상기 유전성 박막으로서는 각각, 유기막이어도 되고, 무기막이어도 되며, 상기 배향 효과를 얻을 수 있기만 하면, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 상기 유전체 박막을 유기 박막에 의해 형성한 경우, 양호한 배향 효과를 나타낸다는 점에서, 상기 유전성 박막으로서는 유기 박막을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 유기 박막 중에서도 폴리이미드는 안정성, 신뢰성이 높고, 매우 우수한 배향 효과 를 나타낸다는 점에서, 상기 유전성 박막 재료에 폴리이미드를 사용함으로써, 보다 양호한 표시 성능을 나타내는 표시 소자를 제공할 수 있다.
상기 유전체 박막은 상기 한 쌍의 기판(1·2) 중 적어도 한쪽의 기판의 내측, 예를 들면, 상기 기판(1) 상에 상기 빗형 전극(4·5)을 피복하도록 형성하면 되고, 그 막 두께는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 기판(1) 상에 마련된 유전성 박막과, 기판(2) 상에 마련된 유전성 박막은, 예를 들면, 상기 빗형 전극(4·5)의 빗살 무늬 부분(4b·5b)을 따라서 상호 역방향으로 러빙 처리가 실시된다.
다음에, 본 실시 형태에 따른 표시 소자에 있어서의 표시 원리에 대하여 도 17(a), 도 17(b), 도 18, 도 19(a) 내지 도 19(g)를 참조하여 이하에 설명한다.
또한, 이하의 설명에서는 주로, 상기 표시 소자로서 투과형의 표시 소자를 사용하고, 전계 무인가 시에 광학적으로는 거의 등방, 적합하게는 등방이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현하는 물질을 이용하는 경우를 예로 들어 설명하는 것으로 하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.
도 17(a)는 전계 무인가 상태(OFF 상태)에 있어서의 상기 표시 소자의 매질을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 17(b)는 전계 인가 상태(ON 상태)에 있어서의 상기 표시 소자의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 18은 상기 표시 소자에 있어서의 인가 전압과 투과율의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 19(a) 내지 도 19(g)는, 본 실시 형태에 따른 표시 소자와 종래의 액정 표시 소자의 표시 원리의 차이를, 전계 무인가 시(OFF 상태) 및 전계 인가 시(ON 상태)에 있어서의 매질의 평균적인 굴절율 타원체의 형상(굴절율 타원체의 단면의 형상으로 나타냄) 및 그 주축 방향에서 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 19(a) 내지 도 19(g)는 순차로, 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 전계 무인가 시(OFF 상태)의 단면도, 해당 표시 소자의 전계 인가 시(ON 상태)의 단면도, TN(Twisted Nematic)방식의 액정 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도, 해당 TN 방식의 액정 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도, VA(Vertical Alignment)방식의 액정 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도, 해당 VA 방식의 액정 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도, IPS(In Plane Switching) 방식의 액정 표시 소자의 전계 무인가 시의 단면도, 해당 IPS 방식의 액정 표시 소자의 전계 인가 시의 단면도를 도시한다.
물질 중의 굴절율은, 일반적으로는 등방적이 아니라 방향에 의해서 다르다. 이 굴절율의 이방성은 기판면에 평행한 방향(기판 면내 방향)이고 또한 양 빗형 전극(4·5)의 대향 방향, 기판면과 수직인 방향(기판 법선 방향), 기판면에 평행한 방향(기판 면내 방향)이고 또한 양 빗형 전극(4·5)의 대향 방향과 수직인 방향을, 각각 x, y, z 방향으로 하면, 임의의 직교 좌표계(X1, X2, X 3)를 이용하여 다음 식 1
Figure 112006070865837-pat00026
(nji=nij, i, j=1, 2, 3)
로 표현되는 타원체(굴절율 타원체)로 표시된다(예를 들면, 야마모토 료이치, 외 1명, 「유기 전기 광학 재료」, National Technical Report, 1976년 12월, vol.22, No.6, p.826-834 참조). 여기서, 상기 식 1을 타원체의 주축 방향의 좌표계(Y1, Y2, Y3)를 사용하여 다시 쓰면, 다음 식 2
Figure 112006070865837-pat00027
로 표현된다. n1, n2, n3(이하, nx, ny, nz라고 함)은 주 굴절율이라고 불리고, 타원체에 있어서의 3개의 주축의 길이의 절반에 상당한다. 원점으로부터 Y3=0의 면과 수직인 방향으로 진행하는 광파를 생각하면, 이 광파는 Y1과 Y2의 방향에 편광 성분을 갖고, 각 성분의 굴절율은 각각 nx, ny이다. 일반적으로, 임의의 방향으로 진행하는 광에 대해서는 원점을 지나, 광파의 진행 방향과 수직인 면이, 굴절율 타원체의 단면이라고 생각되고, 이 타원의 주축 방향이 광파의 편광 성분 방향이고, 주축의 길이의 절반이 그 방향의 굴절율에 상당한다.
우선, 본 실시 형태에 따른 표시 소자와 종래의 액정 표시 소자의 표시 원리의 상위에 대하여, 종래의 액정 표시 소자로서, TN 방식, VA 방식, IPS 방식을 예로 들어 설명한다.
도 19(c) 및 도 19(d)에 도시한 바와 같이, TN 방식의 액정 표시 소자는, 대향 배치된 한 쌍의 기판(101·102) 사이에 액정층(105)이 협지되고, 상기 양 기판(101·102) 상에 각각 투명 전극(103·104)(전극)이 마련되어 있는 구성을 갖고, 전계 무인가 시에는, 액정층(105)에 있어서의 액정 분자의 길이축 방향이 나선 형상으로 비틀어져 배향하고 있지만, 전계 인가 시에는, 상기 액정 분자의 길이축 방 향이 전계 방향을 따라서 배향하도록 되어 있다. 이 경우에 있어서의 평균적인 굴절율 타원체(105a)는, 전계 무인가 시에는, 도 19(c)에 도시한 바와 같이, 그 주축 방향(길이축 방향)이 기판면에 평행한 방향(기판 면내 방향)을 향하고, 전계 인가 시에는, 도 19(d)에 도시한 바와 같이, 그 주축 방향이 기판면 법선 방향을 향한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체(105a)의 형상은 타원이고, 전계 인가에 의해서, 그 길이축 방향(주축 방향, 굴절율 타원체의 방향)이 변화한다. 즉, 굴절율 타원체(105a)가 회전한다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체(105a)의 형상은 거의 변하지 않는다.
VA 방식의 액정 표시 소자는, 도 19(e) 및 도 19(f)에 도시한 바와 같이, 대향 배치된 한 쌍의 기판(201·202) 사이에 액정층(205)이 협지되고, 상기 양 기판(201·202) 상에 각각 투명 전극(전극)(203·204)이 구비되어 있는 구성을 갖고, 전계 무인가 시에는, 액정층(205)에 있어서의 액정 분자의 길이축 방향이, 기판면에 대하여 대략 수직인 방향으로 배향하고 있지만, 전계 인가 시에는, 상기 액정 분자의 길이축 방향이 전계와 수직인 방향으로 배향한다. 이 경우에 있어서의 평균적인 굴절율 타원체(205a)는, 도 19(e)에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에는, 그 주축 방향(길이축 방향)이 기판면 법선 방향을 향하고, 도 19(f)에 도시한 바와 같이, 전계 인가 시에는 그 주축 방향이 기판면에 평행한 방향(기판 면내 방향)을 향한다. 즉, VA 방식의 액정 표시 소자의 경우에도, TN 방식의 액정 표시 소자와 마찬가지로, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체(205a)의 형상은 타원이고, 전계 인가에 의해서, 그 길이축 방향(주축 방향, 굴절율 타원체 의 방향)이 변화한다. 즉, 굴절율 타원체(205a)가 회전한다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체(205a)의 형상은 거의 변하지 않는다.
또한, IPS 방식의 액정 표시 소자는, 도 19(f) 및 도 19(g)에 도시한 바와 같이, 동일한 기판(301) 상에, 한 쌍의 전극(302·303)이 대향 배치된 구성을 갖고, 도시하지 않은 대향 기판 사이에 협지된 액정층에, 상기 전극(302·303)에 의해 전계가 인가됨으로써, 상기 액정층에 있어서의 액정 분자의 배향 방향(굴절율 타원체(305a)의 주축 방향(길이축 방향))을 변화시켜, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있도록 되어 있다. 즉, IPS 방식의 액정 표시 소자의 경우에도, TN 방식 및 VA 방식의 액정 표시 소자와 마찬가지로, 도 19(f)에 도시하는 전계 무인가 시와 도 19(g)에 도시하는 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체(305a)의 형상은 타원이고, 전계 인가에 의해서, 그 길이축 방향(주축 방향, 굴절율 타원체의 방향)이 변화한다. 즉, 굴절율 타원체(305a)가 회전한다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체(305a)의 형상은 거의 변하지 않는다.
이와 같이, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 무인가 시라도 액정 분자가 어떠한 방향으로 배향하고 있고, 전계를 인가함으로써 그 배향 방향을 변화시켜 표시(투과율의 변조)를 행하고 있다. 즉, 굴절율 타원체의 형상은 변화하지 않지만, 굴절율 타원체의 주축 방향이 전계 인가에 의해서 회전(변화)하는 것을 이용하여 표시를 행하고 있다. 또한, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서, 굴절율 타원체의 모양은 거의 변하지 않는다. 즉, 종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 가시 광 이상에 있어서의 배향 질서도는 거의 일정하고, 배향 방향을 변화시키는 것에 의해 표시(투과율의 변조)를 행하고 있다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 도 19(a) 및 도 19(b)에 도시한 바와 같이, 전계 무인가 시에 있어서의 굴절율 타원체(3a)의 형상은, 종래의 액정 표시 소자와는 달리, 구 형상으로 된다. 즉, 전계 인가 시에는 광학적으로 등방(nx=ny=nz 즉, 가시광 파장 이상의 스케일에서의 배향 질서도≒0)이다.
그리고, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성(nx>ny, 가시광 이상의 스케일에서의 배향 질서도>0으로 됨)이 발현하고, 굴절율 타원체가 타원으로 된다(광학적 이방성을 나타냄). 또한, 상기 nx, ny, nz는 각각, 기판면에 평행한 방향(기판 면내 방향)이고 또한 양 빗형 전극(4·5)의 대향 방향의 주 굴절율, 기판면과 수직인 방향(기판 법선 방향)의 주 굴절율, 기판면에 평행한 방향(기판 면내 방향)이고 또한 양 빗형 전극(4·5)의 대향 방향과 수직인 방향의 주 굴절율을 나타내고 있다.
또한, 상기 전계 인가 시의 굴절율 타원체의 길이축 방향은, 전계 방향에 대하여 평행(유전 이방성이 플러스의 매질인 경우), 또는 수직(유전 이방성이 마이너스의 매질을 이용하는 경우)으로 된다.
이에 대하여, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 인가에 의해서 굴절율 타원체의 길이축 방향을 회전시켜 표시를 행하기 때문에, 굴절율 타원체의 길이축 방향은, 전계 방향에 대하여 평행 또는 수직으로 된다 할 수는 없다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 광학적 이방성의 방향은 일정(전계 인가 방향은 변화하지 않음)하고 예를 들면 가시광 이상에 있어서의 배향 질서도를 변조시킴으로써 표시를 행한다. 즉, 본 실시 형태에 따른 표시 소자에서는, 매질 그 자체의 광학적 이방성(또는 가시광 이상에 있어서의 배향 질서도)의 정도가 변화한다. 따라서, 종래의 액정 표시 소자와는 표시 원리가 크게 다르다.
본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 도 17(a)에 도시한 바와 같이, 빗형 전극(4·5)에 전계를 인가하지 않은 상태에서는, 기판(1·2) 사이에 봉입되는 매질 A가 등방상을 나타내고, 광학적으로도 등방으로 되기 때문에, 흑 표시로 된다.
한편, 도 17(b)에 도시한 바와 같이, 빗형 전극(4·5)에 전계를 인가하면, 상기 매질 A의 각 분자(8)가, 그 길이축 방향이 상기 빗형 전극(4·5) 사이에 형성되는 전계를 따르도록 배향되기 때문에, 복굴절 현상이 발현한다. 이 복굴절 현상에 의해, 도 18에 도시한 바와 같이, 빗형 전극(4·5) 사이의 전계에 따라서 표시 소자의 투과율을 변조할 수 있다.
또한, 상전이 온도(전이점)로부터 충분히 먼 온도에 있어서는 표시 소자의 투과율을 변조시키기 위해서 필요한 전압은 커지지만, 전이점의 바로 위의 온도에서는 0 내지 100V 전후의 전압으로, 충분히 투과율을 변조시키는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, D.Demus, 외 3명편, 「Handbook of Liquid Crystals Low Molecular Weight Liquid Crystal」, Wiley-VCH, 1998년, vol.1, p.484-485, 및 야마모토 료이치, 외 1명, 「유기 전기 광학 재료」, National Technical Report, 1976년 12월, vol.22, No.6, p.826-834에 따르면, 전계 방향의 굴절율과, 전계 방향과 수직인 방향의 굴절율을, 각각 n//, n⊥로 하면, 복굴절 변화(Rtac=n//-n⊥) 와, 외부 전계, 즉 전계 E(V/m)의 관계는, Rtac=λ·Bk·E2로 표시된다. 또한, λ는 진공중에서의 입사광의 파장(m), Bk는 커 상수(m/V2), E는 인가 전계 강도(V/m)이다.
커 상수 B는 온도(T) 상승과 함께 1/(T-Tni)에 비례하는 함수로 감소하는 것이 알려져 있고, 전이점(Tni) 근방에서는 약한 전계 강도로 구동되고 있었다고 해도, 온도(T)가 상승함과 함께 급격히 필요한 전계 강도가 증대한다. 이 때문에, 전이점으로부터 충분히 먼 온도(전이점보다도 충분히 높은 온도)에서는 투과율을 변조시키기 위해서 필요한 전압이 커지지만, 상전이 직상부의 온도에서는, 약100V 이하의 전압으로, 투과율을 충분히 변조시킬 수 있다.
또한, 상기 매질층(3)은, 전계 인가 방향으로 배향 질서도가 상승하는 것에 의해 광학적 이방성이 발현(광학적 이방성의 정도가 변화)하고, 투과율이 변화하는 셔터형의 표시 소자로서 기능할 수 있다. 따라서, 상호 직교하는 편광판 흡수축 방향에 대하여, 그 이방성 방향은 45도의 각도를 이룰 때에 최대 투과율을 부여한다. 또한, 매질 A의 광학적 이방성이 발현하는 방위가, 편광판 흡수축에 각각 ±θ(도)의 각도로 존재한다고 했을 때의 투과율(P)은, P(%)=Sin2(2θ)로부터 어림되고, 상기 θ가 45도일 때의 투과율을 100%로 하면, 거의 90% 이상이면 사람의 눈에는 최대 휘도를 갖고 있다고 느껴진다는 점에서, 상기 θ는 35도<θ<55도이면, 사람의 눈에는 최대 휘도를 갖고 있다고 느껴진다.
본 실시 형태에서는, 도 20에 도시한 바와 같이, 양 기판(1·2)에 각각 마련 된 편광판(6·7)은, 서로의 흡수축(6a·7a), 즉, 편광판 흡수축 방향이 직교하도록 형성되어 있다. 또한, 각 편광판(6·7)에 있어서의 흡수축(6a·7a)과 빗형 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분(4b·5b)의 전극 신장 방향은 약 45도의 각도를 이루도록 형성되어 있다. 이 때문에, 각 편광판(6·7)에 있어서의 흡수축(6a·7a)은, 빗형 전극(4·5)의 전계 인가 방향에 대하여, 약 45도의 각도를 이루도록 형성되어 있다.
또한, 상기 기판(2)과 편광판(7) 사이에 마련된 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판(21)은, 해당 위상차판(21)의 면내 방향의 주 굴절율을 nx1, ny1, 법선 방향의 주 굴절율을 nz1로 하면, 해당 위상차판(21)은, ny1 방향이, 위상차판(21)을 개재하여 상기 기판(2)과 반대측에 형성되어 있는 편광판(7)의 흡수축(7a)과 평행 또는 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 상기 위상차판(21)의 굴절율 타원체에 있어서의 주 굴절율을 nx1, ny1, nz1로 했을 때, nx1 방향, ny1 방향은 기판(2) 면내 및 위상차판(21) 면내에 평행한 방향에 존재하고, nz1 방향은 상기 기판(2) 및 위상차판(21)의 기판면 및 위상차판면의 법선 방향에 존재하고, ny1 방향은 인접하는 편광판(7)의 흡수축(7a)과 평행 또는 직교하는 관계를 갖고 있다.
여기서, 비교를 위해서, 상술한 구성을 갖는 표시 소자에 있어서, 상기 위상차판(21)을 마련하지 않고서, 도 21에 도시한 바와 같이 편광판 흡수축 방향(방위 A) 및 편광판 흡수축으로부터 45도 방향의 방위(방위 B)에 있어서 극각 0도∼85도의 콘트라스트를 조사한 결과를 도 22에 도시한다. 또한, 콘트라스트는 ELDIM사(프랑스)제의 「EZ Contrast」에 의해서 측정했다.
도 22에 도시하는 결과로부터, 상기 위상차판(21)을 마련하지 않는 경우, 방위 A에서는 콘트라스트는 높지만, 방위 B에서는 극각의 증가와 함께 콘트라스트가 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 표시 소자를 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터 모니터 등의 표시 장치에 적용한 경우, 실용상의 문제가 크다. 특히, 실용상 문제 없이 사용하기 위해서는 콘트라스트는 10 이상인 것이 바람직하다.
그래서, 우선, 리터데이션(Rxz, Ryz)의 값이 서로 다른 다양한 위상차판(21)을 이용하여, 해당 위상차판(21)을 이용했을 때의, 방위 B, 극각 60도에 있어서의 콘트라스트를 조사했다. 또한, Rxz, Ryz는,
Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1),
Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)
로 표현되는 값이고, 상기 위상차판(21)(위상 차 필름)의 두께 d1은 100㎛, 관찰 파장은 550㎚로 했다. 이 결과를 도 23에 도시한다.
도 23은 횡축을 Rxz, 종축을 Ryz로 했을 때의 콘트라스트를 도시하고, 도 23 중, 완전히 검게 칠한 영역이 콘트라스트 20 이상의 영역이고, 회색의 영역(사선 영역)이 콘트라스트 10 이상의 영역이고, 착색되어 있지 않은 영역(무표시 영역)이, 콘트라스트가 개선되었다고 하여도, 콘트라스트 10 미만의 영역이다.
실용상 문제 없이 사용하기 위해서는 콘트라스트가 10 이상인 것이 바람직하고, 충분히 콘트라스트가 향상했다고 인정되기 위해서는, 콘트라스트가 20 이상일 필요가 있다.
여기서, 콘트라스트가 최대로 되는 점은,
(Rxz, Ryz)=(140㎚, -140㎚) 및,
(Rxz, Ryz)=(-140㎚, 140㎚)
이다. 또한,
(Rxz, Ryz)=(400㎚, -400㎚) 및,
(Rxz, Ryz)=(-400㎚, 400㎚)
부근에도 콘트라스트가 향상하는 영역이 존재했다. 그러나, 이 경우에는, 전자와 달리, 위상차판(21)의 파장 분산에 기인하는 착색이 크게 보였다.
도 24에, 상기한 콘트라스트 최대 조건일 때 방위 A 및 방위 B의 극각 0∼85도의 콘트라스트를 조사한 결과를 도시한다. 상기한 주 굴절율, 나아가서는 상기한 리터데이션을 갖는 위상차판(21)을 이용함으로써, 상술한 바와 같이 위상차판(21)이 없을 때와 비교하여 방위 B의 콘트라스트가 크게 향상되고, 방위 A와 방위 B에서 거의 차가 없는 콘트라스트가 얻어졌다. 이러한 표시 소자를 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터 모니터 등의 표시 장치에 적용한 바, 시야각에 있어서 실용상의 문제는 없었다.
또한, 최적점은 2 개소 있고, 각각 Rxz와 Ryz가 교체된 관계에 있다. 따라서, 위상차판(21)을 90도 회전시키더라도 마찬가지의 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 거의 콘트라스트 10 이상의 값이 얻어지는 영역은, 다음 식
Rxz≥0,
Ryz≤(225/500) Rxz-125,
Ryz≥(175/275) Rxz-300,
Ryz≥(500/500) Rxz-400,
Ryz≥-225,
또는,
Ryz≥0,
Rxz≤(225/500) Ryz-125,
Rxz≥(175/275) Ryz-300,
Rxz≥(500/500) Ryz-400,
Rxz≥-225
로 표현되는 영역이고, 상기 위상차판(21)이 상기의 관계를 충족시킴(즉, 상기 위상차판(21)으로서 상기 관계식을 만족하는 위상차판을 사용함)으로써, 콘트라스트 10 이상의 값을 얻을 수 있다. 또한, 위상차판(21)의 다른 범위에서도 콘트라스트 향상 효과가 있는 범위는 있지만, 그 범위에서는 파장 분산에 기인하는 착색 현상이 강하게 보여, 상기 위상차판(21)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있다.
또한, 거의 콘트라스트 20 이상이 얻어지는 영역은, 다음 식
Rxz≥25,
Ryz≤(125/250) Rxz-175,
-200≤Ryz≤-50,
Ryz≥(250/300) Rxz-300,
또는,
Ryz≥25,
Rxz≤(125/250) Ryz-175,
-200≤Rxz≤-50,
Rxz≥(250/300) Ryz-300,
으로 표현되는 영역이고, 상기 위상차판(21)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 콘트라스트 20 이상의 값을 얻을 수 있다. 또한, 위상차판(21)의 다른 범위에서도 콘트라스트 향상 효과가 있는 범위는 있지만, 그 범위에서는 파장 분산에 기인하는 착색 현상이 강하게 보여, 상기 위상차판(21)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있다.
또한, 콘트라스트 최대점은 거의(Rxz=-Ryz)이고, 또한, (Rxz-Ryz)가 관찰 파장 λ의 약 1/2(Rxz-Ryz≒1/2λ), 즉, 투과광의 파장의 1/2이고, 상기 위상차판(21)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 최대의 콘트라스트를 얻을 수 있다는 것도 알았다.
또한, 본 실시 형태에서는, 위상차판(21)을 1매로 구성했지만, 2매로 분할하여 기판(1)과 편광판(6) 사이(즉 화소 기판(11)과 편광판(6) 사이) 및 기판(2)과 편광판(7) 사이(즉 대향 기판(12)과 편광판(7) 사이)에 각각 삽입해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상기 위상차판(21)을 마련하지 않는 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C1이라고 함)로, 상기 위상차판(21)을 마 련한 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C2라고 함)를 나눈 값(C2/C1)을, 도 25에 도시한다. 도 25에 있어서, 횡축은 Rxz, 종축은 Ryz이고, 도 25 중, 완전히 검게 칠한 영역이 (C2/C1)가 2보다도 큰 영역이고, 회색의 영역(사선 영역)이 (C2/C1)가 1보다도 큰 영역이고, 착색되어 있지 않은 영역(무표시 영역)이 (C2/C1)가 1 이하의 영역이다. 따라서, 도 25 중, 회색 혹은 흑색 영역이, 2축 이방성을 갖는 위상차판(21)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(2)과 편광판(7) 사이에 마련함으로써 콘트라스트의 개선 효과가 얻어지는 영역이고, 2축 이방성을 갖는 위상차판(21)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(2)과 편광판(7) 사이에 마련함으로써, 거의 콘트라스트 개선 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형테에 따른 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 전계(외장)를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이며, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판 사이에, 경사 시각의 콘트라스트를 향상시키는 위상차판을 구비하고 있다.
즉, 본 실시 형태에 따르면, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에, 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 구비하고, 상기 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx1, ny1, 법선 방향의 주 굴절율을 nz1로 하면, 상기 위상차판이, 그 ny1 방향이, 해당 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되 어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하는 관계를 갖고 있고, 특히, 상기 관계식을 만족하는 주 굴절율, 나아가서는 리터데이션을 갖고 있음으로써, 경사 시각의 콘트라스트, 특히 편광판 흡수축으로부터 약 45도의 방위에 있어서의 경사 시각의 콘트라스트를 향상시킬 수 있어, 상기 표시 소자의 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 주로, 투과형의 표시 소자를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 반사형의 표시 소자로 하여도 된다.
도 26에, 본 발명을 적용한, 본 실시 형태에 따른 반사형의 표시 소자의 개략 구성의 일례를 도시한다.
상기 반사형의 표시 소자는, 화소 기판(11)이, 예를 들면, 글래스 기판 등으로 이루어지는 한쪽의 기판(1) 상에 반사층(31)을 마련함과 함께, 해당 반사층(31) 상에, 절연층(32)을 개재하여 예를 들면 ITO 등의 빗형 전극(4·5)이 마련되어 있는 구성을 갖고 있다. 또한, 그 밖의 구성에 대해서는 상기와 같다. 상기 절연층(32)으로서는, 아크릴계 수지 등의 유기막, 질화 규소, 산화 규소 등의 무기막을 적용할 수 있다. 또한, 상기 반사층(31)으로서는, 알루미늄이나 은의 박막 등을 적용할 수 있다. 상기의 구성에서는, 반사층(31)이 글래스 기판 등의 투명 기판으로 이루어지는 다른 쪽의 기판(2)으로부터 입사하여 온 광을 반사할 수 있기 때문에, 반사형의 표시 소자로서 기능한다.
또한, 상기한 바와 같이 반사형의 표시 소자에 본 발명을 적용하는 경우에는, 위상차판(21)을 광이 2회 투과하기 때문에, 위상차판(21)의 리터데이션(Rxz 등)의 값은, 투과형의 표시 소자에 본 발명을 적용한 경우의 절반 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 따른 표시 소자를 반사형의 표시 소자로서 사용하는 경우, 상기 빗형 전극(4·5)으로서는, 투과형의 표시 소자로서 이용하는 경우와 같이 ITO 등의 투명 전극 재료 이외에도, 알루미늄 등의 금속 전극 재료 등, 전극 재료로서 종래 공지의 각종 재료를 이용할 수 있다. 또한, 빗형 전극(4·5)의 선 폭이나 전극간 거리(전극 간격) 등도 특히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 기판(1)과 기판(2) 사이의 갭 등에 따라서 임의로 설정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기 기판(1·2)으로서, 글래스 기판을 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 기판(1·2) 중 적어도 한쪽이 투명한 기판이면 되고, 예를 들면 종래 공지의 각종 기판을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(1·2)으로서는, 종래 기판으로서 이용되고 있는 것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 필름 형상이어도 되고, 또한 가요성을 갖는 것이어도 되고, 적어도 한쪽이 투명하고, 상기 매질 A를 기판간, 즉, 내부에 유지(협지)할 수 있는 것이면, 매질 A의 종류나 상의 상태 등에 따라서, 다양한 재료를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 구체예로서, 매질 A로서 전계 무인가 시에 광학적으로는 등방이고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 발현하는 물질을 사용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 상 기 매질 A가 전계 인가에 의해 이방성이 소실되고, 광학적으로 등방성을 나타내는 물질이어도 되는 것은, 상술한 바와 같다.
이하에, 상기 매질 A로서 전계 인가에 의해 이방성이 소실되고, 광학적으로 등방성을 나타내는 물질을 이용한 구체예를 도시한다.
본 구체예에서는, 글래스 기판으로 이루어지는 투명한 2매의 기판(1·2) 중 한쪽의 기판(1)에 있어서의 기판(2)과의 대향면에, ITO로 이루어지는 투명한 빗형 전극(4·5)과, 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 형성함과 함께, 양 기판(1·2) 사이에, 매질 A로서, 투명한 유전성 물질인 4'n-알콕시-3'-니트로바이페닐-4-카르복실산(ANBC-22)을 봉입했다. 또한, 상기 표시 소자에 있어서의 매질층(3)의 두께는, 상기 기판(1·2)의 대향면에 미리 플라스틱 비즈를 산포해 놓음으로써, 4㎛로 되도록 조정했다.
또한, 편광판(6·7)은 상기한 바와 같이, 서로의 흡수축이 직교함과 함께, 각 편광판(6·7)에 있어서의 흡수축(6a·7a)과 빗형 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분(4b·5b)의 전극 신장 방향이 약 45도의 각도를 이루도록, 각각 기판(1·2)의 외측(대향면의 반대측)에 마련했다.
이와 같이 해서 얻어진 표시 소자를, 외부 가온 장치(가열 수단)에 의해, 스메크틱 C상-큐빅상의 상전이 근방의 온도(상 상전이 온도의 저온측 10K 정도까지)로 유지하여, 전계 인가(50V 정도의 교류 전계(0보다 크고 수 백 kHz까지))를 행한 바, 투과율을 변화시킬 수 있었다. 즉, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내는 스메크틱 C상(명 상태)에, 전계를 인가하는 것에 의해, 등방적인 큐빅상(암 상 태)으로 변화할 수 있었다.
또한, 후술하는 실시 형태 2에 설명한 바와 같이 기판(1·2)에, 각각 전극을 마련하고, 기판면 법선 방향의 전계를 발생시키더라도, 거의 마찬가지의 결과가 얻어졌다. 즉, 전계 방향은 기판면 수평 방향뿐만 아니라, 기판면 법선 방향에서도 거의 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 소자에 이용되는 매질 A로서는, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 갖고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 소실되어 광학적 등방성을 나타내는 매질을 이용하여도 된다.
또한 상기 매질 A는, 플러스의 유전 이방성을 갖는 것이어도, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 것이어도 된다. 매질 A로서 플러스의 유전율 이방성을 갖는 매질을 이용한 경우에는, 기판(1·2)에 대강 평행한 전계로 구동할 필요가 있지만, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 매질을 적용한 경우에는 그 범위에 들지 않는다. 예를 들면, 기판(1·2)에 경사 전계에 의해서도 구동 가능하고, 수직 전계에 의해서도 구동 가능하며, 이 경우에는 전극의 형상, 재질 및 배치 위치를 적절하게 변경하면 된다. 또한, 투명 전극을 이용하여 수직으로 전계를 인가하면, 개구율의 점에서 유리하다.
또한, 본 실시 형태에서는 기판 면내 방향, 즉 상기 기판(1·2)(화소 기판(11) 및 대향 기판(12))에 평행하게 전계를 발생시키는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 특허 문헌1에 개시한 바와 같이, 기판면 법선 방향, 즉 기판(1·2)에 수직 전계를 인가하여 표시를 행하여 도 된다. 또한, 이러한 경우에 있어서도, 전계 인가에 의한 광학적 이방성의 정도 변화는, 기판(1·2)에 대략 평행한 전계를 인가하여 표시를 행하는 경우와 기본적으로 동일하기 때문에, 이러한 경우에도 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.
기판면 법선 방향에 전계를 인가하는 경우에 대해, 도 27 및 도 28에 기초하여 설명하면 이하와 같다.
도 27은 기판면 법선 방향에의 전계 인가에 의한 표시 방식을 이용한 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 주요부의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 27에 도시한 바와 같이, 상기 표시 방식을 이용한 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 빗형 전극(4·5) 대신에, 투명 전극(33·34)이, 기판(1·2)의 대향면에 각각 구비되어 있는 구성을 갖고 있다.
이러한 표시 소자에 있어서도, 매질 A가, 투명 전극(33·34)에 전계를 인가하지 않은 상태에서는, 기판(1·2) 사이에 봉입되는 매질 A가 등방상을 나타내고, 광학적으로도 등방으로 되기 때문에, 흑 표시로 된다.
한편, 상기 투명 전극(33·34)에 전계를 인가하면, 상기 매질 A의 각 분자가, 그 길이축 방향이 상기 투명 전극(33·34) 사이에 형성되는 전계와 수직인 방향으로 배향하기 때문에, 복굴절 현상이 발현한다. 이 복굴절 현상에 의해, 투명 전극(33·34) 사이의 전압에 따라서 표시 소자의 투과율을 변조할 수 있다.
또한, 이러한 구성의 표시 소자에 있어서도, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 상전이 온도(전이점)보다도 충분히 높은 온도에서는, 투과율을 변조시키기 위해서 필요한 전압이 커지지만, 전이점의 바로 직상부의 온도에서는 0V∼100V 전후 의 전압으로, 충분히 투과율을 변조시키는 것이 가능하다.
또한, 도 27에 도시하는 표시 소자는, 상기 투명 전극(33·34) 상에, 배향막(35·36)이 각각 마련되어 있는 구성을 갖고 있다.
본 실시 형태에서는, 글래스 기판으로 이루어지는 투명한 2매의 기판(1·2)의 대향면에 각각 ITO로 이루어지는 투명 전극(33·34) 및 폴리이미드로 이루어지는 배향막(35·36)을 형성함과 함께, 양 기판(1·2) 사이에, 매질 A로서, 상기 구조식 21 내지 23으로 표현되는 화합물을 각각 순차로 30 중량%, 40 중량%, 30 중량%의 비율로 혼합하여 이루어지는 조성물로 이루어지는 투명한 유전성 액체를 봉입했다. 상기 유전성 액체는 113℃ 미만의 온도에서 네가티브형 네마틱 액정상, 그 이상의 온도에서 등방상을 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 상기 표시 소자에 있어서의 매질층(3)의 두께는, 상기 기판(1·2)의 대향면에 미리 플라스틱 비즈를 산포해 두는 것에 의해, 5㎛로 되도록 조정했다.
또한, 상기 배향막(35·36)에는 미리 러빙 처리를 실시하여 놓았다. 상호의 러빙 방향은 도 28에 도시한 바와 같이 반평행으로 하고, 그 방위는 편광판 흡수축과 45도의 각도를 이루도록 했다. 또한, 양 기판(1·2)의 외측에는, 도 27에 도시한 바와 같이 각각 편광판(6·7)을 배치했다. 이와 같이 하여 얻어진 표시 소자를, 외부 가온 장치(가열 수단)에 의해 네마틱 등방상의 상전이 직상부 근방의 온도로 유지하고, 전계 인가를 행함으로써, 투과율을 변화시킬 수 있었다.
〔실시 형태 4〕
본 발명의 실시의 다른 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명하면, 이하와 같 다. 또한, 본 실시 형태에서는 주로, 상기 실시 형태 3과의 상위점에 대하여 설명하는 것으로 하고, 상기 실시 형태 1 내지 3에서 이용한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 번호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
상기 실시 형태 3에서는, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에, 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 마련한 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 실시 형태에서는, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에, 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 마련한 경우를 예로 들어 설명한다.
도 29는 본 실시 형태에 따른 표시 소자의 주요부의 개략 구성의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 29에 도시하는 표시 소자는, 대향 기판(12)과 편광판(7)의 사이에, 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판(21) 대신에 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판(42)(제1 위상차판)이 마련되어 있음과 함께, 화소 기판(11)과 편광판(6) 사이에, 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판(41)(제2 위상차판)이 마련되어 있는 구성을 갖고 있다. 또한, 상기 위상차판(42·41) 이외의 구성은, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로 설정되어 있다.
또한 본 실시 형태에서도, 양 기판(1·2)에 각각 마련된 편광판(6·7)은, 서로의 흡수축(6a·7a), 즉, 편광판 흡수축 방향이 직교하도록 형성되어 있음과 함께, 각 편광판(6·7)에 있어서의 흡수축(6a·7a)과 빗형 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분(4b·5b)의 전극 신장 방향이 약 45도의 각도를 이루도록 형성되어 있다. 이 때문에, 각 편광판(6·7)에 있어서의 흡수축(6a·7a)은, 빗형 전극(4·5)의 전계 인가 방향에 대하여, 약 45도의 각도를 이루도록 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 상기 위상차판(42·41)은, 상기 위상차판(42)의 면내 방향의 주 굴절율을 nx2, ny2, 법선 방향의 주 굴절율을 nz2로 하고, 상기 위상차판(41)의 면내 방향의 주 굴절율을 nx3, ny3, 법선 방향의 주 굴절율을 nz3으로 하면, 상기 위상차판(42)이, nx2>ny2=nz2의 관계를 만족함과 함께, ny2 방향이, 해당 위상차판(42)을 개재하여 상기 기판(2)과 반대측에 형성되어 있는 편광판(7)의 흡수축(7a)과 평행하고, 상기 위상차판(41)이, nx3=ny3<nz3의 관계를 만족함과 함께, nx3, ny3 방향이, 해당 위상차판(41)을 개재하여 상기 기판(1)과 반대측에 형성되어 있는 편광판(6)의 흡수축(6a)과 평행 또는 직교하도록 배치되어 있다.
이하에, 상기 위상차판(42·41)의 리터데이션(Re, Rth)을 여러 가지로 변경하여, 방위 B, 극각 60도에 있어서의 콘트라스트를 조사했다. 또한, Re, Rth는,
Re(nm)=d2×(nx2-ny2)
Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)
로 표시되는 값이고, 상기 위상차판(42·41)(위상 차 필름)의 두께 d2·d3은 모두 100㎛, 관찰 파장은 550㎚로 했다. 이 결과를 도 30에 도시한다.
도 30은 횡축을 Rth, 종축을 Re로 했을 때의 콘트라스트를 나타내고, 도 30 중, 완전히 검게 칠한 영역이 콘트라스트 20 이상의 영역이고, 회색의 영역(사선 영역)이 콘트라스트 10 이상의 영역이고, 착색되어 있지 않은 영역(무표시 영역)이, 콘트라스트가 개선되었다고 하여도, 콘트라스트 10 미만의 영역이다.
실용상 문제 없이 사용하기 위해서는 콘트라스트가 10 이상인 것이 바람직하고, 충분히 콘트라스트가 향상되었다고 인정되기 위해서는, 콘트라스트가 20 이상 일 필요가 있다.
여기서, 콘트라스트가 최대로 되는 점은,
(Rth, Re)=(140㎚, 100㎚)
이다.
도 31에, 상기한 콘트라스트 최대 조건일 때 방위 A 및 방위 B의 극각 0∼85도의 콘트라스트를 조사한 결과를 도시한다. 상기한 주 굴절율, 나아가서는 상기한 리터데이션을 갖는 위상차판(42·41)을 이용함으로서, 상술한 바와 같이 위상차판(42·41)이 없을 때와 비교하여 방위 B의 콘트라스트가 크게 향상되어, 방위 A와 방위 B에서 거의 차가 없는 콘트라스트가 얻어졌다. 이러한 표시 소자를 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터 모니터 등의 표시 장치에 적용한 바, 시야각에 있어서 실용상의 문제는 없었다. 또한, 상기 위상차판(42·41)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있었다.
또한, 거의 콘트라스트 10 이상의 값이 얻어지는 영역은, 다음 식
(Rth-140)2+(Re-100)2≤652
로 표현되는 영역, 즉, 중심이(Rth, Re)=(140㎚, 100㎚), 반경 65㎚의 원이고, 상기 위상차판(42·41)이 상기의 관계를 충족시킴(즉, 상기 위상차판(42·41)으로서 상기 관계식을 만족하는 위상차판을 사용함)으로써, 콘트라스트 10 이상의 값을 얻을 수 있다. 또한, 위상차판(42·41)의 다른 범위에서도 콘트라스트 향상 효과가 있는 범위는 있지만, 그 범위에서는 파장 분산에 기인하는 착색 현상이 강하게 보 여, 상기 위상차판(42·41)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있다.
또한, 거의 콘트라스트 20 이상이 얻어지는 영역은, 다음 식
*(Rth-140)2+(Re-100)2≤402
로 표현되는 영역, 즉, 중심이(Rth, Re)=(140㎚, 100㎚), 반경 40㎚의 원이고, 상기 위상차판(42·41)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 콘트라스트 20 이상의 값을 얻을 수 있다. 또한, 위상차판(42·41)의 다른 범위에서도 콘트라스트 향상 효과가 있는 범위는 있지만, 그 범위에서는 파장 분산에 기인하는 착색 현상이 강하게 보여, 상기 위상차판(42·41)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있다.
또한, 상기 위상차판(42·41)을 마련하지 않는 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C3라고 함)로, 상기 위상차판(42·41)을 마련한 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C4이라고 함)를 나눈 값(C4/C3)을, 도 32에 도시한다. 도 32에 있어서, 횡축은 Rth, 종축은 Re이고, 도 32 중, 완전히 검게 칠한 영역이 (C4/C3)가 2보다도 큰 영역이고, 회색의 영역(사선 영역)이 (C4/C3)가 1보다도 큰 영역이고, 착색되어 있지 않은 영역(무표시 영역)이 (C4/C3)가 1 이하의 영역이다. 따라서, 도 32 중, 회색 혹은 흑색 영역이, 1축 이방성을 갖는 위상차판(42·41)을 그 주 굴절율 방향 과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 마련하는 것에 의해 콘트라스트의 개선 효과가 얻어지는 영역이고, 1축 이방성을 갖는 위상차판(42·41)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 마련하는 것에 의해, 거의 콘트라스트 개선 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 전계(외장)를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이며, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽 기판과 편광판 사이에, 경사 시각의 콘트라스트를 향상시키는 위상차판을 구비하고 있다.
*즉, 본 실시 형태에 따르면, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 1축 광학 이방성을 갖는 제1 및 제2 위상차판을 구비하고, 상기 제1 및 제2 위상차판은, 상기 제1 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx2, ny2, 법선 방향의 주 굴절율을 nz2로 하고, 상기 제2 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx3, ny3, 법선 방향의 주 굴절율을 nz3으로 하면, 상기 제1 위상차판은, nx2>ny2=nz2의 관계를 만족함과 함께, ny2 방향이, 해당 제1 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하여, 상기 제2 위상차판은, nx3=ny3<nz3의 관계를 만족함과 함께, ny3 방향이, 해당 제2 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또 는 직교하는 관계를 갖고 있는 것, 특히, 상기 관계식을 만족하는 주 굴절율, 나아가서는 리터데이션을 갖고 있음으로써, 경사 시각의 콘트라스트, 특히 편광판 흡수축으로부터 약 45도의 방위에 있어서의 경사 시각의 콘트라스트를 향상시킬 수 있고, 상기 표시 소자의 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 29에 도시한 바와 같이 대향 기판(12)과 편광판(7)의 사이에, 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판(21) 대신에 1축 광학 이방성을 갖는 제1 위상차판인 위상차판(42)이 마련되어 있음과 함께, 화소 기판(11)과 편광판(6) 사이에, 1축 광학 이방성을 갖는 제2 위상차판인 위상차판(41)이 마련되어 있는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 실시 형태는 이것에 한정되는 것이 아니라, 상기 한 쌍의 기판(1·2)(화소 기판(11)·대향 기판(12)) 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판(편광판(6)또는 편광판(7)) 사이에, 1축 광학 이방성을 갖는 제1 및 제2 위상차판(위상차판(42·41)) 중 적어도 한쪽이 마련되어 있는 구성으로 하여도 된다.
이러한 표시 소자로서는, 예를 들면, 상기 위상차판(42), 위상차판(41)이, 도 33(a)에 도시한 바와 같이, 상기 대향 기판(12)과 편광판(7)의 사이에, 대향 기판(12) 측으로부터 이 순으로 적층되어 있는 구성으로 하여도 되고, 도 33(b)에 도시한 바와 같이, 상기 대향 기판(12)과 편광판(7)의 사이에, 대향 기판(12) 측으로부터 위상차판(41), 위상차판(42)의 순으로 적층되어 있는 구성으로 하여도 된다. 또한, 도 33(c)에 도시한 바와 같이, 상기 대향 기판(12)과 편광판(7) 사이에 위상차판(42)만이 마련되어 있는 구성으로 하여도 되고, 도 33(d)에 도시한 바와 같이, 상기 대향 기판(12)과 편광판(7) 사이에 위상차판(41)만이 마련되어 있는 구성으로 하여도 된다.
즉, 상기 위상차판(42·41)은, 그 적어도 한쪽이 마련되어 있으면 되고, 또한, 편광판이 마련된 측의 기판 중 적어도 한쪽(즉, 한쪽의 기판의 외측에만 편광판이 마련되어 있는 경우에는, 해당 편광판과 기판의 사이이고, 양 기판의 외측에 편광판이 마련되어 있는 경우에는 그 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이)에, 적어도 하나의 위상차판이 마련되어 있으면 된다.
또한, 상기 위상차판(41·42)은, 상호 조합하여 적용한 경우에 특히 현저한 콘트라스트의 개선 효과를 얻을 수 있었지만, 어느 한쪽만인 경우라도, 위상차판이 마련되어 있지 않는 종래의 구성과 비교하면, 콘트라스트 개선 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 상기 구성 중 어느 구성을 채용할지는, 비용과 성능의 밸런스를 생각하여 적절하게 선택하면 된다.
또한, 제1 위상차판(위상차판(42))의 지상축(면내의 주 굴절율이 큰 방향)은, 인접하는 편광판(7)의 흡수축(7a)과 평행 또는 직교할 때에 콘트라스트 향상 효과를 발현하고, 보다 바람직하게는 직교하고 있을 때였다.
〔실시 형태 5〕
본 발명의 실시의 또 다른 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명하면 이하와 같다. 또한, 본 실시 형태에서는 주로, 상기 실시 형태 3 및 4의 상위점에 대하여 설명하는 것으로 하고, 상기 실시 형태 1 내지 4에서 이용한 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 번호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 34는 본 실시 형태에 따른 표시 소자에 마련된 편광판(7)의 주요부의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
상기 편광판(7)은 도 34에 도시한 바와 같이, 기판(2)(도 15 참조) 측으로부터, 접착층(71), 기재 필름(72), 편광층(73), 표면 보호층(74)이, 이 순으로 적층된 구조를 갖고 있다. 상기 접착층(71)은 기재 필름(72) 이면에 마련되고, 기판(2)에 해당 편광판(7)을 접착하도록 되어 있다. 또한, 편광층(73)은 특정한 방향의 편광만 투과하도록 되어 있고, 상기 표면 보호층(74)은 상기 편광층(73) 표면을 보호하기 위해서 형성되어 있다.
또한, 상기 기재 필름(72)은 통상, 트리아세틸셀룰로스(TAC)로 형성되어 있다. 상기 실시 형태 3 및 4에서도, 편광판(6·7)으로서는, 일반적인 편광판을 이용하고 있고, 양 편광판(6·7)의 기재 필름에는 상기 TAC가 사용되고 있다.
그러나, TAC는 그 자신이 광학 이방성을 갖고 있다. 이 때문에, 상기 편광판(6·7)에 있어서의 기재 필름은 각각 광학 이방성을 갖고 있고, 면내의 리터데이션은 거의 0이지만, 두께 방향의 리터데이션은 45㎚였다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 상기 실시 형태 3 및 4에서의 구성에 있어서, 편광판(6·7)의 TAC를 배제할 때의 기재 필름의 리터데이션의 영향, 즉, 상기 편광판(6·7)이 갖는 리터데이션의 영향을 조사했다.
우선, 실시 형태 3에 대응하는 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판(21)을 이용한 경우, 도 35에 도시한 바와 같이, 최대 콘트라스트를 부여하는 (Rxz, Ryz)의 값은 거의 변하지 않는다는 것을 알았다. 단, 최대 콘트라스트점 주변의 경향에는 변화가 있고, 최대 콘트라스트점으로부터 어긋난 경우의 콘트라스트에는 차이가 있어, 등고선 형상이 타원 형상으로부터 삼각 형상으로 되었다.
이 때문에, 거의 콘트라스트 10 이상이 얻어지는 영역을 수식으로 나타내면,
Rxz2+Ryz2≤3002,
Rxz≥50,
Ryz≤-50,
또는,
Rxz2+Ryz2≤3002,
Ryz≥50,
Rxz≤-50
으로 되었다.
또한, 거의 콘트라스트 20 이상이 얻어지는 영역을 수식으로 나타내면,
Rxz2+Ryz2≤2502,
Rxz≥75,
Ryz≤-75,
또는,
Rxz2+Ryz2≤2502,
Ryz≥75,
Rxz≤-75
로 되었다. 또한, 상기 어느 경우에도, 상기 위상차판(21)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있었다.
또한, 상기와 같이 편광판(6·7)에 있어서의 리터데이션의 영향을 배제한 경우에도, 상기 실시 형태 3과 마찬가지로 최적점(최대 콘트라스트가 얻어지는 점)은 2개소 있으며, 각각이 Rxz와 Ryz가 교체된 관계이다. 이에 의해, 상기 위상차판(21)을 90도 회전시키더라도 마찬가지의 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 상기한 경우에 있어서, 상기 위상차판(21)을 마련하지 않는 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C5이라고 함)로, 상기 위상차판(21)을 마련한 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C6라고 함)를 나눈 값(C6/C5)을 조사한 결과를, 도 36에 도시한다. 도 36에 있어서, 횡축은 Rxz, 종축은 Ryz이고, 도 36 중, 완전히 검게 칠한 영역이 (C6/C5)가 2보다도 큰 영역이고, 회색의 영역(사선 영역)이 (C6/C5)가 1보다도 큰 영역이고, 착색되어 있지 않은 영역(무표시 영역)이 (C6/C5)가 1 이하의 영역이다. 따라서, 도 36 중, 회색 혹은 흑색 영역이, 편광판(6·7)에 있어서의 리터데이션의 영향을 배제한 경우에, 2축 이방성을 갖는 위상차판(21)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 마련하는 것에 의해 콘트라스트의 개선 효과가 얻어지는 영역이고, 2축 이방성을 갖는 위상차판(21)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 마련하는 것에 의 해, 거의 콘트라스트 개선 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서도, 위상차판(21)을 1매로 구성했지만, 2매로 분할하여 각각 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 삽입해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
한편, 상기 실시 형태 4에 대응하는, 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판(42·41)을 이용한 경우, 도 37에 도시한 바와 같이, 최대 콘트라스트를 부여하는 점은 변화했다.
상기와 같이 편광판(6·7)에 있어서의 리터데이션의 영향을 배제한 경우에 콘트라스트가 최대로 되는 점은,
(Rth, Re)=(90㎚, 140㎚)
였다.
*따라서, 상기 실시 형태 4의 구성에 있어서 경사 시각의 콘트라스트를 최적화하기 위해서는, 기재 필름의 리터데이션(편광판(6·7)의 리터데이션)을 고려하는 것이 바람직하다는 것을 알았다.
*또한, 거의 콘트라스트 10 이상이 얻어지는 영역은, 다음 식
*(Rth-90)2+(Re-140)2≤652
로 표현되는 영역, 즉, 중심이 (Rth, Re)=(90㎚, 140㎚), 반경 65㎚의 원이었다.
또한, 거의 콘트라스트 20 이상이 얻어지는 영역은, 다음 식
(Rth-90)2+(Re-140)2≤402
로 표현되는 영역, 즉, 중심이 (Rth, Re)=(140㎚, 100㎚, 반경 40㎚의 원이었다. 또한, 상기 어느 인 경우에도, 상기 위상차판(42·41)이 상기의 관계를 충족시킴으로써, 파장 분산에 기인하는 착색을 방지할 수 있었다.
이상의 점으로부터, 편광판(6·7)의 법선 방향의 리터데이션, 즉, TAC의 리터데이션을 Rtac로 하면, Rtac=45㎚일 때에 콘트라스트가 최대로 되는 점은 (Re, Rth)=(100㎚, 140㎚)이고, Rtac=0㎚일 때에 콘트라스트가 최대로 되는 점은 (Re, Rth)=(140㎚, 90㎚)이고, TAC의 리터데이션(Rtac)을 변화시켰을 때에는, 도 38(a) 및 도 38(b)에 도시한 바와 같이, 상기 2점에서 외삽 또는 내삽할 수 있는 새로운 (Re, Rth)를 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 대강 도 38(a) 및 도 38(b)에 도시하는 직선 그래프로부터 ±50% 정도의 범위이면, 실용적인 효과(분명히 종래예보다 시야각이 향상되었다고 판단할 수 있음)를 발현하고, ±25% 정도의 범위이면 현저한 효과(주관 평가 레벨에서 거의 효과가 포화하고 있는 영역)를 갖는다는 것을 알았다.
즉, 도 38(a) 및 도 38(b)에 도시하는 직선 그래프로부터 ±50% 정도의 범위의 경우, 제1 위상차판인 위상차판(42)의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판인 위상차판(41)의 두께를 d3(nm), 이들 위상차판(42·41)의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하고, 편광판(6·7)의 법선 방향의 리터데 이션을 Rtac로 하면, 상기 Re가, (Rtac, Re)=(45, 100×1.5) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×1.5)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Re)=(45, 100×0.5) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×0.5)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재함과 함께, 상기 Rth가, (Rtac, Rth)=(45, 140×1.5) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×1.5)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×0.5) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×0.5)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재하도록 하면 되게 된다.
또한, 도 38(a) 및 도 38(b)에 도시하는 직선 그래프로부터 ±25% 정도의 범위의 경우, 상기 위상차판(42)의 두께를 d2(nm), 상기 위상차판(41)의 두께를 d3(nm), 상기 위상차판(42·41)의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하고, 상기 편광판(6·7)의 법선 방향의 리터데이션을 Rtac로 하면, 상기 Re가, (Rtac, Re)=(45, 100×1.25) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×1.25)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×1.25) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×1.25)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재함과 함께, 상기 Rth가, (Rtac, Re)=(45, 100×0.75) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×0.75)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×0.75) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×0.75)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재하도록 하면 되게 된다.
또한, 상기의 범위(±50% 및 ±25%의 범위)는, Re와 Rth에 있어서의 2점의 값에 의해서 얻어지는 직선에 의해서 각각 보간된 것이다.
또한, 상술한 바와 같이 편광판(6·7)의 리터데이션의 영향을 제외한 경우에, 상기 위상차판(42·41)을 마련하지 않는 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에 서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C7이라고 함)로, 상기 위상차판(42·41)을 마련한 경우에 있어서의 방위 B, 극각 60도에서의 콘트라스트치(이하, 콘트라스트 C8라고 함)를 나눈 값(C8/C7)을 조사한 결과를, 도 39에 도시한다. 도 39에 있어서, 횡축은 Rth, 종축은 Re이고, 도 39 중, 완전히 검게 칠한 영역이, (C8/C7)가 2보다도 큰 영역이고, 회색의 영역(사선 영역)이, (C8/C7)가 1보다도 큰 영역이고, 착색되어 있지 않은 영역(무표시 영역)이 (C8/C7)가 1 이하의 영역이다. 따라서, 도 39 중, 회색 혹은 흑색 영역이, 편광판(6·7)에 있어서의 리터데이션의 영향을 배제한 경우에, 1축 이방성을 갖는 위상차판(42·41)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 마련하는 것에 의해 콘트라스트의 개선 효과가 얻어지는 영역이고, 1축 이방성을 갖는 위상차판(42·41)을 그 주 굴절율 방향과 편광판 흡수축의 위치 관계가 상기한 관계를 갖도록 기판(1·2)과 편광판(6·7) 사이에 마련하는 것에 의해, 거의 콘트라스트 개선 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
〔실시 형태 6〕
본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명하면 이하와 같다.
〔6-1. 표시 소자의 구성 및 표시 원리〕
우선, 본 실시 형태의 표시 소자를 이용하는 표시 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 40에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 표시 장치(100)는, 후술하는 구성의 표시 소자를 갖는 화소(10)가 매트릭스 형상으로 배치된 표시 패널(102)과, 표시 패널(102)의 데이터 신호선 SL1∼SLn을 구동하는 소스 드라이버(103)와, 표시 패널의 주사 신호선 GL1∼GLm을 구동하는 게이트 드라이버(104)와, 컨트롤러(105)와, 소스 드라이버(103) 및 게이트 드라이버(104)로(에) 표시 패널로써 표시를 행하기 위한 전압을 공급하는 전원 회로(106)를 포함하고 있다.
또한, 표시 장치(100)는, 외부 장치에서 입력되는 영상 신호를 1 프레임 분 축적하는 프레임 메모리(107)와, 외부 장치에서 입력되는 현재의 프레임의 영상 신호(현 프레임 영상 신호, 금회의 영상 신호), 및 현재의 프레임의 하나 전의 프레임의 영상 신호(전 프레임 영상 신호, 전회의 영상 신호)에 기초하여, 현 프레임 영상 신호를 보정한 보정후 영상 신호를 컨트롤러(105)에 출력하는 영상 신호 보정 처리부(108)를 구비하고 있다. 또한, 프레임이란, 외부 장치로부터 입력되는 영상 신호의 전송 단위를 말한다. 또한, 영상 신호 보정 처리부(108)가 행하는 영상 신호의 보정 처리에 관해서는 후술한다.
컨트롤러(105)는, 디지털화된 표시 데이터 신호(예를 들면, 적, 녹, 청에 대응하는 RGB의 각 영상 신호), 및 소스 드라이버의 동작을 제어하기 위한 소스 드라이버 제어 신호를 소스 드라이버(103)에 출력함과 함께, 게이트 드라이버의 동작을 제어하기 위한 게이트 드라이버 제어 신호를 게이트 드라이버(104)에 출력하고 있다. 소스 드라이버 제어 신호로서는, 수평 동기 신호, 스타트 펄스 신호 및 소스 드라이버용의 클럭 신호 등이 있다. 한편, 게이트 드라이버 제어 신호로서는, 수직 동기 신호나 게이트 드라이버용의 클럭 신호 등이 있다. 또한, 컨트롤러(105)는, 영상 신호 보정 처리부(108)로부터 입력되는 보정후 영상 신호에 기초하여, 소스 드라이버(103)로(에) 입력하는 표시 데이터 신호를 결정한다.
또한, 상기 표시 패널(102)은, 복수의 데이터 신호선 SL1∼SLn과, 각 데이터 신호선 SL1∼SLn에, 각각 교차하는 복수의 주사 신호선 GL1∼GLm을 구비하고 있고, 데이터 신호선 및 주사 신호선의 조합마다, 화소(10…)가 마련되어 있다. 그리고, 각 화소(10)의 구성은 실시 형태 1에 있어서 도 14에 도시한 구성과 마찬가지이다. 즉, 각 화소(10)는 표시 소자(120)와 스위칭 소자(121)를 구비하고 있다.
상기 스위칭 소자(121)로서는, 예를 들면 FET(전계 효과형 트랜지스터) 혹은 TFT(박막 트랜지스터) 등이 이용되고, 상기 스위칭 소자(121)의 게이트 전극(22)이 주사 신호선 GLi에, 드레인 전극(23)이 데이터 신호선 SLi에, 또한 소스 전극(24)이 표시 소자(120)에 접속되어 있다. 또한, 표시 소자(120)의 타단은, 전 화소(10…)에 공통된 도시하지 않은 공통 전극선에 접속되어 있다. 이에 의해, 상기 각 화소(10)에 있어서, 주사 신호선 GLi(i는 1 이상의 임의의 정수를 나타냄)가 선택되면, 스위칭 소자(121)가 도통하고, 도시하지 않은 컨트롤러로부터 입력되는 표시 데이터 신호에 기초하여 결정되는 신호 전압이, 소스 드라이버(103)에 의해 데이터 신호선 SLi(i는 1 이상의 임의의 정수를 나타냄)를 개재하여 표시 소자(120)에 인가된다. 표시 소자(120)는 상기 주사 신호선 GLi의 선택 기간이 종료하여 스위칭 소자(121)가 차단되어 있는 동안, 이상적으로는 차단 시의 전압을 계속 유지한다.
여기서, 표시 소자(120)의 투과율 혹은 반사율은, 스위칭 소자(121)에 의해 인가되는 신호 전압에 의해 변화한다. 따라서, 주사 신호선 GLj를 선택하고, 각 화소(10)로의 표시 데이터 신호에 따른 신호 전압을, 소스 드라이버(103)로부터 데이터 신호선 SLi에 인가하면, 각 화소(10)의 표시 상태를, 영상 데이터에 맞추어 변화시킬 수 있다.
표시 소자(120)의 구성은 실시 형태 1에 있어서 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시한 구성과 마찬가지이다. 즉, 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 표시 소자(120)는, 상호 대향하도록 배치된 2매의 글래스 기판(1·2)과, 글래스 기판(1·2)의 외측에 각각 배치된 편광판(6·7)을 구비하고 있다. 또한, 표시 소자(120)에서는, 2매의 글래스 기판(1·2)의 사이에, 전계 인가에 의해 매질 그 자체의 이방성의 정도 또는 배향 질서가 변화하는 매질(이하 단순히 「매질 A」라고 기재함)이 봉입된다. 또한, 매질 A는 예를 들면, 10㎛ 정도의 두께로 설정됨과 함께, 33.3℃ 미만의 온도에서 네마틱상, 그 이상의 온도에서 등방상을 나타내는 것이다. 또한, 매질 A로서는, 예를 들면 실시 형태 1에 기재한 화학 구조식 2로 표현되는 물질을 이용할 수 있다. 그 밖의 매질 A의 구체예에 대해서는 후술한다.
또한, 글래스 기판(1)의 표면에는, 2매의 전극(4·5)이 상호 대향하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 2에 도시한 바와 같이, 2매의 전극(4·5)은 각각 빗살 모양으로 형성되고, 한쪽의 전극의 빗살 무늬가 다른 쪽의 전극의 빗살 무늬에 서로 맞물리도록 되어 있다. 또한, 전극(4·5)의 폭은 5㎛로 설정되고, 2매의 전극(4·5)의 사이의 거리는 5㎛로 설정되어 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 양 기판(1·2)에 각각 마련된 편광판(6·7)은, 서로의 흡수축이 직교함과 함께, 각 편광판(6·7)에 있어서의 흡수축과 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분의 전극 신장 방향이 약 45도의 각도를 이루도록 구비되어 있다. 이 때문에, 각 편광판(6).7에 있어서의 흡수축은, 전극(4·5)의 전계 인가 방향에 대하여 약 45도의 각도를 이룬다.
이와 같이 전극(4·5)을 배치하는 것에 의해, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 전극(4·5) 사이에 전계를 인가하면, 기판(1)에 대략 평행한 방향에 전계가 인가되게 된다. 그리고, 이와 같이 구성된 표시 소자(120)의 온도를, 가온 장치(도시하지 않음)를 이용하여, 매질 A의 네마틱상과 등방상이 전이하는 온도의 근방(상전이 온도보다도 약간 높은 온도, 예를 들면 +0.1K)으로 유지한 상태에서, 전극(4·5) 사이에 전계를 인가하면, 투과율을 변화시킬 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 표시 소자에 의한 화상 표시의 원리를 설명한다. 실시 형태 1에 있어서 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 전극(4·5) 사이에 전계를 인가하지 않은 상태에서는, 기판(1·2) 사이에 봉입되는 매질 A는 등방상을 나타내고, 광학적으로도 등방으로 되기 때문에, 표시 소자(120)는 흑색을 표시한다.
또한, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 전극(4·5) 사이에 전계를 인가하면, 매질 A의 분자의 길이축 방향이 전극(4·5) 사이에 형성되는 전계를 따르도록 배향하기 때문에, 복굴절 현상이 발현한다. 이 복굴절 현상에 의해, 도 3(c)에 도시한 바와 같이, 전극(4·5) 사이의 전압에 따라서 표시 소자(120)의 투과율을 변조할 수 있다.
또한, 표시 소자의 온도가 매질 A의 상전이 온도와 크게 다른 경우, 표시 소자의 투과율을 변조시키기 위해서 필요한 전압이 커진다. 한편, 표시 소자의 온도가 매질 A의 상전이 온도와 대략 일치하는 경우, 0V∼100V 전후의 전압을 전극(4·5) 사이에 인가하면, 충분히 표시 소자의 투과율을 변조시키는 것이 가능하게 된 다.
〔6-2. 그 밖의 표시 소자의 구성 예〕
본 표시 소자에 있어서, 매질 A는 투명한 유전성 물질인 4'-n-alkoxy-3'-nitrobiphenyl-4-carboxylic acids (ANBC-22)로 하여도 된다.
또한, 기판(1·2)에는 글래스 기판을 이용했다. 또한, 양 기판(1·2) 사이의 간격은 비즈를 미리 산포해 둠으로써, 4㎛로 되도록 조정했다. 즉, 매질 A의 두께를 4㎛로 했다.
또한, 전극(4·5)은 ITO로 이루어지는 투명 전극으로 했다. 또한, 양 기판(1·2)의 내측(대향면)에는 러빙 처리를 실시한 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 형성했다. 러빙 방향은 스메크틱 C상에 있어서 명 상태로 되는 방향이 바람직하고, 전형적으로는 편향판 축 방향과 45도의 각도를 이루고 있는 것이 바람직하다. 또한, 기판(1)측의 배향막에 대해서는 전극(4·5)을 피복하도록 형성했다.
편광판(6·7)은 도 2에 도시한 바와 같이, 서로의 흡수축이 직교함과 함께, 각 편광판에 있어서의 흡수축과 전극(4·5)에 있어서의 빗살 무늬 부분의 전극 신장 방향이 약 45도의 각도를 이루도록, 각각 기판(1·2)의 외측(대향면의 반대측)에 마련했다.
이와 같이 하여 얻어진 표시 소자는, 스메크틱 C상-큐빅상의 상전이 온도보다도 저온측의 온도에서는, 스메크틱 C상으로 된다. 또한, 스메크틱 C상은 전계 무인가 상태에서 광학적 이방성을 나타낸다.
그리고, 이 표시 소자를, 외부 가온 장치에 의해 스메크틱 C상-큐빅상의 상 전이 근방의 온도(상전이 온도의 저온측 10K 정도까지)로 유지하고, 전압 인가(50V 정도의 교류 전계(0보다 크고 수 백 kHz까지))를 행한 바, 투과율을 변화시킬 수 있었다. 즉, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내는 스메크틱 C상(명 상태)에, 전계를 인가하는 것에 의해, 등방적인 큐빅상(암 상태)으로 변화할 수 있었다.
또한, 각 편광판(6·7)의 흡수축과 전극(4·5)이 이루는 각도는 45도에 한하지 않고, 0∼90도의 모든 각도로 표시를 행할 수 있었다. 왜냐하면, 명 상태는 전계 무인가 시에 실현되고 있고, 러빙 방향과 편향판 흡수축 방향의 관계만으로 달성할 수 있다. 또한, 암 상태는 전계 인가에 의한 매질의 광학적 등방상으로의 전계 유기 상전이에서 실현하고 있기 때문에, 각 편향판(6·7)의 흡수축이 상호 직교하기만 하면 되고, 전극(4·5)의 방향과의 관계에 의하지 않는다. 따라서, 배향 처리는 반드시 필요하지는 않고, 비정질 배향 상태(랜덤 배향 상태)에서도 표시를 행할 수 있었다.
또한, 기판(1·2)에 각각 전극을 마련하고, 기판면 법선 방향의 전계를 발생시키더라도 거의 마찬가지의 결과가 얻어졌다. 즉, 전계 방향은 기판면 수평 방향뿐만 아니라, 기판면 법선 방향에서도 거의 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
이와 같이, 본 표시 소자의 매질 A로서, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 갖고, 전계 인가에 의해 광학적 이방성이 소실되어 광학적 등방성을 나타내는 매질을 이용하여도 된다.
또한, 본 표시 소자에 있어서의 매질 A는, 플러스의 유전 이방성을 갖는 것이어도, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 것이어도 된다. 플러스의 유전율 이방성 을 갖는 것을 매질 A로서 이용한 경우에는, 기판에 대체로 평행한 전계로 구동할 필요가 있지만, 마이너스의 유전 이방성을 갖는 매질을 적용한 경우에는 그에 한정하는 것은 아니다.
예를 들면, 기판에 경사 전계에 의해서도 구동 가능하고, 수직 전계에 의해서도 구동 가능하다. 이 경우에는 대향하는 한 쌍의 기판(기판(1·2))의 쌍방에 전극을 구비하고, 양 기판에 구비된 전극간에 전계를 인가함으로써, 매질 A에 전계를 인가하게 된다.
또한, 전계를 기판면 평행 방향에 인가하는 경우에서도, 혹은 기판면 수직 방향 또는 기판면에 대하여 경사 방향에 인가하는 경우에서도, 전극의 형상, 재질, 전극의 수, 및 배치 위치 등은 적절하게 변경하면 된다. 예를 들면, 투명 전극을 이용하여 기판면에 대하여 수직으로 전계를 인가하면, 개구율의 점에서 유리하다.
〔6-3. 본 실시 형태의 표시 소자에 대한 전계의 인가 방법〕
다음에, 본 실시 형태의 표시 소자에 대한 전계의 인가 방법에 대하여 설명한다. 우선, 본 발명자들은 종래의 표시 소자에 있어서 표시 응답이 늦어진 원인을 보다 상세히 검토하기 위해서, 종래의 표시 소자에 실제로 인가되고 있는 전압을 관찰했다. 그 결과, 도 41에 도시한 바와 같이, 표시 소자에 인가되고 있는 전압은, 신호 전압에서 일정한 상태로는 유지되지 않고, 시간의 경과와 함께 저하하고 있는 것을 알았다.
그래서, 도 42(a)에 도시한 바와 같이, 표시 소자에 전압을 기입하는 제1 프레임째에 있어서, 도달하여야 할 전압보다도 큰 신호 전압을 표시 소자에 기입하 면, 도 46(b)에 도시한 바와 같은 계단 형상의 투과율 응답 파형이 관찰되는 일없이, 표시 소자가 신호 전압에 대하여 고속으로 응답하여 표시를 행할 수 있다는 것을 알았다. 이와 같이, 고속 응답의 표시가 실현된 이유를 이하에 설명한다.
본 실시 형태의 표시 소자에 있어서의 전압(V)과 소자 용량(C/nF)의 관계를, 도 43에 도시한다. 도 43에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 표시 소자에서는, 전압 상승에 수반하여 용량이 단조 증가한다. 이것은 전압의 상승에 수반하여 매질 A가 보다 높은 질서성으로 배향하도록 되고, 그 결과, 매질 A의 배향 분극이 용량에 기여하여 커지는 것에 기인하는 것이라고 생각된다.
*여기서, 전압 0.0V·용량 0.325nF의 상태로부터, 전압 40.0V·용량 0.590nF의 상태에 표시 소자를 응답시킨다고 한다. 또한, 이하의 설명에서는 0.0V=V0, 0.325nF=C0, 40.0V=V1, 0.590nF=C1로서 기재한다.
전압이 V0의 상태일 때에, 표시 소자에 기입되는 신호 전압이 도달시켜야 할 전압을 V1로 하면, 전압 V1을 인가한 순간에 표시 소자에 충전되는 전하를 Q01로 하면,
Q01=C0·V1(=13.0(nC))
이다.
한편, 전압이 V1로 용량이 C1의 상태에 있어서 충전되어 있어야 할 전하량 Q1은,
*Q1=C1·V1(=23.6(nC))
이다.
여기서, 도 43을 참조하면 알 수 있듯이, C0<C1라는 점에서, 분명하게,
Q01<Q1
로 되어, 충전하여야 할 전하량이 부족하다는 것을 알 수 있다.
실제로는, Q01=C2·V2로 되는 전압 V2·용량 C2가 존재하고, 신호 전압 V1의 입력에 표시 소자가 응답하는 결과, 표시 소자에 인가되는 전압은, V1가 아니라, V1보다도 작은 V2라고 하는 것으로 된다. 또한, 도 43의 그래프로부터 알 수 있듯이, C2=0.530nF, V 2=24.5V이다.
즉, 신호 전압 V1에 대한 표시 소자의 응답은 완료되지 않는 것이다. 그리고, 이러한 응답 미완료 상태가 복수 회 반복되어, 최종적으로 V1에 도달(포화)하기 때문에, 일반적인 액정 표시 소자에 이용하는 것과 마찬가지의 스위칭 소자를 본 실시 형태의 표시 소자를 구동하기 위해서 이용한 경우, 투과율의 응답 파형이 계단 형상으로 된 것으로 생각된다(도 46(b) 참조).
따라서,
C0·V3=C1·V1(분명하게 V3>V1)
을 충족시키는 전압 V3을 제1 프레임째의 신호 전압으로서 표시 소자에 기입하고, 이후의 신호 전압을 V1로 하면, 제1 프레임째에서 표시 소자에 인가되고 있는 전압이 V1에 달하기 때문에, 투과율의 응답 파형은 계단 형상으로 되지는 않는다. 따라서, 신호 전압에 대하여 고속으로 응답하여 표시를 행하는 표시 소자를 실현할 수 있다. 또한, 도 43의 그래프로부터 알 수 있듯이, V3=72.6V이다.
즉, 고속 응답의 표시를 실현하기 위해서는, 도달 목표 전압 그 자체를 신호 전압으로서 기입하는 것은 아니라, 신호 전압의 기입을 행할 때의 표시 소자(120)의 용량을 고려하여, 신호 전압을 설정하는 것이 필요한 것이다. 이에 의해, 매질 A가 본래 갖는 고속 응답 성능을 인출하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 표시 소자(120)의 용량을 고려한 신호 전압의 설정 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
표시 소자(120)의 용량을 고려한 신호 전압의 설정은, 도 40에 도시하는 영상 신호 보정 처리부(108)에 의해 행해진다. 예를 들면, 영상 신호 보정 처리부(108)는, 전 프레임 영상 신호 및 현 프레임 영상 신호와, 보정후 영상 신호가 대응된 ROM(Read Only Memory)나 SRAM(Static Random Access Memory) 등의 메모리로 구성되는 테이블을 갖고 있고, 현 프레임 영상 신호와 전 프레임 영상 신호로부터, 보정후 영상 신호를 결정할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같이 영상 신호 보정 처리부(108)가 테이블을 이용하여 보정한 보정후 영상 신호에 기초하여, 신호 전압을 결정하기 위한 표시 데이터 신호가 컨트롤러(105)로부터 소스 드라이버(103)에 출력되게 된다.
여기서, 보정후 영상 신호를 결정하기 위한 테이블의 작성 방법에 대하여 이하에 설명한다.
우선, 현 프레임에 있어서 표시 소자(120)에 인가되고 있어야 할 전압을 Vi 로 하고, 인가 전압 Vi에 있어서의 표시 소자의 용량을 Ci로 한다. 또한, 전 프레임에 있어서 표시 소자(120)에 인가되고 있는 전압을 Vi -1로 하고, 인가 전압 Vi -1에 있어서의 표시 소자의 용량을 Ci -1로 한다. 또한 용량 Ci, Ci -1은, 도 43에 도시한 바와 같은 전압-소자 용량 곡선을 이용하여, 전압 Vi·Vi -1에 각각 대응하는 소자 용량을 판독하는 것에 의해 구해지는 것이다. 또한, 용량 Ci -1·전압 Vi -1은 영상 신호 보정 처리부(108)에 입력되는 전 프레임 영상 신호에 기초하여 구해지고, 용량 Ci·전압 Vi는, 영상 신호 보정 처리부(108)에 입력되는 현 프레임 영상 신호에 기초하여 구해진다.
이와 같이 현 프레임 영상 신호 및 전 프레임 영상 신호가 구성되어 있는 경우에 있어서, 고속 응답 표시를 실현하기 위해서 설정되어야 할 신호 전압 Vs는, C0·C1·V1을 구체예로서 상술한 바와 같이, Vs=Vi·Ci/Ci -1이다. 따라서, 영상 신호 보정 처리부(108)가 갖는 테이블에서는, 신호 전압 Vs를 기입할 수 있는 표시 데이터 신호를 컨트롤러(105)가 출력하기 위한 보정후 영상 신호가, 상기 현 프레임 영상 신호와 상기 전 프레임 영상 신호에 대응하여 저장되어 있다.
또한, 예를 들면 256 계조를 표시하는 표시 장치에서는, 영상 신호 보정 처리부(108)가 갖는 테이블로서, 256×256의 테이블이 이상적으로는 필요하다. 그러나, 256 계조에 있어서의 임의의 5점, 예를 들면 0 계조, 64 계조, 128 계조, 196 계조, 255 계조를 설정하고, 이들 계조와 상기 보정후 영상 신호를 대응한 5×5의 테이블을 작성해도 된다. 그리고, 테이블에 설정되어 있지 않은 계조에 대해서는, 보간 연산을 행하여 보정후 영상 신호를 결정하도록 한다. 이에 의해, 테이블을 기억하기 위해서 필요한 메모리 용량을 삭감할 수 있기 때문에, 회로 규모나 제조비용을 삭감할 수 있다.
또한, 영상 신호 보정 처리부(108)에 의한 영상 신호의 보정 처리는, 반드시 테이블을 이용하여 실행될 필요는 없고, 예를 들면, 적당한 함수를 이용하여 실행되더라도 된다. 이 경우, 테이블을 구성하기 위한 메모리를 영상 신호 보정 처리부(108)에 마련할 필요가 없게 되기 때문에, 표시 장치의 제조 비용을 저감할 수 있다. 이하에, 영상 신호 보정 처리부(108)에 의한 영상 신호의 보정 처리에 이용되는 함수의 구체예에 대하여 설명한다.
예를 들면, 현 프레임의 인가 전압 Vi를 생성하기 위해서, 현 프레임 영상 신호에 있어서 현 프레임의 계조 레벨이 α로 설정되어 있는 한편, 전 프레임의 인가 전압 Vi -1을 생성하기 위해서, 전 프레임 영상 신호에 있어서 전 프레임의 계조 레벨이 β로 설정되어 있다고 한다.
이 경우, 영상 신호 보정 처리부(108)는, 함수 f(α, β), 예를 들면
γ=f(α, β)=β+k×(β-α)
에 기초하여 산출되는 계조 레벨 γ를 산출함과 함께, 그 계조 레벨 γ에 따른 신호 전압을 표시 소자(120)에 인가하기 위한 보정후 영상 신호를 컨트롤러(105)에 출력한다. 또한, 상기 함수 f(α, β)에 기초하여 산출되는 γ의 값이, 표시 소 자(120)가 표시할 수 있는 계조 레벨의 최대치(예를 들면 255)나 계조 레벨의 최소치(예를 들면 0)를 초과해 버린 경우에는, γ는 해당 최대치 또는 최소치로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 f(α, β)에 있어서의 k는 임의의 상수이다. 또한, k=1/2로 설정하여 γ를 산출하고, 그 γ에 따른 보정후 영상 신호를 영상 신호 보정 처리부(108)로부터 출력하면, 표시 소자(120)가 신호 전압에 양호한 속도로 응답하여 표시를 행하는 것이 발명자들에 의해 확인되었다. 또한, 표시 소자(120)가 표시할 수 있는 계조 레벨의 최대치를 Gmax로 한 경우,
k=|β-α|/Gmax
에 의해 k를 산출함과 함께, γ를 k, α, 및 β에 기초하여 구하여도 된다.
또한, 상기의 신호 전압의 설정 방법에서는, 영상 신호 보정 처리부(108)에 있어서의 보정 처리에, 프레임 메모리(107)에 기억된 전 프레임 영상 신호를 이용하는 방법에 대하여 설명했지만, 본 발명은 반드시 이것에 한정되는 것이 아니다. 즉, 전 프레임의 또 하나 전의 프레임인 전전 프레임의 영상 신호(전전 프레임 영상 신호)를 프레임 메모리(107)에 기억해 놓고, 전전 프레임 영상 신호를 이용한 신호 전압의 설정을 행하는 것도 가능하다.
구체적으로는, 프레임 메모리(107)에 기억된 전전 프레임 영상 신호를 고려하여, 상술한 영상 신호 보정 처리부(108)가 보정 처리에 이용하는 테이블 또는 함수를 설정한다. 이에 의해, 전 프레임 영상 신호뿐만 아니라, 전전 프레임 영상 신호에 기초하여 보정후 영상 신호가 결정되기 때문에, 고정밀도로 보정후 영상 신 호를 결정할 수 있다. 따라서, 표시 소자(120)에 의한 고속 응답의 표시를 실현하기 위해서, 보다 적확한 보정후 영상 신호를 영상 신호 보정 처리부(108)에서 결정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 전 프레임 영상 신호가 아니라, 전 프레임에 있어서 표시 소자(20)가 나타낼 것으로 예측되는 전압, 계조 레벨 등의 데이터(전 프레임 도달 예측 데이터)를 프레임 메모리(107)에 기억해 놓고, 이 도달 예측 데이터를 영상 신호 보정 처리부(108)에 있어서의 영상 신호의 보정 처리에 이용하여도 된다. 이에 의해, 만일, 전 프레임에 있어서 신호 전압에 대한 표시 소자(120)의 응답이 완료하지 않고, 전 프레임에 있어서 실제로 표시 소자에 인가되고 있는 전압과, 전 프레임에 있어서 도달해 두어야 하는 인가 전압이 서로 다른 경우에도, 영상 신호의 보정을 보다 적확하게 행하고, 표시 소자(120)에 의한 고속 응답의 표시를 실현하기 위해서, 보다 적확한 보정후 영상 신호를 영상 신호 보정 처리부(108)에서 결정하는 것이 가능하게 된다.
단, 이와 같이 전 프레임의 도달 예측 데이터를 이용한 영상 신호 보정 처리를 행하기 위해서는, 전 프레임 도달 예측 데이터와 현 프레임 영상 신호에 기초하여, 보정후 영상 신호를 출력하기 위한 테이블이나 함수를, 영상 신호 보정 처리부(108)에 준비해 놓을 필요가 있다.
이와 같이 전 프레임 도달 예측 데이터와, 현 프레임 영상 신호에 기초하는 영상 신호의 보정 처리를 행하는 것은, 고속 응답 표시를 실현하기 위해서 설정되어야 할 신호 전압 Vs가, 소스 드라이버(103)에 인가할 수 있는 전압(드라이버 내 압)의 상한치를 초과한 경우에 유효하다.
즉, 상기 신호 전압 Vs가 드라이버 내압을 초과한 경우, 표시 소자(120)에는 신호 전압 Vs보다도 낮은 드라이버 내압이 인가된다. 이 경우, 표시 소자(120)에 실제로 인가되고 있는 전압은, 도달하여야 할 전압에는 물론 달하지 않는다. 이러한 경우에 있어서, 상술한 전 프레임 도달 예측 데이터를 이용한 영상 신호 보정 처리를 행함으로써 출력되는 보정후 영상 신호에 기초하여, 영상 신호의 보정을 보다 적확하게 행하고, 표시 소자(120)에 의한 고속 응답의 표시를 실현하기 위해서, 보다 적확한 보정후 영상 신호가 영상 신호 보정 처리부(108)에서 결정된다. 이 보정후 영상 신호에 기초하여, 재차 소스 드라이버(103)로부터 고속 응답의 표시를 실현하기 위한 신호 전압을 인가할 수 있다.
이와 같이, 신호 전압 Vs가 드라이버 내압을 초과한 경우, 실질상 2 단계로 나눈 신호 전압의 인가가 가능하게 되는 점에 있어서, 전 프레임 도달 예측 데이터를 이용한 영상 신호 보정 처리는 유리한 처리라고 말할 수 있다.
또한, 표시 소자(120)의 표시 응답 속도는, 매질 A의 온도에 의해서 큰 영향을 받는 경우가 있다. 이것은 매질 A의 특성이 온도에 의해서 변화하면, 표시 소자의 용량도 변화하기 때문이다. 따라서, 매질 A의 온도에 따라서, 영상 신호 보정 처리부(108)에 의한 보정 처리를 변경해도 된다.
즉, 화소(10…)의 온도를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)를 마련함과 함께, 영상 신호 보정 처리부(108)가 영상 신호 보정 처리에 이용하는 상술한 테이블이나 함수를, 미리 정해진 복수의 온도 범위의 각각에 대하여 마련한다. 그리고, 상기 온도 센서가 검출한 매질 A의 온도에 따라서, 이들 테이블이나 함수를 적절하게 변경하면 된다. 구체적으로는 온도가 낮아짐에 따라서, 매질 A의 점성이 높아지기 때문에, 높은 신호 전압이 표시 소자에 인가되도록 테이블·함수를 변경한다.
한편, 상술된 바와 같이 네마틱-등방상의 상전이 온도 부근에서 표시시키는 표시 소자의 경우, 온도가 상승하면 구동 전압도 상승하는 경향이 있으며, 이 경우에도, 높은 신호 전압이 표시 소자에 인가되도록 테이블·함수를 변경할 필요성이 발생한다.
구체적으로는, 전계 방향의 굴절율과, 전계 방향과 수직인 방향의 굴절율을, 각각 n//, n⊥로 하면, 복굴절 변화(Δn=n//-n⊥)와 외부 전계, 즉 전계 E(V/m)의 관계는,
Δn=λ BkE2
로 표현된다. 또한, λ는 진공중에서의 입사광의 파장(m), Bk는 커 상수(m/V2), E는 인가 전계 강도(V/m)이다.
그리고, 커 상수 Bk는, 온도 상승과 동시에 1/(T-T)에 비례하는 함수로 감소하는 것이 알려져 있고, 전이점(T*) 근방에서는 약한 전계 강도로 구동되고 있었다고 해도, 온도(T)가 상승함과 함께 급격히 필요한 전계 강도가 증대하기 때문에, 테이블·함수의 온도 조정은 매우 유효하다.
따라서, 점성 및 커 상수의 온도 의존성을 고려한 테이블·함수의 조정은 실용적인 온도 범위를 확보하는 의미로 중요한 효과를 발휘한다.
이에 의해, 매질 A의 온도에 따른 적확한 보정후 영상 신호를 영상 신호 보정 처리부(108)로부터 출력할 수 있다. 따라서, 표시 소자(120)의 온도가 어떠한 값인지의 여부에 상관없이, 표시 소자(120)를 신호 전압에 대하여 고속으로 응답하여 표시시킬 수 있다.
또한, 본 실시 실시 형태의 표시 소자에서는, 기판과 평행한 방향에 전계가 발생되고 있지만, 전계의 발생 방법은 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 일본국 특허 공보인 특허 공개 2001-249363호 공보(공개일 2001년 9월 14일)에 기재되어 있는 전계 발생 방법과 같이, 기판에 수직 전계를 인가하여 표시를 행함에 있어서, 본 실시 형태의 표시 소자와 마찬가지로 고속 응답의 표시를 실현할 수 있는 것은 물론이다.
〔6-4. 기존의 액정 표시 소자와 본 실시 형태의 표시 소자의 상위점〕
본 실시 형태의 표시 소자는, 기존의 액정 표시 소자와 표시 원리의 점에서 크게 다르기 때문에, 그 상위점에 대하여 이하에 설명한다.
기존의 액정 표시 소자에서는, 전계를 인가하지 않은 상태에서도, 액정 분자는 어떤 방위로 배향하고 있다. 그리고, 표시 소자의 전극에 전압을 인가하여, 액정 분자의 배향 방향을 변화시키는 것에 의해, 투과율의 변조가 행하여진다. 따라서, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서, 굴절율 타원체의 형상은 타원이고, 그 길이축 방향이 변화한다(굴절율 타원체가 회전함). 또한, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서 굴절율 타원체의 형상은 거의 변하지 않는다.
한편, 본 실시 형태의 표시 소자에 있어서 전극간에 전계를 인가하지 않은 상태에서는, 매질 A는 광학적으로 등방으로 된다. 즉, 매질 A의 분자의 배향에 질서성이 없다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 기존의 액정 표시 소자와 달리, 구 형상으로 된다. 그리고, 본 실시 형태의 표시 소자의 전극에 전계를 인가하는 것에 의해, 매질 A에 이방성을 발현시켜, 매질 A의 배향에 질서성을 갖게 하고 있다. 즉, 전계를 인가함으로써, 광학적 이방성이 발현하고, 굴절율 타원체의 형상이 타원으로 변한다.
즉, 기존의 액정 표시 소자에서는, 일정한 질서성이 유지된 상태에서 액정 분자의 배향 방향을 변화시키는 것에 의해, 화상 표시를 행하고 있다. 한편, 본 실시 형태의 표시 소자에서는, 광학적 이방성의 방향은 일정(전계 인가 방향은 변화하지 않음)하고, 매질 A의 가시광 이상에 있어서의 배향 질서도를 변조함으로써, 화상 표시를 행한다. 이 점에 있어서, 본 실시 형태의 표시 소자는 기존의 액정 표시 소자와 표시 원리가 서로 다르다.
또한, 본 실시 형태의 표시 소자는, 기존의 액정 표시 소자와 달리, 광학적으로 등방성을 나타내는 매질을 이용하기 때문에 기판 계면의 배향 처리를 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태의 표시 소자는, 액정 표시 소자에 비교하여 저비용으로 제조할 수 있는 것임과 함께, 배향 처리 불량에 의한 표시 불량(특히 콘트라스트 저하)이 발생하지 않는다고 하는 장점을 갖고 있다.
또한, 본 실시 형태의 표시 소자에 의해, 동일한 계조 레벨의 정지 화상을 반복하여 표시하면, 배향한 상태의 매질 A가 기판 계면 부근에 흡착한다. 이러한 상태에 있어서, 서로 다른 계조 레벨의 화상으로 표시를 변화시킨 경우, 기판 계면 에서 떨어진 영역에 존재하는 매질 A는 신호 전압에 대하여 고속으로 응답할 수 있지만, 기판 계면 부근의 영역에 존재하는 매질 A는 신호 전압에 대하여 응답할 수 없는 경우가 있다. 이것은 표시 화상의 소위 소부 상태를 초래하는 것으로, 바람직하지 못하다.
그러나, 상술한 바와 같은 영상 신호의 보정 처리를 행하면, 표시 화상의 계조 레벨이 변화한 경우에, 도달하여야 할 전압보다도 과대(또는 과소)의 신호 전압을, 표시 소자에 일순 인가하게 된다. 따라서, 기판 계면 부근의 영역의 표시 소부를 해소할 수도 있다.
〔6-5. 매질 A의 구체예에 대하여〕
본 실시 형태의 표시 소자에 이용되는 매질 A는, 상술한 대로, 전계 인가에 의해, 매질 그 자체의 이방성의 정도 또는 배향 질서가 변화되는 것이며, 커 효과를 나타내는 것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 전계를 인가하고 있지 않을 때에 광학적으로 등방인 한편, 전계를 인가하면 광학적 이방성이 발현하는 물질, 혹, 전계를 인가하고 있지 않을 때에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가하면 광학적 이방성이 없어져 광학적 등방성을 나타내는 물질을, 매질 A로서 적용 가능하다.
또한, 매질 A로서는 액정성 물질을 함유하는 것이 바람직하다. 이 액정성 물질은, 단체로 액정성을 나타내는 것이어도 되고, 복수의 물질이 혼합됨으로써 액정성을 나타내는 것이어도 되고, 이들 물질에 다른 비 액정성 물질이 혼입되어 있더라도 무방하다.
예를 들면, 일본국 특허 공보인 특허 공개 2001-249363호 공보(공개일 2001년 9월 14일)에 기재하여 있는 액정성 물질 그 자체를 적용하거나, 그것에 용매를 첨가한 것을, 매질 A에 포함되게 하는 액정성 물질로서 적용할 수 있다. 또한, 일본국 특허 공보인 특허 공개 평성 11-183937호 공보(공개일 1999년 7월 9일)에 기재되어 있는, 액정성 물질을 소구역으로 분할한 것을 적용할 수도 있다. 나아가서는 Appl. Phys. Lett.1996, Vol.69, 1996년 6월 10일 p1044에 기재되어 있는 고분자·액정 분산계의 물질을 적용할 수도 있다.
어는 것으로 하여도, 매질 A로서는, 전계 무인가 시에 광학적으로 등방이고, 전계 인가 시에 광학 변조를 유기하는 물질인 것이 바람직하다. 전형적으로는 전계 인가에 수반하여 분자 또는 분자 집합체(클러스터)의 배향 질서성이 향상하는 물질이 매질 A로서 바람직하다.
또한, 매질 A로서는 커 효과를 나타내는 물질이 바람직하다. 예를 들면, PLZT(지르콘산연과 티탄산연의 고용체에 란탄을 첨가한 금속 산화물) 등을 들 수 있다. 또한, 매질 A는 유극성 분자를 함유하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 니트로벤젠 등이 매질 A로서 적합하다.
또한, 매질 A로서는, 상기 각 실시 형태에 있어서 유전성 물질층(매질층)(3)에 봉입하는 매질로서 기재한 각매질을 이용할 수 있다.
〔6-6. 프로그램의 실시 형태에 대하여〕
상기의 실시 형태에서는, 영상 신호 보정 처리부(108)를 구성하는 부재가 하드웨어만으로 실현되어 있는 경우를 예로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아 니다. 해당 부재의 전부 또는 일부를, 상술한 기능을 실현하기 위한 프로그램과, 그 프로그램을 실행하는 하드웨어(컴퓨터)의 조합으로 실현해도 된다. 일례로서, 표시 소자(20)에 접속된 컴퓨터가, 표시 소자(120)를 구동할 때에 사용되는 디바이스 드라이버로서, 영상 신호 보정 처리부(108)를, 실현해도 된다. 또한, 표시 소자(120)에 외부 장착되는 변환 기판으로서, 영상 신호 보정 처리부(108)가 실현되고, 소프트웨어 등의 프로그램의 재기입에 의해서, 영상 신호 보정 처리부(108)를 실현하는 회로의 동작을 변경할 수 있는 경우에는, 해당 소프트웨어를 배포하여, 해당 회로의 동작을 변경함으로써, 해당 회로를, 상기 실시 형태의 영상 신호 보정 처리부(108)로서 동작시키더라도 무방하다.
이들의 경우에는, 상술한 기능을 실행 가능한 하드웨어가 준비되어 있으면, 해당 하드웨어에, 상기 프로그램을 실행시키는 것만으로, 상기 실시 형태에 따른 영상 신호 보정 처리부(108)를 실현할 수 있다.
또한, 상기의 프로그램이란, 처리를 실현하는 소프트웨어의 프로그램 코드(실행 형식 프로그램, 중간 코드 프로그램, 소스 프로그램 등)를 말한다. 이 프로그램은 단체로 사용되는 것이라도, 다른 프로그램(OS 등)과 조합하여 이용되는 것이라도 무방하다. 또한, 이 프로그램은 기록 매체로부터 판독된 후, 장치 내의 메모리(RAM 등)에 일단 기억되고, 그 후 다시 판독되어 실행되는 것이어도 된다.
또한, 프로그램을 기록시키는 기록 매체는, 상기의 처리를 실행하는 하드웨어와 용이하게 분리할 수 있는 것이어도 되고, 하드웨어에 고정(장착)되는 것이어도 된다. 또한, 외부 기억 기기로서 하드웨어에 접속되는 것이라도 무방하다.
이러한 기록 매체로서는, 비디오 테이프나 카세트 테이프 등의 자기 테이프, 플로피(등록상표) 디스크나 하드디스크 등의 자기 디스크, CD-ROM, MO, MD, DVD, CD-R 등의 광 디스크(광 자기 디스크), IC 카드, 광 카드 등의 메모리 카드, 마스크 ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 ROM 등의 반도체 메모리 등을 적용할 수 있다.
또한, 네트워크(인트라네트·인터넷 등)를 개재하여 상기 하드웨어와 접속되어 있는 기록 매체를 이용하여도 된다. 이 경우, 상기 하드웨어는 네트워크를 통하는 다운로드에 의해 프로그램(해당 프로그램의 컴퓨터 데이터 신호(데이터 신호 열))을 취득한다. 즉, 상기의 프로그램을, 네트워크(유선 회선 혹은 무선 회선에 접속된 것) 등의 전송 매체(유동적으로 프로그램을 유지하는 매체)를 개재하여 취득하도록 하여도 된다. 또한, 다운로드를 행하기 위한 프로그램은, 상기 하드웨어 내(혹은 송신측 장치 내 또는 수신측 장치 내)에 미리 기억되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표시 소자는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 유전성 물질층을 구비하고, 상기 유전성 물질층에 전계를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자에 있어서, 상기 유전성 물질층이, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있다. 여기서, 광학적 이방성의 정도가 변화한다고 하는 것은, 굴절율 타원체의 형상이 변하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 표 시 소자에서는, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 굴절율 타원체의 형상의 변화를 이용함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현할 수 있다.
한편, 종래의 액정 표시 소자에서는, 전계 인가 시와 전계 무인가 시에서, 굴절율 타원체는 타원 그대로이고, 그 길이축 방향(굴절율 타원체의 방향)이 변화(회전)한다. 즉, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 굴절율 타원체의 길이축 방향이 변화(회전)함으로써, 서로 다른 표시 상태를 실현하고 있었다.
종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에서는 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기의 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없으므로, 고속 응답을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 소자는 고속 응답성을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면, 필드 시켄셜 컬러 방식의 표시 장치에 이용할 수도 있다.
또한, 종래의 전기 광학 효과를 이용한 액정 표시 소자에서는, 구동 온도 범위가 액정상의 상전이점 근방의 온도로 제한되고, 매우 고정밀도의 온도 제어가 필요하다고 하는 문제가 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에 따르면, 상기 매질을, 전계 인가에 의해서 광학적 이방성의 정도가 변화하는 상태로 되는 온도로 유지하기만 하면 되기 때문에, 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기의 구성에서는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하기 때문에, 액정 분자의 배향 방향을 변화시켜 표시를 행하는 종래의 액정 표시 소자보다도, 광 시야각 특성을 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질은 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성을 나타내는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 전계 무인가 시에는 구 형상이고, 전계를 인가함으로써 타원으로 변화한다. 혹은, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 등방성을 나타내는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 전계 무인가 시에는 타원이고, 전계를 인가함으로써 구 형상으로 변화한다. 또한, 상기 매질은, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써, 광학적 이방성이 발현되어 있는 상태에서, 이 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 전계 인가 전후에서 장축 및 단축의 비율이 변화된다(또, 상기 타원으로서는 거의 구형상이어도 된다).
상기 어느 구성에 있어서도, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서 표시 상태가 서로 다르고, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖는 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질은 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에, 광학 파장 미만의 질서 구조(배향 질서)를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 매질은 광학 파장 미만에서는 액체적인 등방상이 아니라 질서(질서 구조, 배향 질서)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 이 질서 구조가 광학 파장 미만이면, 광학적으로는 등방성을 나타낸다. 따라서, 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에, 질서 구조가 광학 파장 미만으로 되는 매질을 이용함으로써, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 표시 상 태를 확실하게 다르게 할 수 있다.
또한, 상기 매질은 400㎚ 이하의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치를 갖는 것이 바람직하다. 상기 매질이 400㎚보다 큰 나선 피치를 갖는 경우, 그 나선 피치를 반영한 색으로 정색하여 버리는 경우가 있다. 즉, 상기 매질이 400㎚보다 큰 경우에는, 그 나선 피치를 반영한 파장의 광이 선택적으로 반사되어, 표시 소자의 표시색이 나선 피치를 반영한 색으로 정색하여 버리는 경우가 있다. 이러한 나선 피치를 반영한 파장의 광을 선택적으로 반사로 하는 현상은, 선택 반사라고 불린다.
그래서, 상기 매질의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치를, 400㎚ 이하로 함으로써, 이러한 정색을 방지할 수 있다. 즉, 400㎚ 이하의 광은 사람의 눈으로는 거의 인식할 수 없기 때문에, 상기와 같은 정색이 문제로 되는 일은 없다.
또한, 선택 반사 파장은 상기 매질이 갖는 나선축으로의 입사 각도에도 의존한다. 이 때문에, 상기 매질이 갖는 질서 구조가 일차원적인 구조가 아닌 경우, 예를 들면 삼차원적인 구조를 갖는 경우에는, 광의 나선축으로의 입사 각도는 분포를 갖는다. 따라서, 선택 반사 파장의 폭으로도 분포를 할 수 있다. 따라서, 선택 반사 파장 영역 전체가 400㎚ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 매질의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치는 380㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 국제 조명 위원회 CIE(Commission Internationale de l' Eclairage)에서는, 사람의 눈으로 인식할 수 없는 파장은 380㎚ 이하라고 정하고 있다. 따라서, 상기 매질의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치가 380㎚ 이하이 면, 상기 정색을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 매질의 나선 피치는 253㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 정색은 나선 피치, 입사 각도뿐만 아니라, 유전성 매질의 평균 굴절율과도 관계된다. 이 때, 정색하는 색의 광은 파장 λ=nP을 중심으로 한 파장 폭 Δλ=PΔn의 광이다.
여기서, n은 평균 굴절율, P는 나선 피치이다. 또한, Δn은 굴절율의 이방성이다.
Δn은 유전성 물질에 따라서 각각 다르지만, 예를 들면 액정성 물질을 상기 유전성 물질층에 봉입하는 물질로서 이용한 경우, 액정성 물질의 평균 굴절율 n은 1.5 정도, Δn은 0.1 정도이다. 이 경우, 정색하는 색을 가시 영역외로 하기 위해서는, 나선 피치 P는 λ=400㎚로 하면, 400/1.5=267㎚로 된다. 또한, Δλ은 0.1×267=26.7㎚로 된다. 따라서, 상기 매질의 나선 피치를, 267㎚로부터 26.7㎚의 약 절반인 13.4㎚를 뺀 253㎚ 이하로 함으로써, 이러한 정색을 방지할 수 있다.
또한, 상기 매질의 나선 피치는 240㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기에서는 λ=nP의 관계에 있어서, λ를 400㎚(사람의 눈이 대강 인식할 수 없는 파장)로 했지만, λ을 380㎚(사람의 눈이 확실하게 인식할 수 없는 파장)로 한 경우에는, 유전성 매질의 평균 굴절율을 고려한 경우에 상기와 같은 정색을 방지하기 위한 상기 매질의 나선 피치는 240㎚ 이하로 된다. 따라서, 상기 매질의 나선 피치를 240㎚ 이하로 함으로써, 상기와 같은 정색을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 매질은 큐빅 대칭성을 나타내는 질서 구조를 갖는 것이어도 된 다.
또한, 상기 매질은 큐빅상 또는 스메크틱 D상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 액정 마이크로에멀전으로 이루어지는 것이어도 된다. 또한, 상기 매질이 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 큐빅상 중 어느 하나를 나타내는 리오트로픽 액정으로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 큐빅상 중 어느 하나를 나타내는 액정 미립자 분산계로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은, 덴드리머로 이루어지는 것이어도 무방하다.
또한, 상기 매질은, 콜레스테릭 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은, 스메크틱 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
상기에 기재된 각 물질은, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화한다. 따라서, 이들 물질을, 본 발명의 표시 소자에 있어서의 유전성 액체층을 형성하는 매질로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽에, 복수의 전극을 구비하고, 상기 복수의 전극간에 전계를 인가함으로써, 상기 유전성 물질층에 전계를 인가하는 구성으로 하여도 된다. 혹은, 상기 한 쌍의 기판의 쌍방에 전극을 구비하고, 양 기판에 구비된 전극간에 전계를 인가함으로써, 상기 유전성 물 질층에 전계를 인가하는 구성으로 하여도 된다.
상기 어느 구성에 의해서도, 상기 유전성 물질층에 전계를 인가할 수 있고, 상기 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 표시 장치는 상기의 과제를 해결하기 위해서, 상기한 어느 하나의 구성의 표시 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 따르면, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 구비한 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판과, 해당 한 쌍의 기판 사이에 협지되고, 전계의 인가에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질과, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판을 구비한 표시 소자에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 구비하고, 상기 위상차판은, 상기 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx1, ny1, 법선 방향의 주 굴절율을 nz1로 하면, ny1 방향이, 해당 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하도록 배치되어 있더라도 무방하다.
상기 표시 소자는, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판이, 그 주 굴절율과 편광판의 흡수축이 상기한 관계를 갖도록 배치되어 있음으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 종래보다도 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 따르면, 종래보다도 시야각 특성이 우 수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
상기 표시 소자는, 상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
Rxz≥0,
Ryz≤(225/500) Rxz-125,
Ryz≥(175/275) Rxz-300,
Ryz≥(500/500) Rxz-400,
Ryz≥-225,
또는,
Ryz≥0,
Rxz≤(225/500) Ryz-125,
Rxz≥(175/275) Ryz-300,
Rxz≥(500/500) Ryz-400,
Rxz≥-225
를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 경사 시각의 콘트라스트가 보다 확실하게 개선된 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
Rxz≥25,
Ryz≤(125/250) Rxz-175,
-200≤Ryz≤-50,
Ryz≥(250/300) Rxz-300,
또는,
Ryz≥25,
Rxz≤(125/250) Ryz-175,
-200≤Rxz≤-50,
Rxz≥(250/300) Ryz-300
을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 대폭 개선할 수 있고, 시야각 특성에 의해 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하고, 관찰 파장을 λ(nm)로 하면,
Rxz=-Ryz,
Rxz-Ryz≒ 1/2λ
을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
(Rxz, Ryz)=(140, -140),
또는,
(Rxz, Ryz)=(-140, 140)
인 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 최대로 할 수 있고, 시야각 특성에 의해 한층 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
Rxz2+Ryz2≤3002,
Rxz≥50,
Ryz≤-50,
또는,
Rxz2+Ryz2≤3002,
Ryz≥50,
Rxz≤-50
을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향이 없을 때의 경사 시각의 콘트라스트를 개선할 수 있고, 시야각 특성에 의해 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
Rxz2+Ryz2≤2502,
Rxz≥75,
Ryz≤-75,
또는,
Rxz2+Ryz2≤2502,
Ryz≥75,
Rxz≤-75
를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향이 없을 때의 경사 시각의 콘트라스트를 보다 한층 현저히 개선할 수 있고, 시야각 특성에 의해 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명에 따른 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판과, 해당 한 쌍의 기판 사이에 협지되고, 전계의 인가에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질과, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판을 구비한 표시 소자로서, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 1축 광학 이방성을 갖는 제1 및 제2 위상차판을 구비하고, 상기 제1 및 제2 위상차판은, 상기 제1 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx2, ny2, 법선 방향의 주 굴절율을 nz2로 하고, 상기 제2 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx3, ny3, 법선 방향의 주 굴절율을 nz3으로 하면, 상기 제1 위상차판은, nx2>ny2=nz2의 관계를 만족함과 함께, ny2 방향이, 해당 제1 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하고, 상기 제2 위상차판은, nx3=ny3<nz3의 관계를 만족함과 함께, ny3 방향이, 해당 제2 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하는 구성으로 하여도 된다.
상기 표시 소자는, 상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 1축 광학 이방성을 갖는 위상차판이, 그 주 굴절율과 편광판의 흡수축이 상기한 관계를 갖도록 배치되어 있음으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 종래보다도 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기의 구성에 따르면, 종래보다도 시야각 특성이 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
(Rth-140)2+(Re-100)2≤652
를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 경사 시각의 콘트라스트가 보다 확실하게 개선된 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
(Rth-140)2+(Re-100)2≤402
를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 대폭 개선할 수 있고, 시야각 특성에 의해 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
(Rth, Re)=(140, 100)
인 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 경사 시각의 콘트라스트를 최대로 할 수 있고, 시야각 특성에 의해 한층 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2 ×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
(Rth-90)2+(Re-140)2≤652
를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향이 없을 때의 경사 시각의 콘트라스트를 개선할 수 있고, 시야각 특성에 의해 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
(Rth-90)2+(Re-140)2≤402
를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향이 없을 때의 경사 시각의 콘트라스트를 보다 한층 현저히 개선할 수 있고, 시야각 특성에 의해 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
(Rth, Re)=(90, 140)
인 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향이 없을 때의 경사 시각의 콘트라스트를 최대로 할 수 있고, 시야각 특성에 의해 한층 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하고, 상기 편광판의 법선 방향의 리터데이션을 Rtac로 하면, 상기 Re가, (Rtac, Re)=(45, 100×1.5) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×1.5)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Re)=(45, 100×0.5) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×0.5)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재함과 함께, 상기 Rth가, (Rtac, Rth)=(45, 140×1.5) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×1.5)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×0.5) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×0.5)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향을 고려한 경사 시각의 콘트라스트의 최적화를 행할 수 있기 때문에, 시야각 특성에 의해 한층 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 표시 소자는, 상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하고, 상기 편광판의 법선 방향의 리터데이션을 Rtac로 하면, 상기 Re가, (Rtac, Re)=(45, 100×1.25) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×1.25)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×1.25) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×1.25)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재함과 함께, 상기 Rth가, (Rtac, Re)=(45, 100×0.75) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×0.75)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×0.75) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×0.75)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재하는 것이 바람직하다.
상기 표시 소자가 상기 관계식을 만족함으로써, 편광판의 리터데이션에 의한 영향을 고려한 경사 시각의 콘트라스트의 최적화를 보다 확실하게 행할 수 있기 때문에, 시야각 특성에 의해 한층 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 매질은 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계의 인가에 의해 광학적 이방성을 나타내는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 전계 무인가 시에는 구 형상이고, 전계를 인가함으로써 타원으로 변화한다. 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계의 인가에 의해 광학적 등방성을 나타내는 것이어도 된다. 이 경우, 굴절율 타원체의 형상은, 전계 무인가 시에는 타원이고, 전계를 인가함으로써 구 형상으로 변화한다.
상기 어느 구성에 있어서도, 전계의 인가에 의해, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서 상기 매질의 굴절율 타원체의 형상을 변화시킬 수 있고, 광학적 이방성(배향 질서도, 굴절율)의 정도를 변화시키는 것에 의해 표시를 행할 수 있다. 따라서, 상기의 어느 구성에 있어서도, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖는 표시 소자를 실현할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 매질은 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에 광의 파장 미만의 배향 질서를 갖는 것이어도 된다. 즉, 상기 매질은, 광학 파장 미만에서는 액체적인 등방상이 아니라 질서(배향 질서)를 가지고 있는 것이 바람직하다.
배향 질서(질서 구조)가 광의 파장 미만이면, 광학적으로 등방성을 나타낸다. 따라서, 전계 인가 시 또는 전계압 무인가 시에 배향 질서가 광의 파장 미만으로 되는 매질을 이용함으로써, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 표시 상태를 확실하게 다르게 할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 매질은 큐빅 대칭성을 나타내는 질서 구조를 갖는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 큐빅상 또는 스메크틱 D상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 액정 마이크로에멀전으로 이루어지는 것이어도 무방하다.
또한, 상기 매질은 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 또는 큐빅상을 나타내는 리오트로픽 액정으로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 또는 큐빅상을 나타내는 액정 미립자 분산계로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 덴드리머로 이루어지는 것이어도 무방하다.
또한, 상기 매질은 콜레스테릭 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 스메크틱 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
상기한 물질은 어느 것이나 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화한다. 따라서, 상기한 물질은 어느 것이나 상기 매질로서 이용할 수 있다.
본 발명의 표시 장치는, 상기한 어느 하나의 표시 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기의 구성에 따르면, 종래보다도 시야각 특성이 우수한 표시 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 표시 소자의 구동 방법은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 봉입되어 있는 표시 소자의 구동 방법에 있어서, 상기 매질에 입력되는 신호 전압을, 전회의 영상 신호와 금회의 영상 신호에 기초하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 봉입되어 있는 표시 소자에 있어서, 전회의 영상 신호와 금회의 영상 신호에 기초하여, 상기 매질(유전성 물질층)에 입력(인가)하는 신호 전압을 설정하기 위한 보정후 영상 신호를 출력하는 영상 신호 보정 처리 수단을 구비하고 있더라도 무방하다.
종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기의 구성에서의 표시 소자는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기 구성의 표시 소자는, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없으므로, 고속 응답의 표시 성능을 본래적으로 갖고 있다.
또한, 상기 구성에 따르면, 금회의 영상 신호의 입력에 의해 인가될 소망의 전압이, 되도록이면 빠르게 상기 매질에 인가되도록 산출되는 신호 전압을, 금회의 영상 신호와 전회의 영상 신호에 기초하여 설정할 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자보다도 고속의 응답 성능을 갖고 있는 표시 소자에 대하여, 그 고속 응답 성능을 잃지 않는 신호 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하는 표시 소자의 고속 응답을 보다 적확하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 구성의 표시 소자의 구동 방법에 있어서는, 상기 전회의 영상 신호를 입력하는 것에 의해 상기 매질에 현재 전압 인가되어 있을 때의 상기 표시 소자의 용량과, 상기 금회의 영상 신호를 입력하는 것에 의해 상기 매질에 인가시켜야 할 전압과, 해당 인가시켜야 할 전압이 인가되어 있을 때의 상기 표시 소자의 용량에 기초하여, 상기 신호 전압을 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 전회의 영상 신호를 입력하는 것에 의해 상기 매질에 현재 전압 인가되어 있을 때의 상기 표시 소자의 용량을 Ci -1로 하고, 상기 금회의 영상 신호를 입력하는 것에 의해 상기 매질에 인가시켜야 할 전압을 Vi로 하고, 상기 전압 Vi이 인가되어 있을 때의 상기 표시 소자의 용량을 Ci로 한 경우(i는 1 이상의 정수), Vs=Vi·Ci/Ci -1로써 산출되는 Vs를, 상기 신호 전압으로서 설정한다.
상기 구성에 따르면, 표시 소자의 용량을 고려하여 신호 전압이 설정되기 때문에, 소망의 전압을 되도록이면 빠르게 표시 소자에 인가하기 위한 신호 전압을, 보다 정밀도 좋게 설정하는 것이 가능하게 된다고 하는 효과를 더 발휘한다.
혹은, 상기 구성의 표시 소자의 구동 방법에 있어서는, 상기 금회의 영상 신호에 의해 설정되는 상기 표시 소자의 계조 레벨과, 상기 전회의 영상 신호에 의해 설정되는 상기 표시 소자의 계조 레벨에 기초하여, 상기 신호 전압을 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 금회의 영상 신호에 의해 설정되는 상기 표시 소자의 계조 레벨을 α로 하고, 상기 전회의 영상 신호에 의해 설정되는 상기 표시 소자의 계조 레벨을 β로 하고, k를 0보다도 큰 임의의 상수로 한 경우,
γ=β+k×(β-α)
에 의해 산출되는 계조 레벨 γ로써, 상기 표시 소자의 표시가 행하여지도록, 상기 신호 전압을 설정한다.
상기 구성에 따르면, 디지털 데이터인 계조 레벨을 이용하여, 소망의 전압을 되도록이면 빠르게 표시 소자에 인가하기 위한 신호 전압이 설정된다. 따라서, 아날로그 데이터인 표시 소자에의 인가 전압치를 이용하여 신호 전압을 설정하는 것보다도, 간략화된 처리에 의해 신호 전압을 설정할 수 있다고 하는 효과를 더 발휘한다.
또한, 상기 구성의 표시 소자의 구동 방법에서는, 상기 계조 레벨 γ가, 상기 표시 소자가 표시할 수 있는 계조 레벨의 최대치를 초과한 경우, 해당 최대치의 계조 레벨로써, 상기 표시 소자의 표시가 행하여지도록, 상기 신호 전압을 설정하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 최대의 계조 레벨을 표시하기 위한 신호 전압 이상의 전압이 매질에 인가되는 것이 방지되기 때문에, 과전압의 인가에 의해 표시 소자가 파괴되는 것을 방지할 수 있다고 하는 효과를 더 발휘한다. 또한, 표시 소자는 어떤 계조 레벨 이상의 계조 레벨은 애당초 표시할 수 없기 때문에, 상기 구성에 따르면, 적절한 계조 레벨을 표시 소자에 의해 표현 할 수 있다고 하는 효과를 더 발휘한다.
또한, 상기 계조 레벨 γ가, 상기 표시 소자가 표시할 수 있는 계조 레벨의 최소치보다도 작은 경우, 해당 최소치의 계조 레벨로, 상기 표시 소자의 표시가 행하여지도록, 상기 신호 전압을 설정하는 것도 바람직하다.
표시 소자는 어떤 계조 레벨 이하의 계조 레벨은 애당초 표시할 수 없기 때문에, 상기 구성에 따르면, 적절한 계조 레벨을 표시 소자에 의해 표현할 수 있다고 하는 효과를 더 발휘한다.
또한, k는 1/2로 설정되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 본 발명의 표시 소자의 고속 응답 성능이 향상한다고 하는 한층더 효과를 발휘한다.
혹은, 상기 표시 소자가 표시할 수 있는 계조 레벨의 최대치를 Gmax로 한 경우, 상기 k를, k=|β-α|/Gmax에 의해 산출하는 것이 바람직하다. 상기 구성에 따르면, β-α의 값의 크기에 따른 보정치 k(β-α)가 계조 레벨 β에 가해져 계조 레벨 γ가 설정되기 때문에, 전회의 영상 신호 및 금회의 영상 신호의 각각에 적합 한 계조 레벨 γ가 산출된다. 따라서, 신호 전압의 설정을 보다 적절하게 행할 수 있다고 하는 효과를 더 발휘한다.
또한, 상기 신호 전압은, 전전회의 영상 신호에 기초하여 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 많은 파라미터에 기초하여 신호 전압이 설정되게 되기 때문에, 보다 적절한 신호 전압을 설정하고, 표시 소자의 고속 응답을 보다 적확하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명의 표시 소자의 구동 방법은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 전압을 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 봉입되어 있는 표시 소자의 구동 방법으로서, 상기 매질에 입력되는 신호 전압을, 전회의 영상 신호의 입력에 응답하여 상기 표시 소자가 나타낼 것으로 예측되는 도달 예측 데이터와, 금회의 영상 신호에 기초하여 설정하는 구성이어도 된다. 도달 예측 데이터로서는, 예를 들면, 표시 소자에 인가되고 있는 전압을 나타내는 데이터, 혹은 표시 소자에 의한 표시의 계조 레벨을 나타내는 데이터를 예를 들 수 있다.
종래의 액정 표시 소자에서는, 액정 분자의 배향 방향의 변화를 이용하고 있었기 때문에, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 주고 있었다. 이에 대하여, 상기 구성에서의 표시 소자는, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행한다. 따라서, 상기 구성의 표시 소자는, 종래의 액정 표시 소자와 같이, 액정 고유의 점도가 표시 응답 속도에 크게 영향을 준다고 하는 문제가 없으므로, 고속 응답의 표시 성능을 본래적으로 갖고 있다.
또한, 상기 구성에 따르면, 금회의 영상 신호의 입력에 의해 인가될 소망의 전압이, 되도록이면 빠르게 상기 매질에 인가되도록 산출되는 신호 전압을, 금회의 영상 신호와 도달 예측 데이터에 기초하여 설정할 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 종래의 액정 표시 소자보다도 고속의 응답 성능을 갖고 있는 표시 소자에 대하여, 그 고속 응답 성능을 잃지 않는 신호 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도 변화를 이용하여 표시를 행하는 표시 소자의 고속 응답을 보다 적확하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
특히, 도달 예측 데이터를 이용하여 신호 전압을 설정하는 것에 의해, 도달 예측 데이터와, 실제로 표시 소자가 나타내고 있는 데이터가 서로 다른 경우라도, 신호 전압의 설정을 확실하게 행할 수 있다. 따라서, 상기 표시 소자의 고속 응답을 확실하게 실현할 수 있다고 하는 효과도 발휘한다.
또한, 상기 구성의 표시 소자의 구동 방법에 있어서는, 상기 매질의 온도에 기초하여, 상기 매질에 입력되는 신호 전압을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 매질의 점성이 온도에 기초하여 변화하기 때문에, 신호 전압도 매질의 온도에 기초하여 변화시켜야 된다. 따라서, 상기 구성에 따르면, 보다 정밀도 좋게 신호 전압을 설정하는 것이 가능하게 된다고 하는 효과를 더 발휘한다.
또한, 상기 매질은 전계 무인가 시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성을 나타내는 것이어도 되고, 혹은, 전계 무인가 시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가함으로써 광학적 등방성을 나타내는 것이어도 된다.
상기 어느 구성에 있어서도, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에서 표시 상태가 서로 다르고, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖는 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 상기 매질은, 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에, 광학 파장 미만의 질서 구조를 갖는 것이 바람직하다. 질서 구조(배향 질서)가 광학 파장 미만이면, 광학적으로 등방성을 나타낸다. 따라서, 전계 인가 시 또는 전계 무인가 시에, 질서 구조가 광학 파장 미만으로 되는 매질을 이용함으로써, 전계 무인가 시와 전계 인가 시에 있어서의 표시 상태를 확실하게 다르게 할 수 있다.
또한, 상기 매질은 큐빅 대칭성을 나타내는 질서 구조를 갖는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 큐빅상 또는 스메크틱 D상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 액정 마이크로에멀전으로 이루어지는 것이어도 된다. 또한, 상기 매질이 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 큐빅상 중 어느 하나를 나타내는 리오트로픽 액정으로 이루어지는 것이어도 무방하다.
또한, 상기 매질은, 미셀상, 역미셀상, 스폰지상, 큐빅상 중 어느 하나를 나타내는 액정 미립자 분산계로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 덴드리머로 이루어지는 것이어도 된다.
또한, 상기 매질은 콜레스테릭 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어 도 된다.
또한, 상기 매질은 스메크틱 블루상을 나타내는 분자로 이루어지는 것이어도 무방하다.
상기에 기재된 각 물질은, 전계를 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화한다. 따라서, 이들 물질을, 본 발명의 표시 소자에 있어서의 유전성 액체층에 봉입하는 매질로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽에, 복수의 전극을 구비하고, 상기 복수의 전극간에 전계를 인가함으로써, 상기 매질에 전계를 인가하는 구성으로 하여도 된다. 혹은, 상기 한 쌍의 기판의 쌍방에 전극을 구비하고, 양 기판에 구비된 전극간에 전계를 인가함으로써, 상기 매질에 전계를 인가하는 구성으로 하여도 된다.
상기 어느 구성에 의해서도, 상기 매질에 전계를 인가할 수 있고, 상기 매질에 있어서의 광학적 이방성의 정도를 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에, 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 것이어도 된다. 즉, 상기 매질의 광학적 이방성의 정도를 변화시키는 수단은, 전계의 인가에 한정되는 것은 아니며, 전계 이외의 외장을 인가함으로써, 외장 인가 시와 무인가 시에서, 광학적 이방성의 정도를 변화시켜도 된다. 예를 들면, 전계를 인가하는 것 대신에, 자장을 인가하여도 된다.
또한, 본 발명의 표시 소자는, 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에, 외장을 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서, 상기 매질은, 외장을 인가함으로써 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질이며, 또한 400㎚ 이하의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치를 갖는 것이어도 된다. 상기 매질이 400㎚보다 큰 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치를 갖는 경우, 그 나선 피치를 반영한 색으로 정색되는 경우가 있지만, 상기 매질의 선택 반사 파장 영역 또는 나선 피치를 400㎚ 이하로 함으로써, 이와 같은 정색을 방지할 수 있다.
본 발명의 표시 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 상기한 어느 하나의 구성의 표시 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 따르면, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 구비한 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로그램은, 상기 구성의 표시 소자의 구동 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다. 따라서, 해당 프로그램이 컴퓨터로 실행되면, 해당 컴퓨터는, 표시 소자를 상기 구동 방법으로 구동할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 구동 방법과 같이, 표시 소자의 고속 응답 성능을 확실하게 실현할 수 있다고 하는 효과가 발휘된다.
또한, 이들 프로그램을, 컴퓨터 데이터 신호(데이터 신호 열)로 하여도 된다. 예를 들면, 반송파에 매립되어 송신된 상기 컴퓨터 데이터 신호를 수신하고, 컴퓨터에 실행시키는 것에 의해, 표시 장치를 상기 구동 방법으로 구동할 수 있다.
또한, 이들 프로그램을, 컴퓨터에 의해서 판독 가능한 기록 매체에 기록시켜 놓음으로써, 프로그램의 보존·유통을 용이하게 행할 수 있게 된다. 또한, 이 기록 매체를 컴퓨터에 판독시킴으로써, 표시 장치를 상기 구동 방법으로 구동할 수 있다.
본 발명의 표시 소자는, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖고 있고, 텔레비전이나 모니터 등의 화상 표시 장치(표시 장치)나, 워드 프로세서나 퍼스널 컴퓨터 등의 OA 기기, 혹은, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 휴대 전화 등의 정보 단말기 등에 구비되는 화상 표시 장치(표시 장치)에, 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 소자는 상기와 같이, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 갖고 있기 때문에, 대화면 표시나 동화상 표시를 행하는 표시 장치에도 적합하다. 또한, 본 표시 소자는 고속 응답성을 갖고 있기 때문에, 예를 들면 필드 시켄셜 컬러 방식의 표시 장치에도 적합하다.
본 발명에 따르면, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성의 정도가 변화하는 매질을 이용한 표시 소자가 본래적으로 갖고 있는 고속 응답 성능을 확실하게 실현시킬 수 있기 때문에, 해당 표시 소자가 조립된 디스플레이, 예를 들면, 텔레비전·워드 프로세서·퍼스널 컴퓨터·비디오 카메라·디지털 카메라·휴대 전화 등의 정보 단말기에 구비되는 디스플레이의 표시 응답 속도를 확실하게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 실시 형태로서 개시한 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시 형태에 대해서도, 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
즉, 발명의 상세한 설명의 항에 있어서 이루어진 구체적인 실시 형태 또는 실시예는, 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 분명히 하는 것이며, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되어야 할 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허 청구 사항의 범위 내에서, 여러 가지로 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
상기의 구성에 따르면, 구동 온도 범위가 넓고, 광 시야각 특성 및 고속 응답 특성을 구비한 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로그램은, 상기의 구성의 표시 소자의 구동 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다. 따라서, 해당 프로그램이 컴퓨터로 실행되면, 해당 컴퓨터는 표시 소자를 상기 구동 방법으로 구동할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 구동 방법과 마찬가지로, 표시 소자의 고속 응답 성능을 확실하게 실현할 수 있다고 하는 효과가 발휘된다.

Claims (19)

  1. 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 유전성 물질층을 구비하고, 상기 유전성 물질층에 전계를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판과,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 구비하고,
    상기 매질은, 전계 무인가시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성을 나타내는 매질, 또는 전계 무인가시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 등방성을 나타내는 매질이고,
    상기 위상차판은, 상기 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx1, ny1, 법선 방향의 주 굴절율을 nz1로 하면, ny1 방향이, 해당 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하도록 배치되어 있는 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
    Rxz≥0,
    Ryz≤(225/500) Rxz-125,
    Ryz≥(175/275) Rxz-300,
    Ryz≥(500/500) Rxz-400,
    Ryz≥-225,
    또는,
    Ryz≥0,
    Rxz≤(225/500) Ryz-125,
    Rxz≥(175/275) Ryz-300,
    Rxz≥(500/500) Ryz-400,
    Rxz≥-225
    를 만족하는 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
    Rxz≥25,
    Ryz≤(125/250) Rxz-175,
    -200≤Ryz≤-50,
    Ryz≥(250/300) Rxz-300,
    또는,
    Ryz≥25,
    Rxz≤(125/250) Ryz-175,
    -200≤Rxz≤-50,
    Rxz≥(250/300) Ryz-300
    을 만족하는 표시 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하고, 관찰 파장을 λ(nm)로 하면,
    Rxz=-Ryz,
    Rxz-Ryz≒ 1/2λ
    을 만족하는 표시 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
    (Rxz, Ryz)=(140, -140),
    또는,
    (Rxz, Ryz)=(-140, 140)
    인 표시 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
    Rxz2+Ryz2≤3002,
    Rxz≥50,
    Ryz≤-50,
    또는,
    Rxz2+Ryz2≤3002,
    Ryz≥50,
    Rxz≤-50
    을 만족하는 표시 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판의 두께를 d1(nm)로 하고, 해당 위상차판의 리터데이션을 각각 Rxz(nm)=d1×(nx1-nz1), Ryz(nm)=d1×(ny1-nz1)로 하면,
    Rxz2+Ryz2≤2502,
    Rxz≥75,
    Ryz≤-75,
    또는,
    Rxz2+Ryz2≤2502,
    Ryz≥75
    Rxz≤-75
    를 만족하는 표시 소자.
  8. 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에 유전성 물질층을 구비하고, 상기 유전성 물질층에 전계를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자로서,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판과,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 1축 광학 이방성을 갖는 제1 및 제2 위상차판을 구비하고,
    상기 매질은, 전계 무인가시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성을 나타내는 매질, 또는 전계 무인가시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 등방성을 나타내는 매질이고,
    상기 제1 및 제2 위상차판은, 상기 제1 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx2, ny2, 법선 방향의 주 굴절율을 nz2로 하고, 상기 제2 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx3, ny3, 법선 방향의 주 굴절율을 nz3으로 하면,
    상기 제1 위상차판은, nx2>ny2=nz2의 관계를 만족함과 함께, ny2 방향이, 해당 제1 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하고,
    상기 제2 위상차판은, nx3=ny3<nz3의 관계를 만족함과 함께, ny3 방향이, 해당 제2 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하는 표시 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
    (Rth-140)2+(Re-100)2≤652
    을 만족하는 표시 소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
    (Rth-140)2+(Re-100)2≤402
    을 만족하는 표시 소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
    (Rth, Re)=(140, 100)
    인 표시 소자.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
    (Rth-90)2+(Re-140)2≤652
    을 만족하는 표시 소자.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3 ×(nz3-ny3)로 하면,
    (Rth-90)2+(Re-140)2≤402
    을 만족하는 표시 소자.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하면,
    (Rth, Re)=(90, 140)
    인 표시 소자.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하고, 상기 편광판의 법선 방향의 리터데이션을 Rtac로 하면,
    상기 Re가, (Rtac, Re)=(45, 100×1.5) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×1.5)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Re)=(45, 100×0.5) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×(0.5)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재함과 함께,
    상기 Rth가, (Rtac, Rth)=(45, 140×1.5) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×1.5)의 2 점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×0.5) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×0.5)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재하는 표시 소자.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위상차판의 두께를 d2(nm), 제2 위상차판의 두께를 d3(nm), 상기 제1 및 제2 위상차판의 리터데이션을 각각 Re(nm)=d2×(nx2-ny2), Rth(nm)=d3×(nz3-ny3)로 하고, 상기 편광판의 법선 방향의 리터데이션을 Rtac로 하면,
    상기 Re가, (Rtac, Re)=(45, 100×1.25) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×1.25)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×1.25) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×1.25)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재함과 함께,
    상기 Rth가, (Rtac, Re)=(45, 100×0.75) 및 (Rtac, Re)=(0, 140×0.75)의 2점을 포함하는 직선과, (Rtac, Rth)=(45, 140×0.75) 및 (Rtac, Rth)=(0, 90×0.75)의 2점을 포함하는 직선으로 둘러싸인 범위에 존재하는 표시 소자.
  17. 삭제
  18. 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에, 전계를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자를 구비한 표시 장치로서,
    상기 매질은, 전계 무인가시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성을 나타내는 매질, 또는 전계 무인가시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 등방성을 나타내는 매질이고,
    상기 표시 소자는,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판과,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 2축 광학 이방성을 갖는 위상차판을 구비하고,
    상기 위상차판은, 상기 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx1, ny1, 법선 방향의 주 굴절율을 nz1로 하면, ny1 방향이, 해당 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하도록 배치되어 있는 표시 장치.
  19. 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판 사이에 협지된 매질에, 전계를 인가함으로써 표시를 행하는 표시 소자를 구비한 표시 장치로서,
    상기 매질은, 전계 무인가시에 광학적 등방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 이방성을 나타내는 매질, 또는 전계 무인가시에 광학적 이방성을 나타내고, 전계를 인가하는 것에 의해 광학적 등방성을 나타내는 매질이고,
    상기 표시 소자는,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 상기 매질과의 대향면과는 반대측에 배치된 편광판과,
    상기 한 쌍의 기판 중, 적어도 한쪽의 기판과 편광판의 사이에 1축 광학 이방성을 갖는 제1 및 제2 위상차판을 구비하고,
    상기 제1 및 제2 위상차판은, 상기 제1 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx2, ny2, 법선 방향의 주 굴절율을 nz2로 하고, 상기 제2 위상차판의 면내 방향의 주 굴절율을 nx3, ny3, 법선 방향의 주 굴절율을 nz3으로 하면,
    상기 제1 위상차판은, nx2>ny2=nz2의 관계를 만족함과 함께, ny2 방향이, 해당 제1 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하고,
    상기 제2 위상차판은, nx3=ny3<nz3의 관계를 만족함과 함께, ny3 방향이, 해당 제2 위상차판을 개재하여 상기 기판과 반대측에 형성되어 있는 편광판의 흡수축과 평행 또는 직교하는 표시 장치.
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