KR100981870B1

KR100981870B1 - 컬러 편광판을 구비한 액정표시소자

Info

Publication number: KR100981870B1
Application number: KR1020080074439A
Authority: KR
Inventors: 군페이 고바야시; 도시하루 니시노; 노리히로 아라이
Original assignee: 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-09-13
Also published as: TW200914941A; KR20090013100A; TWI370928B; US20090033838A1; CN101359121A; US8149355B2; CN101359121B; JP2009036879A

Abstract

액정표시소자는 한 쌍의 기판과, 이 한 쌍의 기판의 대향하는 면에 형성된 전극과, 상기 한 쌍의 기판의 간극으로 정한 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층을 구비하고 있는, 한 쌍의 기판의 관찰측 기판(1)의 외면에는, 가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판이 배치되고, 반대측 기판(2)의 외면에는, 가시광대역 중의 특정 파장 대역 이외의 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판이 배치되어 있다. 상기 컬러 편광판의 반대측 기판과 대향하는 면과는 반대면에는, 관찰측으로부터 입사한 빛을 상기 관찰측으로 반사하는 반사판이 배치되어 있다.

편광판, 반사판, 투과축, 액정층, 액정분자

Description

컬러 편광판을 구비한 액정표시소자{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT HAVING A COLOR POLARIZING PLATE}

본 발명은 컬러 편광판을 이용하여 착색표시를 실행하는 액정표시소자에 관한 것이다.

액정표시소자로서 가시광대역 중의 특정의 대역 이외의 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판을 구비하고, 상기 컬러 편광판을 투과하는 파장광에 의한 착색표시를 실행하는 것이 알려져 있다.(특허 문헌 1 참조)

[특허 문헌 1]　　일본국 특개 2003-255327호 공보

그러나, 종래의 컬러 편광판을 구비한 액정표시소자는 백색과 흑색의 어느 한쪽과, 상기 컬러 편광판에 의한 착색표시와의 단순한 2색 표시밖에 실행할 수 없다.

본 발명의 목적은 백과 흑의 양쪽과 착색표시를 실행할 수 있는 컬러 편광판을 이용한 반사형의 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에 따른 액정표시소자는, 가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판과, 가시광대역 중의 특정 파장대역을 제외한 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판과, 상기 노멀 편광판과 상기 컬러 편광판 사이에 미리 정해진 간격을 형성하여 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 간격에 봉입되어 액정분자가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 미리 정해진 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과, 상기 제1 기판에서 상기 액정층 측의 면과 상기 제2 기판에서 상기 액정층 측의 면에 각각 형성되고, 상기 액정분자의 배향 상태를 제어하기 위한 전압이 인가되는 전극과, 상기 제2 기판과의 사이에 상기 컬러 편광판이 개재하도록 배치되고, 상기 컬러 편광판을 통과한 광을 상기 컬러 편광판을 향하여 반사하는 반사판을 구비하며, 상기 노멀 편광판은, 그 투과축이 상기 제1 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 평행으로 배치되고, 상기 컬러 편광판은, 그 투과축이 상기 제2 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 평행으로 배치되며, 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압인 경우 상기 특정 파장대역에 대응한 색을 표시하며, 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압보다 작은 제2 전압인 경우 흑색을 표시하며, 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제2 전압보다 작은 제3 전압인 경우, 백색을 표시하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명의 제 2 관점에 따른 액정표시장치는 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압인 경우 상기 특정 파장대역에 대응한 색을 표시하며, 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압보다 큰 제2 전압인 경우 흑색을 표시하며, 상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제2 전압보다 큰 제3 전압인 경우, 백색을 표시하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 액정표시소자는 백과 흑의 양쪽과 착색표시를 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예를 나타내는 액정표시소자의 단면도를 나타내고 있다. 이 액정표시소자는 도 1과 같이, 미리 정한 간극을 설치하여 대향 배치된 관찰측(도면에 있어서 상측) 및 그 반대측의 한 쌍의 투명기판(1, 2)과, 상기 한 쌍의 기판(1, 2) 사이의 간극에 봉입되고, 액정분자(3a)(도 3 참조)가 상기 한 쌍의 기판(1, 2) 사이에 있어서 미리 정한 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층(3)을 구비하고 있다. 상기 한 쌍의 기판(1, 2)의 상기 액정층(3)에 대향하는 내면 각각에는 투명전극(4, 5)이 설치되어 있다. 이들 투명전극(4, 5)이 서로 대향하는 영역이, 인가되는 전압에 의해서 상기 액정분자(3a)의 배향상태가 제어되는 복수의 화소부를 형성하고 있다. 상기 관찰측 기판(1)의 외면에는, 가시광대역의 실질적인 전체 대역의 파장광에 대해서 미리 정한 투과축의 방향과 평행한 면 내에서 진동하는 광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 노멀 편광판(9)이 배치되어 있다. 상기 반대측 기판(2)의 외면에는, 가시광대역 중의 특정 대역을 제외한 다른 대역의 파장광에 대해서 미리 정한 투과축과 평행한 진동 면 내에서 진동하는 광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 컬러 편광판(10)과, 상기 컬러 편광판(10)의 상기 반대측 기판(2)과 대향하는 면과는 반대면에 배치되고, 상기 관찰측으로부터 입사한 빛을 상기 관찰측으로 반사하는 반사판(11)을 구비하고 있다.

이 실시예의 액정표시소자는 관찰측과는 반대측의 기판(2)의 내면에, 복수의 화소전극(5)을 행방향 및 열방향으로 매트릭스 형상으로 배열시켜서 형성하고, 관찰측 기판(1)의 내면에, 상기 복수의 화소전극(5)의 배열 영역에 대응시켜서 한 장의 막(膜) 형상의 대향전극(4)을 형성한 액티브 매트릭스 액정표시소자이다. 도 1에서는 생략하고 있지만, 상기 복수의 화소전극(5)에 각각 접속된 TFT(박막 트랜지스터)는 상기 반대측 기판(2)의 내면에, 상기 복수의 화소전극(5)에 각각 대응시켜서 배치되어 있다. 각 행의 TFT에 게이트 신호를 공급하기 위한 복수의 주사선과, 각 열(列)의 TFT에 데이터 신호를 공급하기 위한 복수의 신호선은 상기 반대측 기판(2)의 내면에, 상기 TFT에 접속하여 설치되어 있다.

또, 상기 한 쌍의 기판(1, 2)의 내면 각각에는 상기 전극(4, 5)을 덮어 배향막(6, 7)이 형성되고, 이들 배향막(6, 7)의 막면은 각각 미리 정한 방향으로 러빙함으로써 배향 처리가 실시되고 있다.

그리고, 상기 한 쌍의 기판(1, 2)은 상기 복수의 화소전극(5)의 배열 영역을 둘러싸고 형성된 프레임 형상의 밀봉재(8)를 통하여 접합되어 있고, 이들 기판(1, 2) 사이의 상기 밀봉재(8)로 둘러싸인 영역에, 부(負)의 유전이방성을 갖는 네마틱 액정으로 이루어지는 액정층(3)이 봉입되어 있다.

상기 액정층(3)의 액정분자(3a)는 상기 한 쌍의 기판(1, 2)의 근방에 있어서, 이들 기판(1, 2)의 배향처리방향(배향막(6, 7)의 러빙 방향)으로 분자 장축을 향하여 배향하고, 상기 한 쌍의 기판(1, 2) 사이에 있어서, 각각의 기판(1, 2)의 배향처리방향(배향막(6, 7)의 러빙 방향)(1a, 2a)(도 2 참조)의 교차각에 대응한 비틀림각으로 트위스트 배향하고 있다.

또, 상기 노멀 편광판(9)은 그 판면과 평행한 면 내에서 미리 정한 방향으로 투과축(9a)(도 2 참조)을 갖고 있고, 가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서, 상기 투과축(9a)과 평행한 방향의 진동성분의 빛을 투과시키고, 상기 투과축(9a)과 직교하는 방향의 진동성분의 빛을 흡수하는 편광작용을 나타낸다.

상기 컬러 편광판(10)은 그 판면과 평행한 면 내에서 미리 정한 방향으로 투과축(10a)(도 2 참조)을 갖고 있고, 가시광대역 중의 특정 대역을 제외한 다른 대역의 파장광에 대해서, 상기 투과축(10a)과 평행한 방향의 진동성분의 빛을 투과시키고, 상기 투과축(10a)과 직교하는 방향의 진동성분의 빛을 흡수하는 편광작용을 갖으며, 상기 특정 대역의 파장광을 편광시키는 일 없이 투과시킨다. 이 컬러 편광판(10)은 예를 들면, 가시광대역 중의 적색의 파장 대역 이외의 대역의 파장광에 대해서, 투과축(10a)과 평행한 직선편광성분을 투과하며, 상기 투과축(10a)과 직교하는 광성분을 흡수하는 편광작용을 나타내는 편광판이다. 이하, 이 컬러 편광판(10)을 적색 편광판이라고 한다.

그리고, 상기 노멀 편광판(9)은 그 투과축(9a)을, 상기 관찰측 기판(1)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향과 실질적으로 평행 또는 직교하는 방향으 로 향하게 하여 배치되고, 상기 적색 편광판(10)은 그 투과축(10a)을, 상기 반대측 기판(2)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향과 실질적으로 평행 또는 직교하는 방향으로 향하게 하여 배치되어 있다.

도 2는 상기 한 쌍의 기판(1, 2)의 배향처리방향(1a, 2a)과 상기 노멀 편광판(9) 및 적색 편광판(10)의 투과축(9a, 10a)의 방향을 나타내고 있다. 이 실시예에서는, 상기 관찰측 기판(1)의 배향처리방향(1a)과 상기 반대측 기판(2)의 배향처리방향(2a)을 실질적으로 90°의 각도로 교차시켜 배치하고 있다. 상기 액정층(3)의 액정분자(3a)는 한 쌍의 기판(1, 2) 사이에 있어서, 이들 기판(1, 2) 사이에 있어서의 분자 배열의 비틀림 방향을 도 2에 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, 실질적으로 90°의 비틀림각으로 트위스트 배향하고 있다.

이 액정층(3)의 액정의 굴절률 이방성Δn과 액정층두께d와의 곱Δnd의 값은, 상기 액정분자(3a)가 한 쌍의 기판(1, 2) 사이에 실질적으로 90°의 비틀림각으로 트위스트 배향한 초기 배향상태에 있어서, 가시광대역의 중간 파장 대역 중의 중간 파장인 550㎚를 기준으로 하여, 상기 550㎚의 파장의 직선편광을 실질적으로 90°회전시키는 값으로 설정되어 있다.

그리고, 이 실시예에서는, 상기 노멀 편광판(9)과 적색 편광판(10)을, 각각의 투과축(9a, 10a)을 실질적으로 서로 직교시키고, 또한 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)을 상기 관찰측 기판(1)의 배향처리방향(1a), 즉 관찰측 기판(1)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향과 실질적으로 평행하게 하고, 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)을 상기 반대측 기판(2)의 배향처리방향(2a), 즉 반대측 기 판(2)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향과 실질적으로 평행하게 하여 배치하고 있다.

그리고, 이 액정표시소자는 상기 반대측 기판(2)과 상기 적색 편광판(10)과의 사이에 배치되고, 투과광을 확산시키는 확산층(12)을 구비하고 있다.

이 액정표시소자는 그 사용 환경의 빛인 외광을 이용하는 반사 표시를 실행하는 것이고, 관찰측으로부터 입사하고, 상기 노멀 편광판(9)과 액정층(3)과 적색 편광판(10)을 투과하여 상기 반사판(11)에 의해 반사되고, 그리고 상기 적색 편광판(10)과 액정층(3)과 노멀 편광판(9)을 투과한 빛을 관찰측에 출사한다.

도 3은 상기 액정표시소자의 하나의 화소부에 있어서의 관찰측으로부터 입사한 빛의 편광상태의 변화를 나타내는 모식도이다. 도 3의 (a)는 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 가장 도복(倒伏)된 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압(실질적으로 0V의 전압)V₁을 인가했을 때의 편광상태의 변화를 나타내고 있다. 도 3의 (b)는 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₂을 인가했을 때의 편광상태의 변화를 나타내고 있다. 도 3의 (c)는 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 수직에 가까운 각도로 상승 배향시키는 전압V₃을 인가했을 때의 편광상태의 변화를 나타내고 있다.

그리고, 이 도 3에서는, 상기 액정층(3)의 Δnd의 값을 가시광대역의 중심 파장인 550㎚(녹색)의 파장을 기준으로서 설정했을 때, 상기 액정층(3)에 있어서의 복굴절 작용의 파장 의존성에 의해서 생기는, 녹색 대역의 빛의 편광상태에 대한 적색 대역 및 청색 대역의 광의 편광상태의 어긋남도 모식적으로 나타내고 있다.

도 3의 (a), (b), (c)에서 각각 나타내는 바와 같이, 상기 액정표시소자에 관찰측으로부터 입사한 비편광의 백색광W₀은 상기 노멀 편광판(9)의 편광작용에 의해, 이 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 직선편광W₁이 되어 액정층(3)에 입사한다.

우선, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 가장 도복된 실질적인 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압V₁을 인가했을 때의 각 부의 편광상태를 설명한다. 도 3의 (a)와 같이, 상기 액정층(3)에 입사한 백색의 직선편광W₁이 상기 액정층(3)의 복굴절 작용에 의해 실질적으로 90°선광된다.

즉, 상기 액정층(3)에 입사한 백색의 직선편광W₁ 중의 중간 파장 대역의 파장광, 즉 녹색의 빛은 실질적으로 90°선광되어 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)과 평행한 방향으로 편광면을 가진 직선편광G₁이 되어 상기 액정층(3)으로부터 출사한다. 상기 중간 파장 대역보다도 단파장 대역인 파장광, 즉 청색의 광과, 상기 중간 파장 대역보다 장파장 대역인 파장광, 즉 적색의 빛은 각각, 상기 녹색의 직선편광G₁의 편광면에 대해서 서로 반대 방향(관찰측에서 보아 우회전 방향과 좌회전 방향)으로, 상기 액정층(3)의 복굴절 작용의 파장 의존성에 대응한 각도로 어긋난 방향으로 장축 방향이 향한 타원편광B₁, R₁이 되어 상기 액정층(3)으로부터 출사한다.

이 경우, 상기 청색과 적색의 타원편광B₁, R₁은 각각의 장축의 어긋남 및 단축(短軸)의 길이가 극히 약간이기 때문에, 상기 녹색의 직선편광G₁과 편광면을 실질적으로 평행한 직선편광이라고 간주할 수 있다.

상기 액정층(3)에 의해 선광된 상기 녹색, 청색, 적색의 각 색의 광G₁, B₁, R₁은 상기 적색 편광판(10)에 입사하고, 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)과 평행한 편광면을 가진 녹색의 직선편광G₁과 청색의 타원편광B₁ 중의 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)과 평행한 진동성분의 광B₂와, 상기 적색 편광판(10)을 편광작용을 받지 않는 적색의 타원편광R₁이, 상기 적색 편광판(10)을 투과하여 상기 반사판(11)에 의해 반사된다.

계속해서, 상기 반사판(11)에 의해 반사된 상기 각 색의 광G₁, B₂, R₁은 상기 적색 편광판(10)을 투과하여 상기 액정층(3)에 다시 입사하고, 상기 액정층(3)에 의한 복굴절 작용을 받는다. 즉, 상기 녹색의 직선편광G₁은 편광면이 실질적으로 90°회전한 직선편광G₂가 되고, 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)과 평행한 청색의 직선편광B₂와 상기 적색의 타원편광R₁은 각각, 상기 선광된 녹색의 직선편광G₂의 편광면에 대해서, 서로 반대 방향으로, 상기 액정층(3)의 복굴절 작용의 파장 의존 성에 대응한 각도로 약간 어긋난 타원편광B₃, R₂가 되어 상기 액정층(3)으로부터 출사한다.

상기 액정층(3)을 출사한 상기 각 색의 광G₂, B₃, R₂는 상기 노멀 편광판(9)에 입사하고, 상기 녹색의 직선편광G₂와 상기 청색의 타원편광B₃ 중의 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 진동성분의 광B₄와, 상기 적색의 타원편광R₂ 중의 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 진동성분의 광R₃이 상기 노멀 편광판(9)을 투과하여 관찰측에 출사한다.

이들 청색과 적색의 타원편광B₃, R₂는 상기 관찰측으로부터 입사하고, 상기 액정층(3)으로부터 상기 적색 편광판(10)으로 향해 출사한 상기 청색과 적색의 타원편광B₁, R₁에 비해, 타원의 단축의 길이가 길어진 빛이지만, 이들 타원편광B₃, R₂의 상기 녹색의 직선편광G₂의 편광면과 평행한 진동성분의 빛의 강도는 상기 녹색의 직선편광G₂의 강도에 비해 큰 차이는 없고, 실질적으로 변하지 않는 것으로 간주할 수 있다.

따라서, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 가장 도 따른 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압V₁을 인가했을 때는, 상기 노멀 편광판(9)으로부터 녹색, 청색, 적색의 3색의 광G₂, B₄, R₃의 강도가 실질적으로 동일한 강한 빛이 출사하고, 이들 빛의 혼색에 의해 백색이 표시된다.

이어서, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₂를 인가했을 때의 각부의 편광상태를 설명한다.도 3의 (b)와 같이, 관찰측으로부터 상기 노멀 편광판(9)를 투과하여 상기 액정층(3)에 입사한 백색의 직선편광W₁은 그 녹색, 청색, 적색의 각 색의 빛이 각각, 상기 액정층(3)의 액정분자(3a)의 상승 각에 대응한 복굴절 작용에 의해 타원편광G₁₁, B₁₁, R₁₁이 되어 상기 액정층(3)을 출사한다.

이 녹색, 청색, 적색의 각 색의 타원편광G₁₁, B₁₁, R₁₁은 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같은 전극(4, 5) 사이에 전압V₁을 인가했을 때의 액정층(3)으로부터 출사한 녹색의 직선편광G₁, 및 청색과 적색의 타원편광B₁, R₁에 비해, 장축의 기울기가 다르고, 또 단축 길이가 길어진 타원편광이다.

상기 액정층(3)의 복굴절 작용을 받은 상기 녹색, 청색, 적색의 각 색의 타원편광G₁₁, B₁₁, R₁₁은 상기 적색 편광판(10)에 입사한다. 이 적색 편광판(10)에서는, 상기 녹색의 타원편광G₁₁ 중의 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)과 평행한 진동성분의 광G₁₂와, 상기 청색의 타원편광B₁₁ 중의 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)과 평행한 진동성분의 광B₁₂와, 상기 적색 편광판(10)의 편광작용을 받지 않는 상기 적색의 타원편광R₁₁이 출사하고, 상기 반사판(11)에 의해 반사된다.

따라서, 상기 적색 편광판(10)으로부터 출사하는 광B₁₂와 광G₁₂는은 상기 도 3의 (a)에 나타낸 녹색의 직선편광G₁ 및 청색의 타원편광B₂, R₁보다 광강도가 약한 빛이 된다.

상기 반사판(11)에 의해 반사된 상기 각 색의 광G₁₂, B₁₂, R₁₁은 상기 적색 편광판(10)을 투과하여 상기 액정층(3)에 다시 입사하고, 상기 액정층(3)의 액정분자(3a)의 상승 각에 대응한 복굴절 작용에 따른 타원편광G₁₃, B₁₃, R₁₂가 되어 상기 액정층(3)으로부터 출사한다.

그리고, 상기 액정층(3)으로부터 출사하여, 상기 노멀 편광판(9)에 입사한 각 색의 타원편광G₁₃, B₁₃, R₁₂는 상기 녹색의 타원편광B₁₃ 중의 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 진동성분의 광G₁₄와, 상기 청색의 타원편광B₁₃ 중의 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 진동성분의 광B₁₄와, 상기 적색의 타원편광R₁₂ 중의 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 진동성분의 광R₁₃이 되어, 상기 노멀 편광판(9)으로부터 관찰측에 출사된다.

상기 관찰측에 출사한 녹색, 청색, 적색의 각 색의 빛, 즉 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)과 평행한 직선편광G₁₄, B₁₄, R₁₃은 각각의 강도가 극히 약한 빛이기 때문에, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₂를 인가했을 때는, 빛 의 출사율이 가장 낮아지고, 실질적으로 흑색이 표시된다.

이어서, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 실질적으로 수직으로 배향시키는 전압V₃을 인가했을 때의 각 부의 편광상태를 설명한다. 도 3의 (c)와 같이, 관찰측으로부터 입사하여 노멀 편광판(9)을 투과한 백색의 직선편광W₁은 복굴절 작용을 받지 않고 상기 액정층(3)을 투과하여 상기 적색 편광판(10)에 입사한다. 상기 적색 편광판(10)은 이 백색의 직선편광W₁ 중의 녹색의 빛과 청색의 빛을 흡수하고, 적색의 빛이 상기 적색 편광판(10)을 투과한다.

상기 적색 편광판(10)을 투과한 적색의 직선편광R₂₁은 상기 반사판(11)에 의해 반사되고, 이 적색의 직선편광R₂₁이 상기 적색 편광판(10)과, 상기 액정층(3)과, 상기 노멀 편광판(9)을 순서대로 투과하여 관찰측에 출사한다.

그 때문에, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 실질적으로 수직으로 배향시키는 전압V₃을 인가했을 때는, 상기 적색의 직선편광R₂₁만이 관찰측에 출사하고, 적색이 표시된다.

도 4는 이 실시예의 액정표시소자의 인가전압과 관찰측에 출사하는 녹색, 청색, 적색의 각 색의 광강도의 관계를 나타내고 있다. 이 도면과 같이, 이 실시예의 액정표시소자는 상기 전극(4, 5)사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 가장 도복된 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압V₁을 인가했을 때에 가장 밝아져 백색을 표시하고, 상기 전극(4, 5)사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₂을 인가했을 때에 녹색, 청색, 적색의 3색의 빛의 강도가 가장 낮아져 흑색을 표시한다. 상기 전극(4, 5)사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 실질적으로 수직으로 배향시키는 전압V₃을 인가했을 때에 적색을 표시한다.

이와 같이, 상기 액정표시소자는 한 쌍의 기판(1, 2) 사이의 간극에 봉입되고, 액정분자(3a)가 상기 한 쌍의 기판(1, 2) 사이에 있어서 미리 정한 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층(3)과, 상기 한 쌍의 기판(1, 2)의 상기 액정층(3)에 대향하는 내면에 각각 설치되고, 서로 대향하는 영역에 상기 액정분자(3a)의 배향상태를 제어하기 위한 전압을 인가하는 전극(4, 5)과, 상기 관찰측 기판(1)의 외면에 배치되고, 가시광대역의 실질적인 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판(9)과, 상기 반대측 기판(2)의 외면에 배치되고, 가시광대역 중의 적색의 파장대역 이외의 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 적색 편광판(10)과, 상기 적색 편광판(10)의 상기 반대측 기판(2)과 대향하는 면과는 반대면에 배치되고, 상기 관찰측으로부터 입사한 빛을 상기 관찰측으로 반사하는 반사판(11)을 구비하고 있기 때문에, 백색과 흑색 양쪽과, 상기 적색 편광판(10)에 의한 적색의 착색표시의 3색 표시를 실행할 수 있다.

또, 상기 액정표시소자는 상기 노멀 편광판(9)을 그 투과축(9a)을, 관찰측 기판(1)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향(관찰측 기판(1)의 배향처리방향(1a))과 실질적으로 평행한 방향으로 향하게 하여 배치하고, 상기 적색 편광 판(10)을 그 투과축(10a)을, 반대측 기판(2)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향(반대측 기판(2)의 배향처리방향(2a))과 실질적으로 평행한 방향으로 향하게 하여 배치하고 있기 때문에, 상기 백색과 적색의 표시의 휘도를 높게 할 수 있다.

그리고, 상기 액정표시소자는 상기 액정층(3)의 액정분자(3a)를, 상기 한 쌍의 기판(1, 2) 사이에 있어서 실질적으로 90°의 비틀림각으로 트위스트 배향시키고, 상기 노멀 편광판(9)과 적색 편광판(10)을 각각의 투과축(9a, 10a)을 실질적으로 서로 직교시켜 배치하고 있기 때문에, 상기 백색과 흑색 표시의 콘트라스트를 높게 할 수 있다.

그리고, 상기 노멀 편광판(9)과 적색 편광판(10)은 상기 노멀 편광판(9)의 투과축(9a)을 상기 관찰측 기판(1)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향과 실질적으로 직교시키고, 상기 적색 편광판(10)의 투과축(10a)을 상기 반대측 기판(2)의 근방에 있어서의 액정분자(3a)의 배향 방향과 실질적으로 직교시켜 배치해도 좋다. 그 경우도, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 가장 도복된 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압V₁을 인가함으로써 백색을 표시하고, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₂을 인가함으로써 흑색을 표시하며, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 실질적으로 수직으로 배향시키는 전압V₃을 인가함으로써 적색을 표시할 수 있다.

또, 상기 실시예에서는, 상기 노멀 편광판(9)과 적색 편광판(10)을, 각각의 투과축(9a, 10a)을 실질적으로 서로 직교시켜 배치하고 있지만, 상기 노멀 편광판(9)과 적색 편광판(10)을, 각각의 투과축(9a, 10a)을 실질적으로 서로 평행하게 배치해도 좋다.

도 5는 상기 노멀 편광판(9)과 상기 적색 편광판(10)을, 각각의 투과축(9a, 10a)을 실질적으로 서로 평행하게 배치한 다른 실시예의 액정표시소자의 인가전압과 관찰측에 출사하는 녹색, 청색, 적색의 각 색의 광강도의 관계를 나타내고 있다. 이 실시예의 액정표시소자는 도 5와 같이, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 가장 도복된 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압V₁₁을 인가했을 때에 적색을 표시하고, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₁₂를 인가했을 때에 흑색을 표시하고, 상기 전극(4, 5) 사이에, 액정분자(3a)를 기판(1, 2)면에 대해서 실질적으로 수직으로 배향시키는 전압V₁₃을 인가했을 때에 백색을 표시한다.

그리고, 상기 실시예의 액정표시소자는 컬러 편광판으로서 적색 편광판을 구비한 것이지만, 상기 컬러 편광판은 적색 편광판에 한정되지 않고, 녹색 또는 청색 등의 다른 색의 편광판이라도 좋고, 예를 들면 녹색 편광판을 구비함으로써, 백색과 흑색의 양쪽과, 상기 컬러 편광판에 의한 녹색의 착색표시와의 3색 표시를 실행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자는 미리 정한 간극을 설치하여 대향 배치된 관찰측과 그 반대측의 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 봉입되고, 액정분자가 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 미리 정한 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과, 상기 한 쌍의 기판의 상기 액정층에 대향하는 내면에 각각 설치되고, 서로 대향하는 영역에, 상기 액정분자의 배향상태를 제어하기 위한 전압을 인가하는 전극과, 상기 관찰측 기판의 외면에 배치되고, 가시광대역의 실질적인 전체 대역의 파장광에 대해서, 미리 정한 투과축의 방향과 평행한 면 내에서 진동하는 광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 노멀 편광판과, 상기 반대측 기판의 외면에 배치되고, 가시광대역 중의 특정 대역을 제외한 다른 대역의 파장광에 대해서, 미리 정한 투과축과 평행한 진동면 내에서 진동하는 광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 컬러 편광판과, 상기 컬러 편광판의 상기 반대측 기판과 대향하는 면과는 반대면에 배치되고, 상기 관찰측으로부터 입사한 빛을 상기 관찰측으로 반사하는 반사판을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 액정표시소자에 있어서, 상기 노멀 편광판은 그 투과축을, 관찰측 기판의 근방에 있어서의 액정분자의 배향 방향과 실질적으로 평행하는 방향으로 향하게 하여 배치되고, 컬러 편광판은 그 투과축을, 반대측 기판의 근방에 있어서의 액정분자의 배향 방향과 실질적으로 평행하는 방향으로 향하게 하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 액정층의 액정분자는 한 쌍의 기판 사이에 있어서 실질적으로 90° 의 비틀림각으로 트위스트 배향하고 있고, 노멀 편광판과 컬러 편광판은 각각의 투과축을 서로, 실질적으로 직교시켜서 배치되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 액정층의 액정분자는 한 쌍의 기판 사이에 있어서 실질적으로 90°의 비틀림각으로 트위스트 배향하고 있고, 노멀 편광판과 컬러 편광판은 각각의 투과축이 서로 실질적으로 평행으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 컬러 편광판은 가시광 파장 대역 중의 적색에 대응하는 파장 대역 이외의 대역의 파장광에 대해서, 투과축과 평행한 직선편광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 편광작용을 가진 적색 컬러 편광판으로 이루어지며, 상기 적색 컬러 편광판에 의해 편광작용을 받지 않는 파장 대역의 적색과, 가시광 파장 대역의 실질적인 전체 대역의 빛의 출사율이 높은 실질적인 백색과, 가시광 파장 대역의 실질적인 전체 대역의 빛의 출사율이 낮은 실질적인 흑색의 3개 색의 표시를 가능하게 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 액정표시소자는 상기 반대측 기판과 컬러 편광판의 사이에, 입사광을 확산하여 출사하는 확산막을 추가로 배치하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 액정표시소자는 미리 정한 간극을 설치하여 대향 배치된 관찰측과 그 반대측의 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 봉입되고, 액정분자가 상기 한 쌍의 기판 사이에 있어서 실질적으로 90˚의 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과, 상기 한 쌍의 기판의 상기 액정층에 대향하는 내면에 각각 설치되고, 서로 대향하는 영역에, 상기 액정분자의 배향상태를 제어하기 위한 전압을 인가하는 전극과, 상기 관찰측 기판의 외면에, 투과축을 관찰측 기판의 근방에 있어서의 액정분자의 배향 방향과 실질적으로 평행하게 배치되고, 가시광대역의 실질적인 전체 대역의 파장광에 대해서, 미리 정한 투과축의 방향과 평행한 면 내에서 진동하는 광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 노멀 편광판과, 상기 반대측 기판의 외면에, 투과축을 반대측 기판의 근방에 있어서의 액정분자의 배향 방향과 실질적으로 평행하게 배치되고, 가시광대역 중의 적색에 대응하는 파장 대역을 제외한 다른 대역의 파장광에 대해서, 투과축과 평행한 직선편광성분을 투과하며, 상기 투과축과 직교하는 광성분을 흡수하는 컬러 편광판과, 상기 컬러 편광판의 상기 반대측 기판과 대향하는 면과는 반대면에 배치되고, 상기 관찰측으로부터 입사한 빛을 상기 관찰측으로 반사하는 반사판을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 액정표시소자의 단면도.

도 2는 상기 액정표시소자의 한 쌍의 기판의 배향처리방향과 노멀 편광판 및 적색 편광판의 투과축의 방향을 나타내는 도면.

도 3은 상기 액정표시소자의 하나의 화소부에 있어서의 관찰측으로부터 입사한 빛의 편광상태의 변화를 나타내는 모식도이며, (a)는 전극 사이에 액정분자를 기판면에 대해서 가장 쓰러진 초기의 트위스트 배향상태로 배향시키는 전압V₁을 인가했을 때의 편광상태의 변화를 나타내고, (b)는 전극 사이에 액정분자를 기판(1, 2)면에 대해서 비스듬하게 상승한 트위스트 배향상태로 배향시키는 중간조 전압V₂를 인가했을 때의 편광상태의 변화를 나타내며, (c)는 전극 사이에 액정분자를 기판면에 대해서 수직에 가까운 각도로 상승 배향시키는 전압V₃을 인가했을 때의 편광상태의 변화를 나타내고 있는 도면.

도 4는 상기 액정표시소자의 인가전압과 관찰측에 입사하는 녹색, 청색, 적색의 각 색의 광강도의 관계를 나타내는 도면.

도 5는 노멀 편광판과 적색 편광판을 각각의 투과축을 실질적으로 서로 평행하게 배치한 다른 실시예의 액정표시소자의 인가전압과 관찰측에 출사하는 녹색, 청색, 적색의 각 색의 광강도의 관계를 나타내는 도면.

※부호의 설명

1: 관찰측 기판 2: 반대측 기판

3: 액정층 3a: 액정분자

4: 대향 전극 5: 화소 전극

6, 7: 배향막 1a, 2a: 배향처리방향

9: 노멀 편광판 9a: 투과축

10: 컬러 편광판(적색 편광판) 10a: 투과축

11: 반사판 12: 확산층

Claims

가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판과,

가시광대역 중의 특정 파장대역을 제외한 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판과,

상기 노멀 편광판과 상기 컬러 편광판 사이에 미리 정해진 간격을 형성하여 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 간격에 봉입되어 액정분자가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 미리 정해진 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과,

상기 제1 기판에서 상기 액정층 측의 면과 상기 제2 기판에서 상기 액정층 측의 면에 각각 형성되고, 상기 액정분자의 배향 상태를 제어하기 위한 전압이 인가되는 전극과,

상기 제2 기판과의 사이에 상기 컬러 편광판이 개재하도록 배치되고, 상기 컬러 편광판을 통과한 광을 상기 컬러 편광판을 향하여 반사하는 반사판을 구비하며,

상기 노멀 편광판은, 그 투과축이 상기 제1 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 평행으로 배치되고,

상기 컬러 편광판은, 그 투과축이 상기 제2 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 평행으로 배치되며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압인 경우 상기 특정 파장대역에 대응한 색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압보다 작은 제2 전압인 경우 흑색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제2 전압보다 작은 제3 전압인 경우, 백색을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판과,

가시광대역 중의 특정 파장대역을 제외한 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판과,

상기 노멀 편광판과 상기 컬러 편광판 사이에 미리 정해진 간격을 형성하여 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 간격에 봉입되어 액정분자가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 미리 정해진 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과,

상기 제1 기판에서 상기 액정층 측의 면과 상기 제2 기판에서 상기 액정층 측의 면에 각각 형성되고, 상기 액정분자의 배향 상태를 제어하기 위한 전압이 인가되는 전극과,

상기 제2 기판과의 사이에 상기 컬러 편광판이 개재하도록 배치되고, 상기 컬러 편광판을 통과한 광을 상기 컬러 편광판을 향하여 반사하는 반사판을 구비하며,

상기 노멀 편광판은, 그 투과축이 상기 제1 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 직교하도록 배치되고,

상기 컬러 편광판은, 그 투과축이 상기 제2 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 직교하도록 배치되며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압인 경우 상기 특정 파장대역에 대응한 색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압보다 작은 제2 전압인 경우 흑색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제2 전압보다 작은 제3 전압인 경우, 백색을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판과,

가시광대역 중의 특정 파장대역을 제외한 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판과,

상기 노멀 편광판과 상기 컬러 편광판 사이에 미리 정해진 간격을 형성하여 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 간격에 봉입되어 액정분자가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 미리 정해진 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과,

상기 제1 기판에서 상기 액정층 측의 면과 상기 제2 기판에서 상기 액정층 측의 면에 각각 형성되고, 상기 액정분자의 배향 상태를 제어하기 위한 전압이 인가되는 전극과,

상기 제2 기판과의 사이에 상기 컬러 편광판이 개재하도록 배치되고, 상기 컬러 편광판을 통과한 광을 상기 컬러 편광판을 향하여 반사하는 반사판을 구비하며,

상기 노멀 편광판은, 그 투과축이 상기 제1 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 평행으로 배치되고,

상기 컬러 편광판은, 그 투과축이 상기 제2 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 직교하도록 배치되며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압인 경우 상기 특정 파장대역에 대응한 색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압보다 큰 제2 전압인 경우 흑색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제2 전압보다 큰 제3 전압인 경우, 백색을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
가시광대역의 전체 대역의 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 노멀 편광판과,

가시광대역 중의 특정 파장대역을 제외한 파장광에 대해서 편광작용을 나타내는 컬러 편광판과,

상기 노멀 편광판과 상기 컬러 편광판 사이에 미리 정해진 간격을 형성하여 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 간격에 봉입되어 액정분자가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 미리 정해진 비틀림각으로 트위스트 배향한 액정층과,

상기 제1 기판에서 상기 액정층 측의 면과 상기 제2 기판에서 상기 액정층 측의 면에 각각 형성되고, 상기 액정분자의 배향 상태를 제어하기 위한 전압이 인가되는 전극과,

상기 제2 기판과의 사이에 상기 컬러 편광판이 개재하도록 배치되고, 상기 컬러 편광판을 통과한 광을 상기 컬러 편광판을 향하여 반사하는 반사판을 구비하며,

상기 노멀 편광판은, 그 투과축이 상기 제1 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 직교하도록 배치되고,

상기 컬러 편광판은, 그 투과축이 상기 제2 기판면에서 액정분자의 배향 방향에 대해 평행으로 배치되며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압인 경우 상기 특정 파장대역에 대응한 색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제1 전압보다 큰 제2 전압인 경우 흑색을 표시하며,

상기 전극 사이에 인가되는 전압이 제2 전압보다 큰 제3 전압인 경우, 백색을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층은 상기 전극 사이에 상기 제3 전압이 인가되는 경우, 녹색에 대응하는 파장광이 상기 액정층을 통과하므로 상기 녹색에 대응하는 파장광이 90°회전하도록 설정되고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 특정 파장대역이 적색에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층은 상기 액정분자가 90°비틀림각으로 트위스트 배향하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층은, 유전율 이방성이 플러스인 액정분자로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 노멀 편광판 측으로부터 입사한 외부 광에 기초하여 반사표시를 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 노멀 편광판의 투과축에 대해 상기 컬러 편광판의 투과축이 직교하도록 배치되고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 노멀 편광판의 투과축에 대해 상기 컬러 편광판의 투과축이 평행하도록 배치되고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.