KR100833767B1 - 반투과 반사형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

투과 모드에 있어서 표시가 밝고, 고대조(contrast)이고, 또한 시야각 특성의 양호한 반투과 반사형 액정표시장치를 제공한다. 투명 전극을 갖는 제1기판과, 반사 기능을 갖는 영역과 투과 기능을 갖는 영역이 형성된 반투과 반사성 전극을 갖는 제2기판과, 제1기판과 제2기판 사이에 끼워져 있는 호모지니어스 배향한 액정층과, 제1기판의 액정층과 접한 면과 반대의 면상에 설치된 제1광학 이방 소자 및 한 장의 편광판과, 제2기판의 액정층과 접한 면과 반대의 면상에 설치된 제2광학 이방 소자 및 한 장의 편광판을 구비한 반투과 반사형 액정표시장치에 있어, 그 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축ㄴ성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정화하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름을 포함하는 반투과 반사형 액정표시장치로 하는 것에 의하여 상기 과제를 해결할 수 있다.

액정표시장치, 액정필름, 편광판, 반투과 반사형, 네마틱, 하이브리드, 배향

Description

반투과 반사형 액정표시장치{TRANSLUCENT REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은, 워드 프로세서나 퍼스널 컴퓨터 등의 OA기기나, 전자수첩, 휴대전화 등의 휴대정보기기, 또는 액정 모니터를 구비한 캠코더 등에 사용되는 반사형과 투과형을 겸비한 액정표시장치에 관한 것이다.

근래, 액정표시장치는 그 얇고 가벼운 특징을 크게 활용할 수 있는 용도인 휴대형 정보 단말기기의 디스플레이로서의 시장 확대의 기대가 높아지고 있다. 휴대형 전자 기기는, 통상 배터리 구동식이므로 소비 전력을 억제하는 것이 중요한 과제이다. 그러므로, 휴대형 용도의 액정표시장치 등으로서는, 전력 소비가 큰 백라이트(back light)를 사용하지 않거나, 항상 사용하지는 않으며, 저소비전력화, 박형화, 경량화가 가능한 반사형 액정표시장치가 특히 주목받고 있다.

반사형 액정표시장치로 사용되는 표시 모드에는, 현재 투과형으로 폭넓게 사용되는 TN(twisted nematic)모드, STN(super twisted nematic)모드가 사용되고 있다. 그렇지만, TN 모드 및 STN 모드의 액정표시장치도 현재는 휘도나 콘트라스트의 점에서, 충분한 표시 품질을 갖는다고는 말하기 어렵고, 고휘도화 및 콘트라스트 향상 등의 표시 품질의 향상이 요구되고 있다. 또한, 반사형 액정표시장치는, 주위의 빛이 어두운 경우에는 표시에 이용하는 반사광이 저하되기 때문에 가시성이 극도로 저하된다고 하는 결점을 갖고 있다. 한편, 투과형 액정표시장치는, 이와는 반대로 주위광이 상당히 밝은 맑은 날씨 등에서 가시성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 투과 표시와 반사 표시를 조합시킨 반투과 반사형 액정표시장치가 개발되고 있지만, 흑 표시의 경우에 광 누출이 발생하고, 충분한 흑 레벨을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

또한, 반투과 반사형 액정표시장치로는, 투과 모드에 있어서는 투과 기능을 갖는 영역을 통하여 액정층에 빛을 입사시킬 필요가 있기 때문에, １장 또는 여러 장의 폴리카보네이트로 대표되는 고분자 연신 필름(polymeric stretched film)과 편광판을 액정층과 백라이트의 사이에 배치시킬 필요가 있다. 그렇지만, 투과 모드의 액정표시장치에 있어서는, 액정 분자가 갖는 굴절율 이방성에 의해 경사에서 볼 때 표시색이 변화하고 표시 콘트라스트가 저하된다고 하는 시야각의 문제가 본질적으로 피할 수 없고, 고분자 연신 필름과 편광판의 조합으로는 이 시야각 확대가 본질적으로 어렵다.

본 발명은 투과 모드에 있어서의 표시가 밝고, 콘트라스트가 높고, 시야각 의존성이 적은 반투과 반사형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1특징은, 투명 전극을 갖는 제1기판과, 반사 기능을 갖는 영역과 투과 기능을 갖는 영역이 형성된 반투과 반사성 전극을 갖는 제2기판과, 제1기판과 제2기판 사이에 끼워져 있는 호모지니어스 배향한 액정층과, 액정층과 접하는 제1기판의 면과 반대의 면상에 설치된 제1광학 이방 소자 및 한 장의 편광판과, 액정층과 접하는 제2기판의 면과 반대의 면상에 설치된 제2광학 이방 소자 및 한 장의 편광판을 구비하는 반투과 반사형 액정표시장치에 있어서, 상기 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 제2특징은, 상기 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름과, 적어도 한 장의 고분자 연신 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본 발명의 제1특징에 기재된 반투과 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 제3특징은, 상기 액정 필름 자신의 상하 2면 중, 그 액정 필름 계면의 액정성 고분자 물질의 디렉터와 그 액정 필름 평면과의 이루는 각도가 작은 면으로의 그 액정성 고분자 물질의 디렉터의 투영 성분의 방향으로서 정의된 그 액정 필름의 틸트(tilt) 방향과, 제1기판측의 액정셀 계면으로의 셀 계면 액정 분자의 디렉터의 투영 성분의 방향으로서 정의된 프리틸트(pretilt) 방향이 이루는 각도가 0°~30°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 본 발명의 제1특징 또는 제2특징에 기재된 반투과 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 제4특징은, 상기 반사 기능을 갖는 영역의 액정층 두께가, 상기 투과 기능을 갖는 영역의 액정층 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 본 발명의 제1 내지 3 특징의 어느 하나에 기재된 반투과 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치는, 투명 전극을 갖는 제1기판과, 반사 기능을 갖는 영역과 투과 기능을 갖는 영역이 형성된 반투과 반사성 전극을 갖는 제2기판과, 제1기판과 제2기판 사이에 끼워져 있는 호모지니어스 배향한 액정층과, 제1기판의 액정층과 접한 면과 반대의 면상에 설치된 제1광학 이방 소자 및 한 장의 편광판과, 제2기판의 액정층과 접한 면과 반대의 면상에 설치된 제2광학 이방 소자 및 한 장의 편광판을 구비하는 반투과 반사형 액정표시장치에 있어서, 상기 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치이다.

본 발명에서는 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정화한 액정 필름을 적어도 한 장 이용한 것에 특징을 갖는다. 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치는, 관찰자 측에서 보아, 편광판, 제1광학 이방 소자, 투명 전극을 갖는 제1기판, 배향한 액정층, 반사 기능을 갖는 영역과 투과 기능을 갖는 영역이 형성된 반투과 반사성 전극(이하, 필요에 따라 반사층이라고 한다)을 갖는 제2기판, 제2광학 이방 소자, 편광판, 및 백라이트로 구성된다. 또, 필요에 따라 광확산 층, 광 제어 필름, 도광판, 프리즘 시트 등의 부재를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치에 있어서, 뒤쪽에 백라이트를 설치한 것으로 반사 모드와 투과 모드 양쪽의 사용이 가능해진다.

다음에 본 발명에 있어 사용된 제1기판과, 제2기판과, 그 사이에 끼워져 있는 호모지니어스 배향한 액정층으로 구성된 액정셀에 관하여 설명한다. 상기 액정셀은 반사 기능을 갖는 영역과 투과 기능을 갖는 영역이 형성된 반투과 반사성 전극을 갖는 제2기판을 포함하지만, 반사 기능을 갖는 영역은 반사 표시를 행한 반사 표시부로 되고, 투과 기능을 갖는 영역은 투과 표시를 행한 투과 표시부로 된다. 본 발명에 있어서는, 상기 반사 기능을 갖는 영역의 액정층 두께는, 투과 기능을 갖는 영역의 액정층 두께보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이 이유를 이하로 설명한다.

먼저, 액정층 두께를 반사 표시에 적합한 층 두께로 설정한 경우에 투과 표시부에 있어서의 투과 표시에 관하여 설명한다. 반사 표시에 적합한 액정층의 설정을 행한 경우에 있어서 액정층의 전계 등 외장에 의한 배향 변화에 수반한 편광 상태의 변화의 양은, 관찰자 측에서 액정층을 통과하고 입사한 빛이 반사층으로 반사되어, 다시 한번 액정층을 통과하고 관찰자측에 출사하는 것에 의하여 액정층을 왕복하고 충분한 콘트라스트비를 얻을 수 있는 정도이다. 그렇지만, 이 설정에 있어서, 투과 표시부에서는, 액정층을 통과한 빛의 편광 상태의 변화량이 불충분하다. 이 때문에, 반사 표시에 이용한 액정셀의 관찰자측에 설치한 편광판에 더하여, 투과 표시만으로 사용한 편광판을 관찰자 측에서 보아 액정셀의 배면에 설치하여도, 투과 표시부에서는 충분한 표시가 얻어지지 않는다. 즉, 액정층의 배향 조건을 반사 표시부에 적합한 액정층의 배향 조건에 설정한 경우, 투과 표시부에서 는, 명도가 부족하거나, 또는, 명도가 충분히 있어도, 암 표시의 투과율이 저하되지 않고, 표시에 충분한 콘트라스트비를 얻을 수 없다.

보다 상세히 설명하면, 반사 표시를 행한 경우, 액정층을 한 번만 통과한 빛에 대하여 약 1/4 파장의 위상차가 부여되도록, 인가되는 전압에 의하여 상기 액정층내의 액정의 배향 상태가 제어되고 있다. 이와 같이 반사 표시에 적합한 액정층 두께로, 즉 1/4 파장의 위상 변조를 주는 전압 변조를 행하여, 투과 표시를 행하면, 투과 표시부가 암 표시 모드에 있을 때 투과율을 충분히 저하시키는 경우에는, 투과 표시부가 명 표시 모드에 있을 때 빛의 출사측의 편광판으로 약 반의 광도의 빛이 흡수되어, 충분한 명 표시를 얻을 수 없다. 또, 투과 표시부가 명 표시 모드에 있을 때의 명도를 늘리기 위해 편광판, 위상차 보상판 등의 광학 소자의 배치를 행하면, 투과 표시부가 암 표시 모드에 있을 때의 명도는, 명 표시 모드에 있을 때의 명도의 약 1/2의 명도로 되어, 표시의 콘트라스트비가 불충분해진다.

역으로, 투과 표시에 적합한 조건에 액정층 두께를 설정하는 데에는, 액정층을 투과한 빛에 대해 1/2 파장의 위상차가 부여되도록 상기 액정층에 전압 변조할 필요가 있다. 따라서 반사광과 투과광을 함께 고해상도이면서 가시성이 우수한 표시 모드에 이용하기 위해서는, 반사 표시부의 액정층 두께는 투과 표시부의 액정층 두께보다도 작게 하는 것이 필요하다. 본 발명에 있어서는, 반사 표시부의 액정층 두께는, 투과 표시부의 액정층 두께의 30~90％인 것이 바람직하고, 특히 40~60％가 바람직하다. 이상적으로는, 반사 표시부의 액정층 두께는, 투과 표시부의 액정층 두께의 약 1/2인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 액정셀의 방식은, 액정 분자가 호모지니어스 배향한 ECB(electrically controlled birefringence)를 이용한 표시 방식이 바람직하다. TN 방식, STN 방식 등을 이용한 경우, 투과 표시부의 액정층 두께를 두껍게 설정하여, 반사 표시부의 액정층 두께를 얇게 설정할 때에, 양 영역의 액정층 두께 차를 크게 해 간다면 양 영역의 경계에서 액정 분자의 배향 결함이 발생하는 등 제조상의 문제점이 발생하기 쉽기 때문이다. 액정셀의 구동 방식에 관해서는 특히 제한은 없고, STN－LCD 등에 사용된 패시브 매트릭스 방식, 및 TFT(Thin Film Transistor)전극, TFD(Thin Film Diode)전극 등의 능동 전극을 이용한 액티브 매트릭스 방식, 플라즈마 어드레스 방식 등의 어느 구동 방식이라도 좋다.

본 발명에 있어서 제1기판은, 투명 기판에 투명 전극(대향 전극)을 가진 것이다. 또, 제2기판은 투명 기판에 반투과 반사성 전극을 가진 것이다. 각각에 있어 사용된 투명 기판으로서는, 액정층을 구성하는 액정성을 나타내는 재료를 특정한 배향 방향으로 배향시키는 것이면 특히 제한은 없다. 구체적으로는, 기판 자체가 액정을 배향시키는 성질을 갖고 있는 투명 기판, 기판 자체는 배향능이 부족하지만, 액정을 배향시키는 성질을 갖는 배향막 등을 이것에 설치한 투명 기판 등을 모두 사용할 수 있다. 또, 액정셀의 전극은, ITO 등의 공지인 것이 사용될 수 있다. 전극은 통상, 액정층이 접한 투명 기판의 면상에 설치할 수 있고, 배향막을 갖는 기판을 사용한 경우는, 기판과 배향막과의 사이에 설치할 수 있다.

액정층을 형성하는 액정성을 나타내는 재료로서는, 특히 제한되지 않고, 각종의 액정셀을 구성할 수 있는 통상의 각종 저분자 액정 물질, 고분자 액정 물질 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또, 이들에 액정성을 손상시키지 않는 범위에서 색소나 카이럴 제(chiral dopant), 비액정성 물질 등을 첨가할 수 있다.

반사층을 구성하는 재질로서는, 빛의 반사능을 갖는 것이면 특히 제한되지 않고, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 백금 등의 금속이나 이들을 포함하는 합금, 산화마그네슘 등의 산화물, 유전체의 다층막, 선택 반사를 나타내는 액정, 또는 이들의 조합 등이 될 수 있다. 이들 반사층은 평면이라도 좋고, 또 곡면이라도 좋다. 또한 반사층은, 요철 형상 등 표면 형상으로 가공을 하여 확산 반사성을 갖게 한 것, 액정셀의 관찰자측과 반대측의 그 전극 기판상의 전극을 겸비시킨 것, 또 그것들을 조합시킨 것이어도 좋다.

본 발명에 사용된 편광판은, 본 발명의 목적이 달성할 수 있는 것이면 특히 제한되지 않고, 액정표시장치에 통상 사용되는 것을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는, 폴리비닐 알코올(PVA)이나 부분 아세탈화 PVA와 같은 PVA계나, 에틸렌 초산 비닐 공중합체의 부분 감화물 등으로 된 친수성 고분자 필름에 요오드 및/또는 2색성 색소를 흡착하여 연신한 편광 필름, PVA의 탈수 처리물이나 폴리 염화 비닐의 탈염 산처리물과 같은 폴리엔 배향 필름 등으로 된 편광 필름을 사용할 수 있다. 또, 반사형의 편광 필름도 사용할 수 있다.

그 편광판은, 편광 필름 단독으로 사용해도 좋고, 강도 향상, 내습성 향상, 내열성의 향상 등의 목적으로 편광 필름의 편면 또는 양면에 투명 보호층 등을 설치한 것이어도 좋다. 투명 보호층으로는, 폴리에스테르나 트리 아세틸 셀룰로오스 등의 투명 플라스틱 필름을 직접 또는 접착제층을 끼우고 적층한 것, 투명 수지를 도포한 층, 아크릴계나 에폭시 계 등의 광 경화형 수지층 등을 들 수 있다. 이들 투명 보호층을 편광 필름의 양면에 피복한 경우, 양측에 다른 보호층을 설치해도 좋다.

본 발명에 사용된 제1광학 이방 소자로서는, 투명성과 균일성이 우수한 것이면 특히 제한되지 않지만, 고분자 연신 필름이나, 액정 물질로 된 광학 보상 필름이 바람직하게 사용될 수 있다. 고분자 연신 필름으로서는, 셀룰로오스 계, 폴리카보네이트 계, 폴리아릴레이트 계, 폴리슬폰계, 폴리아크릴 계, 폴리에테르술폰 계, 환상 올레핀계 고분자 등으로 된 1축성 또는 2축성의 위상차 필름을 예시할 수 있다. 그 중에서 폴리카보네이트계가 비용면 및 필름의 균일성으로부터 바람직하다. 또, 복굴절 파장 분산 특성이 작은 일본 합성 고무(주) 제의 ARTRON(상품명) 필름을 사용한 것도 화질의 색 변조가 억제된 점에서 바람직하다. 또, 액정물질로 된 광학 보상 필름으로서는, 주쇄형 및/또는 측쇄형의 액정성을 나타내는 각종 액정성 고분자 화합물, 예를 들면, 액정성 폴리에스테르, 액정성 폴리카보네이트, 액정성 폴리 아크릴레이트, 액정성 폴리마로네이트 등이나 배향 후 가교 등에 의하여 중합될 수 있는 반응성을 갖는 저분자량의 액정성 물질 등으로 된 광학 보상 필름을 들 수 있고, 이들은 자립성이 있는 단독 필름이라도 투명 지지 기판상으로 형성된 것이라도 좋다. 제1광학 이방 소자는, 한 장만을 사용해도 좋고, 여러 장 사용해도 좋다. 또, 고분자 연신 필름과 액정 물질로 된 광학 보상 필름의 양쪽을 사용할 수 있다.

본 발명에 사용된 제2광학 이방 소자는, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름을 포함한다. 또, 상기 제2광학 이방 소자는, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름과, 적어도 한 장의 고분자 연신 필름으로 되는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용된 제2광학 이방 소자는, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질, 구체적으로는 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 화합물, 또는 적어도 1종의 액정성 고분자 화합물을 함유한 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 조성물로 이루어져, 그 액정성 고분자 화합물 또는 그 액정성 고분자 조성물이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향 구조를 고정하여 얻어진 액정 필름을 적어도 포함한 것이다.

여기에서, 본 발명에 있어 "네마틱 하이브리드 배향(nematic hybrid orientation)"이란, 액정 분자가 네마틱 배향하고 있고, 이 때의 액정 분자의 디렉터와 필름 평면이 이루는 각(틸트각)이 필름(film) 상면과 하면에서 다른 배향 형태를 말한다. 따라서, 상면 계면 부근과 하면 계면 부근에서 그 디렉터와 필름 평면과의 이루는 각도가 다르기 때문에, 그 필름의 상면과 하면과의 사이에서는 그 각도가 연속적으로 변화하고 있는 것이라 말할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 네마틱 하이브리드 배향 구조에 있어서의 평균 틸트각은 5°~45°의 범위인 것이 바람직하다.

또 네마틱 하이브리드 배향 상태를 고정화한 필름은, 액정 분자의 디렉터가 필름의 막두께 방향의 모든 장소에서 다른 각도를 향하고 있다. 따라서 해당 필름은, 필름이라고 하는 구조체로서 본 경우, 이미 광축은 존재하지 않는다.

또 본 발명에 있어 "평균 틸트각"이란, 액정 필름의 막두께 방향에 있어서 액정 분자의 디렉터와 필름 평면과의 이루는 각도의 평균치를 의미하는 것이다. 본 발명에 사용된 액정 필름은, 필름의 한편의 계면 부근에서는, 디렉터와 필름 평면과의 이루는 각도가, 절대치로서 통상 20°~90°, 바람직하게는 30°~70°의 각도를 하고 있고, 해당 면의 반대측의 계면 부근에 있어서는, 절대치로서 통상 0°~20°, 바람직하게는 0°~10°의 각도를 이루고 있고, 그 평균 틸트각은, 절대치로서 통상 ５°~4５°, 바람직하게는 7°~40°, 더욱 바람직하게는 10°~38°, 특히 바람직하게는 15°~35°이다. 평균 틸트각이 상기 범위로부터 벗어난 경우, 콘트라스트의 저하 등의 우려가 있고 바람직하지 않다. 또한 평균 틸트각은, 크리스탈 로테이션 법을 응용하여 구할 수 있다.

본 발명에 사용된 제2광학 이방 소자를 구성하는 액정 필름은, 상기와 같은 네마틱 하이브리드 배향 상태가 고정화되고, 또한 특정한 평균 틸트각을 갖는 것이라면, 어떠한 액정으로부터 형성되는 것이어도 상관없다. 예를 들면, 저분자 액정 물질을 액정 상태에서 네마틱 하이브리드 배향에 형성 후, 광 가교나 열 가교에 의하여 고정하여 얻어지는 액정 필름이나, 고분자 액정 물질을 액정 상태에서 네마틱 하이브리드 배향에 형성 후, 냉각하는 것에 의하여 해당 배향을 고정하여 얻어지는 액정 필름을 이용할 수 있다. 또한 본 발명에서 말하는 "액정 필름"이란, 필름 자체가 액정성을 나타내는지 아닌지와 관계없이, 저분자 액정, 고분자 액정 등의 액 정 물질을 필름화하는 것에 의하여 얻어지는 것을 의미한다.

또 액정 필름이, 반투과 반사형 액정표시장치에 대해 보다 적합한 시야각 개량 효과를 발현하기 위한 그 필름의 막두께는, 대상으로 하는 액정표시장치의 방식이나 여러 가지의 광학 패러미터에 의존하기 때문에 한 마디로는 말할 수 없지만, 통상 0.2μｍ~10μｍ, 바람직하게는 0.3μｍ~５μｍ, 보다 바람직하게는 0.5μｍ~2μｍ의 범위이다. 막두께가 0.2μｍ 미만일 때는, 충분한 보상 효과를 얻을 수 없는 우려가 있다. 또 막두께가 10μｍ를 넘으면 디스플레이의 표시가 불필요하게 물드는 우려가 있다.

또 액정 필름의 법선 방향으로부터 본 경우의 면내의 외관의 리타데숀(pseudo retardation) 값은 다음과 같이 설명된다. 즉, 고정화한 네마틱 하이브리드 배향 구조를 갖는 액정 필름에서는, 디렉터에 평행한 방향의 굴절율(이하 ne라고 함)과 수직한 방향의 굴절율(이하 no라고 함)이 다르다. ne에서 no를 뺀 값을 외관의 복굴절률로 정의하면, 외관의 리타데숀 값은 외관 복굴절률과 절대 막두께와의 곱으로 결정된다. 이 외관의 리타데숀 값은, 타원 편광법(ellipsometry) 등의 편광 광학 측정에 의하여 용이하게 구할 수 있다. 광학 이방 소자로 사용된 액정 필름의 외관의 리타데숀 값은, 550nm의 단색광에 대하여, 통상 10nm~600nm, 바람직하게는 30nm~400nm, 보다 바람직하게는 50nm~300nm의 범위이다. 외관의 리타데숀 값이 10nm 미만의 때는, 충분한 시야각 확대 효과를 얻을 수 없는 우려가 있다. 또, 600nm보다 큰 경우는, 경사에서 보았을 때에 액정 디스플레이에 불필요한 색 부착이 생길 우려가 있다.

다음에 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치에 있어서 광학 이방 소자의 구체적인 배치 조건에 관하여 설명하지만, 보다 구체적인 배치 조건을 설명하기 위하여, 도2, 도3을 이용하여 액정 필름으로 된 광학 이방 소자의 상하의 면, 그 광학 이방 소자의 틸트 방향 및 액정셀의 프리틸트(pretilt) 방향을 각각 이하에 정의한다.

먼저 액정 필름으로 된 광학 이방 소자의 상하의 면을, 그 광학 이방 소자를 구성하는 액정 필름의 필름 계면 부근에 있어서 액정 분자 디렉터와 필름 평면의 이루는 각도에 의하여 각각 정의하면, 액정 분자의 디렉터와 필름 평면과의 이루는 각도가 예각측으로 20도 내지 90도의 각도를 이루고 있는 면을 b면으로 하고, 그 각도가 예각측으로 0도 내지 20도의 각도를 이루고 있는 면을 c면으로 한다. 이 광학 이방 소자의 b면으로부터 액정 필름 층을 통과시키고 c면을 본 경우, 액정 분자 디렉터와 디렉터의 c면으로의 투영 성분이 이루는 각도가 예각이며, 또한 투영 성분과 평행한 방향을 광학 이방 소자의 틸트 방향이라고 정의한다.(도1 및 도2)

다음 통상, 액정셀 안의 액정과 각 기판과의 계면, 즉 셀 계면에서는, 구동용 저분자 액정은 셀 계면에 대하여 평행이 아니라 어느 각도만큼 기울어져 있으므로 일반적으로 이 각도를 프리틸트각이라고 하지만, 셀 계면의 액정 분자의 디렉터와 디렉터의 계면으로의 투영 성분이 이루는 각도가 예각이며, 또한 디렉터의 투영 성분과 평행한 방향을 액정셀 층의 프리틸트 방향이라고 정의한다.(도3)

제2광학 이방 소자는, 상기 액정 필름과 다른 고분자 연신 필름을 조합하여 사용할 수 있다. 고분자 연신 필름으로는, 1축성 또는 2축성을 나타내는 매질, 예 를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리 메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 알코올(PVA), 일본 합성 고무(주)제의 ARTON(상품명) 필름 등의 연신 필름을 사용할 수 있다. 이 경우에도, 비용 상승의 문제를 감안하면, 액정 필름 한 장과 고분자 연신 필름 한 장의 조합이 실용적으로 바람직하다.

또 제2광학 이방 소자에 포함된 액정 필름으로는, 액정 필름만으로 사용하는 것도 가능하고, 지지 기판으로서 투명 플라스틱 필름을 설치하고 사용할 수 있다. 또 미리 편광판과 일체화하고 사용할 수 있다. 액정 필름만으로 사용하는 경우는, 통상, 편광판의 보호 필름으로서 사용된 폴리에스테르나 트리 아세틸 셀룰로오스 등의 투명 플라스틱 필름에 액정 필름을 적층한 후 사용되지만, 단일 액정 필름 및/또는 고분자 연신 필름을 필요에 따라 점토·접착제층을 삽입하여 편광판과 일체화하여 이용해도 좋다.

제2광학 이방 소자로서, 액정 필름 한 장만을 반투과 반사형 액정표시장치에 이용한 경우에 관하여 설명한다. 액정 필름은 액정셀의 제2기판과 편광판과의 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 액정 필름의 틸트 방향과 제1기판측의 액정셀 계면으로의 셀의 액정 분자의 프리틸트 방향이 대체로 일치하는 것이 바람직하다. 틸트 방향과 프리틸트 방향이 이루는 각도는 절대치로 0도 내지 30도의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0도 내지 20도의 범위이고, 특히 바람직하게는 0도 내지 10도의 범위이다. 양자가 이루는 각도가 30도를 초과하는 경우는 충분한 시야각 보상 효과를 얻을 수 없는 우려가 있다.

다음에, 제2광학 이방 소자로서 액정 필름 한 장과 고분자 연신 필름 한 장 을 조합시키고 반투과 반사형 액정표시장치에 이용한 경우에 관하여 설명한다. 액정 필름과 고분자 연신 필름은, 액정셀의 제2기판과 편광판과의 사이에 배치한다. 이 경우, 액정 필름이 액정셀에 인접한 측에 배치해도 좋고, 편광판에 인접한 측에 배치해도 좋다. 본 발명에 있어, 액정 필름과 고분자 연신 필름을 배치하는 경우, 액정 필름의 배치는 상술의 한 장만을 사용한 경우와 동일한 배치로 하는 것이 바람직하다. 즉, 액정 필름내의 액정성 고분자 물질의 틸트 방향과 액정셀의 제1기판측의 액정셀 계면으로의 셀의 액정 분자의 프리틸트 방향이 대체로 일치하는 것이 바람직하다. 틸트 방향과 프리틸트 방향이 이루는 각도는 0도 내지 30도의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0도 내지 20도의 범위이고, 특히 바람직하게는 0도 내지 10도의 범위이다. 또, 고분자 연신 필름은, 액정 필름의 틸트 방향과 고분자 연신 필름의 지상축이 이루는 각도가 40도 내지 80도의 범위에 배치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50도 내지 70도의 범위이다.

광확산 층, 백라이트, 광제어 필름, 도광판, 프리즘 시트로서는, 특히 제한되지 않고 공지된 것을 사용할 수 있다. 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치는, 상기한 구성 부재 이외에도 다른 구성 부재를 부설할 수 있다. 예를 들면, 컬러 필터를 본 발명의 액정표시장치에 부설하는 것에 의하여, 색 순도가 높은 멀티 컬러 또는 풀 컬러 표시가 가능한 컬러 액정표시장치를 제작할 수 있다.

도1은 액정 분자의 틸트각 및 트위스트각을 설명하기 위한 개념도;

도2는 제2광학 이방 소자를 구성하는 액정성 필름의 배향 구조의 개념도;

도3은 액정셀의 프리틸트 방향을 설명한 개념도;

도4는 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치를 모식적으로 나타낸 단면도;

도5는 실시예1의 반투과 반사형 액정표시장치를 모식적으로 나타낸 단면도;

도6은 실시예1에 있어서 편광판의 흡수축, 액정셀의 프리틸트 방향, 고분자 연신 필름의 지상축 및 액정 필름의 틸트 방향의 각도 관계를 나타낸 평면도;

도7은 실시예1에 있어서 반투과 반사형 액정표시장치를 전방위로부터 보았을 때의 콘트라스트비를 나타내는 도면;

도8은 실시예1에 있어서 반투과 반사형 액정표시장치를 0Ｖ로부터 6Ｖ까지 6단계로 표시할 때의 좌우 방위의 투과율의 시야각 특성을 나타내는 도면;

도9는 실시예1에 있어서 반투과 반사형 액정표시장치를 0Ｖ로부터 6Ｖ까지 6단계로 표시할 때의 상하 방위의 투과율의 시야각 특성을 나타내는 도면;

도10은 비교예1에 있어서 편광판의 흡수축, 액정셀의 프리틸트 방향 및 고분자 연신 필름의 지상축의 각도 관계를 나타낸 평면도;

도11은 비교예1에 있어서 반투과 반사형 액정표시장치를 전방위치에서 보았을 때의 콘트라스트비를 나타내는 도면;

도12는 비교예1에 있어서 반투과 반사형 액정표시장치를 0Ｖ로부터 6Ｖ까지 6단계로 표시할 때의 좌우 방위의 투과율의 시야각 특성을 나타내는 도면; 및

도13은 비교예1에 있어서 반투과 반사형 액정표시장치를 0Ｖ로부터 6Ｖ까지 6단계로 표시할 때의 상하 방위의 투과율의 시야각 특성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의하여 또한 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 실시예에 있어서 리타데숀(Δnd)은 파장 550nm에서의 값이다.

실시예 1

실시예1에서 이용한 반투과 반사형 액정표시장치의 대략을 도5에 나타낸다. 기판(7)에 A1 등의 반사율이 높은 재료로 형성된 반사 전극과 ITO 등의 투과율이 높은 재료로 형성된 투명 전극으로 된 반투과 반사성 전극(6)이 설치되고, 투명 기판(3)에 대향 전극(4)이 설치되고, 반투과 반사성 전극(6)과 대향 전극(4)과의 사이에 정의 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 된 액정층(5)이 끼워져 있다. 투명 기판(3)의 대향 전극(4)이 형성된 측의 반대면에 제1광학 이방 소자(2) 및 편광판(1)이 마련되어 있고, 기판(7)의 반투과 반사성 전극(6)이 형성된 면의 반대측에 제2광학 이방 소자(8) 및 편광판(9)이 마련되어 있다. 편광판(9)의 배면측에는 백라이트(10)가 마련되어 있다.

특개평 6－347742호에 기재된 방법에 준하여, 막두께 방향의 평균 틸트각이 28도인 네마틱 하이브리드 배향이 고정화된 막두께 0.68μｍ의 액정 필름(16)을 제작하고, 도5에 도시한 것과 같은 배치로 ECB형의 반투과 반사형 액정표시장치를 제작하였다. 사용한 액정셀(13)은, 액정 재료로서 ZLI-1695(Merck사 제조)를 이용하고, 액정층 두께는 반사 전극 영역(반사 표시부)에서 2.4μｍ, 투과 전극 영역(투과 표시부)에서 4.8μｍ로 하였다. 액정층의 기판 양 계면의 프리틸트각은 2도이 고, 액정셀의 Δnd는, 반사 표시부에서 약 150nm, 투과 표시부에서 약 300nm이었다.

액정셀(13)의 관찰자측(도면의 상측)에 편광판(1)(두께 약 180μｍ；스미토모 화학공업(주) 제조 SQW－862)을 배치하여, 편광판(1)과 액정셀(13)과의 사이에, 제1광학 이방 소자(2)로서, 1축 연신한 폴리카보네이트 필름으로 된 고분자 연신 필름(14 및 15)을 배치하였다. 고분자 연신 필름(14)의 Δnd는 약 268nm, 고분자 연신 필름(15)의 Δｎｄ는 약 98nm이었다. 또, 제2광학 이방 소자(8)로서, 관찰자로부터 보아서 액정셀(13)의 뒤쪽에 액정 필름(16) 및 1축 연신한 폴리카보네이트 필름으로 된 고분자 연신 필름(17)을 배치하고, 더구나 배면에 편광판(9)을 배치하였다. 하이브리드 네마틱 배향 구조를 고정화한 액정 필름(16)의 Δnd는 120nm, 고분자 연신 필름(17)의 Δnd는 272nm이었다.

편광판(1 및 9)의 흡수축, 고분자 연신 필름(14, 15 및 17)의 지상축, 액정셀(13)의 양 계면의 프리틸트 방향, 액정 필름(16)의 틸트 방향은 도6에 기재한 조건으로 배치하였다. 도7은, 백라이트 점등시(투과 모드)에서의, 백 표시 0Ｖ, 흑 표시 6Ｖ의 투과율의 비(백 표시)/(흑 표시)를 콘트라스트비로 하여, 전방위로부터의 콘트라스트비를 나타내고 있다. 도8은, 백라이트 점등시(투과 모드)에서의, 백 표시 0Ｖ로부터 흑 표시 6Ｖ까지 6 단계로 표시할 때의 좌우 방향에서의 투과율의 시야각 특성을 나타내고 있다. 도9는, 백라이트 점등시(투과 모드)에서의, 백 표시 0Ｖ로부터 흑 표시 6Ｖ까지 6 단계로 표시할 때의 상하 방향에서의 투과율의 시야각 특성을 나타내고 있다. 도7 내지 도9의 결과로부터, 특히 투과 모드에 있어 양호한 시야각 특성을 갖고 있는 것이 밝혀졌다.

비교예 1

도5에 있어, 액정 필름(16) 대용으로 1축 연신한 폴리카보네이트 필름(16')(Δnd가 약 137nm)을 배치하여, 액정셀(13)의 배면측에 배치한 편광판(9)의 흡수 축, 고분자 연신 필름(16' 및 17)의 지상축을 도10에 기재한 조건으로 배치에 한 것 이외에는, 실시예1과 동일한 액정표시장치를 제작하였다. 도11은, 백라이트 점등시(투과 모드)에서의, 백 표시 0Ｖ, 흑 표시 6Ｖ의 투과율의 비(백 표시)/(흑 표시)를 콘트라스트비로 하여, 전방위로부터의 콘트라스트비를 나타내고 있다. 도12는, 백라이트 점등시(투과 모드)에서의, 백 표시 0Ｖ로부터 흑 표시 6Ｖ까지 6 단계로 표시할 때의 좌우 방향에서의 투과율의 시야각 특성을 나타내고 있다. 도13은, 백라이트 점등시(투과 모드)에서의, 백 표시 0Ｖ로부터 흑 표시 6Ｖ까지 6 단계로 표시할 때의 상하 방향에서의 투과율의 시야각 특성을 나타내고 있다.

시야각 특성에 관하여, 실시예1과 비교예1을 비교한다.

전방위의 콘트라스트 곡선을 도7과 도11에서 비교하면, 하이브리드 네마틱 구조를 갖는 액정 필름을 이용하는 것에 의하여, 넓은 시야각 특성을 얻을 수 있는 것이 밝혀진다. 또, 투과 모드에서의 결점으로 된 좌우, 상하 방향의 단계 특성을 도8 및 도9와, 도12 및 도13에서 비교하면, 하이브리드 네마틱 구조를 갖는 액정 필름을 이용하는 것에 의하여, 반전 특성이 대폭적으로 개선되고 있는 것이 밝혀진다. 본 실시예에서는, 컬러 필터가 없는 형태로 실험을 행했지만, 액정셀 속에 컬 러 필터를 설치하면, 양호한 멀티 컬러, 또는 풀 컬러 표시를 할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이상과 같이, 본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치는, 투과 모드에 있어서 표시가 밝고, 또한 고 콘트라스트(contrast)이고, 또한 시야각 특성이 양호하다.

Claims (4)

1. 투명 전극을 갖는 제1기판과, 반사 기능을 갖는 영역과 투과 기능을 갖는 영역이 형성된 반투과 반사성 전극을 갖는 제2기판과, 제1기판과 제2기판 사이에 끼워져 있는 호모지니어스 배향한 액정층과, 제1기판의 액정층과 접한 면과 반대의 면상에 설치된 제1광학 이방 소자, 제1광학 이방 소자 상에 설치된 한 장의 편광판과, 제2기판의 액정층과 접한 면과 반대의 면상에 설치된 제2광학 이방 소자, 제2광학 이방 소자의 하면에 설치된 한 장의 편광판을 구비한 반투과 반사형 액정표시장치로서,

   그 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름을 포함하며,

   액정 필름 자신의 상하 2면 중, 그 액정 필름 계면의 액정성 고분자 물질의 디렉터와 그 액정 필름 평면과의 이루는 각도가 작은 면으로의 그 액정성 고분자 물질의 디렉터의 투영 성분의 방향으로서 정의된 그 액정 필름의 틸트 방향과, 제1기판측의 액정셀 계면으로의 셀 계면 액정 분자의 디렉터의 투영 성분의 방향으로서 정의된 프리틸트 방향이 이루는 각도가 0°내지 30°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2광학 이방 소자가, 광학적으로 정의 1축성을 나타내는 액정성 고분자 물질이 액정 상태에서 형성한 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 얻어진 적어도 한 장의 액정 필름과, 적어도 한 장의 고분자 연신 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 반사 기능을 갖는 영역의 액정층 두께가, 상기 투과 기능을 갖는 영역의 액정층 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.

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