KR19990023660A - 투사형 액정표시장치 - Google Patents

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KR19990023660A
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오사무 이토
쇼이치 히로타
마사야 아다치
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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관하여, 특히, 고콘트라스트의 투사형 액정표시장치에 관한 것으로서, 고콘트라스트비의 투사형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 해결수단으로서, 액정표시소자와, 그 구동장치와 편광수단을 가진 광학계와, 광원을 구비하고, 상기 액정표시소자(25, 26, 27)는, 반사전극에 접속된 액티브소자를 구비하고, 화소에 인가되는 구동전압은 화소렬마다 극성이 다르고, 액정층은 전극간의 전계방향과 75∼105°로 배향되고 있으며, 액정표시소자와 편광수단(21, 22, 23)과의 사이에 선광자(31, 32, 33)을 가지도록 구성하였다.

Description

투사형 액정표시장치
본 발명은, 액정표시장치에 관하여, 특히, 고곤트라스트의 투사형 액정표시장치에 관한 것이다.
전계복굴절효과를 이용해서 표시를 행하는 투사형 액정표시장치(ECB방식액정프로젝터)는, 저구동전압에 의해 액티브매트릭스구동이 가능하기 때문에, 화소수의 증대와 기판사이즈의 저감이 용이하다고 하는 특징을 가진다.
ECB방식액정프로젝터를 구성하는 액정표시소자, 편광빔스플리터 및 다이크로믹(Dichromic)프리즘은, 상기 액정프로젝터를 소형경량화하기 위해, 이들의 4변이 평행으로 되도록 배치된다.
ECB방식액정프로젝터에서는, 광은 편광으로 되어서 액정표시소자와 광학계를 통과하나, 편광빔스플리터는 진동방향이 4변이 평행인 2개의 직선편광중의 한쪽을 투과하고, 다른쪽을 반사한다. 액정의 배향방향을 편광빔스플리터의 4변과 45°로 설정하면, 편광빔스플리터에 입사하는 광을 상기 2개의 직선편광사이에서 변조할 수 있기 때문에, 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있다. 이때, 액정의 배향방향은 액정표시소자의 화소의 배열방향에 대해서 45°를 이룬다.
ECB방식액정프로젝터에 사용되는 액정표시소자의 사이즈는 대각 1.4인치정도로 소형이기 때문에, 전극간의 간격도 2㎛이하로 극히 좁다. 그 때문에, 화소렬마다 극성이 다른 구동펄스를 인가하는 열마다 반전구동법에 의해 구동을 행했을 경우, 전극간에 강한 전계가 발생한다.
상기 전계에 의해 액정분자는, 그 분자축이 전극간전계의 방향을 향하도록 토크를 받아, 전극간과 그 주위에 액정배향이 혼란해진 부분(전극간도메인(domain))이 발생한다. 전극간 도메인으로부터는 광누설이 발생해서, 암표시의 휘도가 증대하기 때문에, 콘트라스트비가 저하된다.
일본국 특개평 8-334770호 공보에서는, 화소를 액정표시소자의 4변에 대해서 45°경사지게 하고 있다. 그러나, 이 경우에도 전극간도메인은 완전히는 없어지지 않고, 1화소의 1변에 전극간도메인이 발생한다.
금후, ECB방식 액정프로젝터의 화소수는 증대하고, 기판사이즈는 감소하는 경향이 있다. 그에 수반하여 전극간격이 좁아지고, 전극간의 전계강도는 증대해서, 전극간 도메인에 의해 콘트라스트비저하가 심각화한다고 생각된다.
액정표시소자의 화소구성을 바꾸지 않고서 전극간 도메인을 저감하기 위해서는, 액정배향방향을 액정표시소자에 4변에 대해서 평행으로 하지 않으면 안된다. 이때, 고콘트라스트비를 위한 조건(액정의 배향방향과 편광빔스플리터의 4변이 45°를 이루는)을 만족하기 위해서는, 편광빔스플리터를 액정표시소자에 대해서 45°경사지게 하지 않으면 안된다.
45°경사진 상태에서 액정표시소자전체에 광을 입사하기 위해서는, 편광빔스플리터를 그 만큼, 대형화하지 않으면 안된다. 또, 광로전체가 45°경사지기 때문에, ECB방식액정프로젝터전체도 대형화한다.
본 발명의 목적은, ECB방식 액정프로젝터를 소형경량으로 유지한 다음에, 전극간도메인으로부터의 광누설에 의한 콘트라스트비저하를 방지한 ECB방식액정프로젝터의 제공에 있다.
도 1은 본 발명의 액정표시장치의 구성도
도 2는 본 발명의 액정표시소자의 구성도
도 3은 본 발명의 액정표시장치의 선광자(旋光子)의 작용을 표시한 도면
도 4는 본 발명의 액정표시장치의 선광자의 작용을 표시한 도면
도 5는 본 발명의 액정표시장치의 선광자의 작용을 표시한 도면
도 6은 본 발명의 액정표시장치의 광의 편광상태의 변화를 표시한 도면이며, 광원으로부터의 광이 위상판에 입사할 때까지의 과정을 표시한 도면
도 7은 본 발명의 액정표시장치의 광의 편광상태의 변화를 표시한 도면이며, 명(明)표시시에 위상판을 나온광이 편광빔스플리터를 통과할 때까지의 과정을 표시한 도면
도 8은 본 발명의 액정표시장치의 광의 편광상태의 변화를 표시한 도면이며, 암(暗)표시시에 위상판을 나온 광이 편광빔스플리터를 통과할때까지의 과정을 표시한 도면
도 9는 본 발명의 액정표시장치의 액정표시소자의 구성도
도 10은 종래의 액정표시장치에 있어서의 도메인의 발생을 표시한 도면
도 11은 종래의 액정표시장치에 있어서의 도메인(domain)의 발생을 표시한 도면
도 12는 본 발명의 액정표시장치에 있어서의 도메인의 발생을 표시한 도면
도 13은 전극간 전계방향과 배향방향이 이루는 각과 콘트라스트비의 관계를 표시한 도면
도 14는 리타데이션합성치의 어긋남과 콘트라스트비의 관계를 표시한 그래프
도 15는 본 발명의 액정표시장치에 사용하는 선광자의 구조를 표시한 도면
도 16은 본 발명의 액정표시장치에 사용하는 선광자의 구조를 표시한 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 광원 13: 투사렌즈
14: 스크린 20: 쐐기형 유리
41, 71, 75: 투명기판 42: 공통전극
44: 액정층 46: 반사전극
48: MOS소자 49: 실리콘기판
51: 전극간전계 52: 세로방향전계
53: 전극간의 액정분자 54: 전극단부근방의 액정분자
55: 전극중앙부의 액정분자 62: 적색광
63: P편광 64: S편광
65, 69: 편광 72, 74: 배향방향
73: 선광자액정층 76: 지연상축
77: 액정층의 배향방향 80: 전극렬방향
R115, B116, R218, B217: 다이크로익미러
R21, B22, G23: 빔스플리터 R25, B26, G27: 액정표시소자
R31, B32, G33: 선광자 R35, B36, G37: 위상판
d: 층두께 λ: 파장
상기 목적을 달성하는 본 발명의 요지는 다음과 같은 것이다.
[1] 액정표시소자와, 그 구동장치와 편광수단을 가진 광학계와, 광원을 구비한 투사형 액정표시장치에 있어서,
상기 액정표시소자는, 반사전극에 접속된 액티브소자를 구비하고, 화소에 인가되는 구동전압은 화소렬마다 극성이 다르며, 액정층은 전극간의 전계방향과 75∼105°의 각도로 배향되어있고, 액정표시소자와 편광수단과의 사이에 선광자를 가진 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치에 있다.
[2] 상기 액정표시소자의 4변은, 편광수단이 만드는 직선편광의 진동방향에 평행이며, 상기 선광자는 편광수단이 만드는 직선편광을, 액정표시소자의 배향방향에 대해서 45°로 변환하는 상기의 투사형 액정표시장치에 있다.
[3] 상기 액정층은, 그 배향방향이 전극간전계방향과 90°로 배향처리되어 있고, 상기 선광자는 액정표시소자의 반사전극에 의해 반사되어서 편광수단에 입사하는 직선편광의 진동방향을 45°회전하도록 구성되어 있는 상기의 투사형 액정표시장치에 있다.
[4] 상기 선광자는 비틀림구조를 가진 복굴절성매체이며, 비틀림구조의 비틀림각은 45°이고, 편광수단의 근접면에 있어서의 광학적주축방향이 편광수단에 의해 만들어지는 직선편광의 진동방향으로 평행 또는 직교하고 있는 상기의 투사형 액정표시장치에 있다.
[5] 상기 액정표시소자와 선광자와의 사이에 1매이상의 위상판을 가지고, 상기 위상판의 지연상축은 액정층의 배향방향으로 직교 또는 평행이며, n을 정수, λ를 광의 파장으로 하고, 액정층에 임의의 전압 VB를 인가했을 때에, 상기 위상판과 액정층의 리타데이션(retardation)의 합성치가 입사광의 주된, 파장영역의 0.5nλ 에 있어서, 10㎚이내에서 일치하도록 구성되어 있는 상기의 투사형 액정표시장치에 있다.
[6] 입사광의 주된 파장 λ에 있어서, 상기 선광자의 두께 d와 파장 λ에 있어서의 복굴절 △n은, m을 정수로 하면 4d·△n/λ=√(4㎡-1)을 만족하도록 구성되어 있는 상기의 투사형 액정표시장치에 있다.
상기의 본 발명은, 이하의 이유에 의해, 전극간 전계에 의한 액정배향의 혼란이 극히 적게 된다.
도 11은, 종래의 투사형 액정표시장치의 다른 극성의 구동전압이 인가된 2개의 반사전극(46)을 포함한 모식단면도이며, 전극간 도메인의 발생상황을 표시한 도면이다.
액정배향방향(77)은, 전극간전계(51)의 방향에 대해서 평행이다. 또, 단부로부터 떨어진 정상부에서는, 기판평면에 대해서 수직인 세로방향전계(52)가 발생하고, 전극중앙부의 액정분자(55)는 기판평면에 대해서 분자축을 경사지도록 배향을 변화시킨다.
이에 대해서, 전극간에서는 기판평면에 대해서 평행인 전극간전계(51)에 의해, 전극간의 액정분자(53)의 배향방향은, 기판평면에 대해서 평행으로 된다. 또, 전극단부근방의 액정분자(54)의 배향은, 전극간의 액정분자(53)와 전극중앙부의 액정분자(55)와의 영향을 받는다. 전극간의 액정분자(53)와 전극중앙부의 액정분자(55)의 사이의 변형은, 벤드·스프레이형의 변형이다.
도 10은, 종래의 액정표시소자의 평면도이나, 액정층의 배향방향(77)이 전극간전계(51)에 대해서 45°를 이루는 경우이다.
2개의 전극간의 액정분자(53)와, 전극중앙부의 액정분자(55)의 배향상태에 주목하면, 양자사이의 변형은 도 11의 경우와 마찬가지로 벤드·스프레이형의 변형이다.
도 12는, 본 발명의 액정표시장치에 있어서의 도메인의 발생을 표시한 도면이다. 액정층의 배향 방향(77) (지면에 대해서 수직방향)이 전극간전계(51)의 방향에 대해서 90°를 이루는 경우이다.
상기 도 10, 도 11과 마찬가지로 전극간의 액정분자(53)와 전극중앙부의 액정분자(55)의 배향상태에 주목하면, 본 발명에 있어서의 양자사이의 변형은 도 10, 도 11과는 달라 트위스트형의 변형이다.
이와 같이, 액정층의 배향방향을 전극간전계의 방향에 대해서 90°로 설정하므로써, 화소렬간의 전계에 의해 발생한 액정층의 배향혼란과, 정상부와의 사이에서의 액정배향의 변화가 달라져온다. 즉, 벤드·스프레이형의 변형보다도 트위스트형의 변형쪽이 광학특성의 변화가 적고, 그 결과, 전극간 도메인의 분포범위를 저감할 수 있다.
액정층의 배향방향을 상기와 같이 설정했을 경우, 액정의 배향방향은 종래의 배향방향에 비해서 45°회전한다. 이에 수반하여, 편광빔스플리터에 입사하는 편광의 방위도 45°회전한다.
이미 설명한 바와 같이, 고콘트라스트를 얻기 위해서는, 액정표시소자에 입사하는 직선편광의 진동방향을, 액정층의 배향방향에 대해서 45°로 설정하지 않으면 안된다. 광학계의 배치를 종래와 마찬가지로 유지한 다음에, 편광의 방위의 45°회전을 보상하기 위하여, 편광빔스플리터와 액정표시소자의 사이에 선광자를 설치한다. 선광자의 선광각도는 45°로 한다.
선광자에는 광학활성을 원리로 하는 선광자와, 비틀림구조의 도파관을 원리로 하는 선광자이다.
전자는 광의 입사방향에 의하지 않고 편광방위의 회전방향이 일정한데 대해서, 후자는 입사방향이 반대로 되면 편광방위의 회전방향도 역전한다. 즉, 후자는 비틀림구조를 따르도록 해서 편광방위가 회전한다. 어느 선광자를 사용한 경우에도, 선광자의 특성에 맞추어서, 액정표시소자를 설계하면 고콘트라스트비의 표시를 얻을 수 있다.
본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 투사형 액정표시장치의 구성을 도 1에 표시한다. 광원(10)을 발한 자연광을 다이크로익(Dichroic)미러 R115, 다이크로익미러 B116에 의해 R, B, G의 3색에 상당하는 파장대역의 광으로 분광하고, 각각 다른 광로에 인도한다. 각 파장의 광을 편광빔슬리터 R21, B22, G23에 의해 2개의 직선편광으로 분리하고, 그 중의 한쪽을 액정표시소자 R25, B26, G27에 인도한다.
액정표시소자 R, B, G와 편광빔스플리터 R, B, G의 사이에, 편광빔스플리터 R, B, G쪽으로부터 순서대로 선광자 R31, B32, G33과 위상판 R35, B36, G37을 각각 설치한다.
계면반사의 영향을 저감하기 위해, 선광자R, B, G와 위상판 R, B, G는 쐐기형유리(20)를 사용해서, 그 평면법선방향을 광입사방향에 대해서 경사지게 배치한다. 액정표시소자 R, B, G에 의해 반사된 광은, 재차 편광빔스플리터 R, B, G에 입사하고, 2개의 직선편광으로 분리한다. 그중의 한쪽을 다이크로익미러 R218, 다이크로익미러 B217에 인도하고, 각 파장광의 광로를 통합한다. 그후, 투사렌즈(13)를 통과해서 스크린(14)에 투영한다.
본 발명의 액정표시소자의 모식단면도를 도 2에 표시한다. 실리콘기판(49)의 액정층(44)에 근접하는 면상에는, MOS(Metal Oxide Semiconductor)소자(48)를 구비하고, 있다. 개개의 MOS소자는 반사전극(46)에 접속되어 있다.
위쪽의 투명기판(41)은 저열팽창정의 붕규산유리이며, 액정층(44)에 근접하는 면상에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 공통전극(42)을 구비하고 있다. 액정층(44)은 균일배향(Homogeneous alignment)이며, 그 층두께는 3.5㎛, 전압무인가시의 액정층의 리타데이션(△n·d)은, 파장 550㎚에 있어서 290㎚이다.
액정층(44)의 배향방향은, 도 9에 표시한 전극렬방향(80)에 평행으로 했다. 이 배향방향은, 전극간 전계방향에 대해서, 수직으로 된다.
선광자의 구성과 그 작용을 도 3∼도 5에 표시한다. 선광자는 TN(Twisted Nematic)형의 액정표시소자이며, 2개의 투명기판(71),(75)과, 이것에 끼워유지된 액정층(선광자액정층(73))에 의해 구성되고, 그 트위스트각은 45°이다. 이 선광자액정층(73)의 투명기판(71)쪽의 배향방향(72)은, 다이크로익프리즘(Dichroic Prism)에 근접하는 쪽에서 다이크로익프리즘의 4변에 평행이고, 선광자액정층(73)의 투명기판(75)쪽의 배향방향(74)은, 액정표시소자의 4변과 45°가 된다.
상기 선광자는, 입사하는 광의 주된 파장영역에 있어서 도파관의 조건을 만족한다. 즉, 도 3에 표시한 바와 같이, 입사편광(일반적으로는 타원편광)의 타원율을 유지한 후에, 타원의 긴축을 비틀림방향으로 45°회전한다.
진동방향이 배향방향에 평행인 직선편광이 입사한 경우에는, 도 4에 표시한 바와 같이, 출사쪽의 배향방향(74)에 진동방향이 평행인 직선편광으로 변환한다. 또, 진동방향이 배향방향에 수직인 직선편광이 입사한 경우에는, 도 5에 표시한 바와 같이, 진동방향이 출사쪽의 배향방향(72)에 수직인 직선편광으로 변환한다.
도파관의 조건은, 예를 들면, J. Phys. D:Appl. Phys. Vo1. 8, (1975)의 1575∼1584P의 C.H.Gooch와, H. A. Tarry등에 의한 논문에 기재되어 있다. 즉, 파장 λ의 광을 도파관에 의해 45°만큼 선광하기 위해서는, 선광자액정층(73)의 층두께 d, 파장 λ에 있어서의 복굴절 △n을 식[1]을 만족하도록 설정하면 된다.
4d·△n/λ=√(4㎡-1) … [1]
여기서, m은 임의의 정수이다.
선광자 R, B, G의 d와 △n은, 이들에게 입사하는 광의 파장대역의 중심파장에 의해 식[1]을 만족하도록 설정한다. 또는, 입사광의 파장대역중에서 광의 강도가 최대가 되는 파장에 의해 식[1]을 만족하도록 설정한다.
여기서는 전자의 방법을 채용하여, R, G, B에 상당하는 파장대역의 광의 중심파장인 650㎚, 550㎚, 450㎚에 의해 식[1]을 만족하도록 설정하였다. 즉 m=4로 해두고, 선광자 R, G, B의 △n·d를 각각의 파장에 의해 903㎚, 765㎚, 626㎚가 되도록 설정하였다.
본 발명의 투사형액정표시장치의 표시원리를, 액정표시소자 R에 입사하는 광로를 예로해서 이하에 설명한다.
도 6에 표시한 바와 같이, 광원을 발한 자연광의 백색광(61)은, 다이크로익미러 R115에 의해 분광되고, R의 파장영역의 광인 적색광(62)이 편광빔스플리터(21)를 향하여, P편광(63)과 S편광(64)으로 분해된다.
편광빔스플리터R21은, P편광의 진로를 90°바꾸지만, S편광의 진로는 바꾸지 않는다. 그 때문에, S편광만이 선광자 R31쪽을 향한다. S편광(64)의 진동방향은, 편광빔스플리터 R21쪽의 선광자액정층의 배향방향(72)에 대해서 평행이다. 그 때문에, 선광자 R31을 통과한 편광(65)의 진동방향은, 상기 선광자 R31의 비틀림방향으로 45°회전하고 있다. 따라서, 위상판R35에 입사하는 편광(65)의 진동방향은, 위상판 R35의 지연상축(76)과 45°의 각도를 이룬다.
위상판 R35를 출사한 광은, 액정표시소자 R25에 입사하고, 반사전극에 의해 반사되어서 재차 위상판 R35를 통과한다. 명표시시에는, 이 과정에 있어서 광은 1/2파장에 상당하는 위상차가 부여되어, 진동방향이 90°회전한다. 명표시시에는 광은 실질상 위상차가 부여되지 않고, 진동방향이 유지된다.
명표시시에 위상판 R35를 출사한 광의 편광상태의 변환을 도 7에 표시한다. 명표시시에 위상판 R35를 출사한 광(직선편광)의 진동방향은, 위상판 R35쪽의 선광자 액정층의 배향방향(74)에 대해서 직교하고 있다. 그 때문에, 그 진동방향은 편광자투과시에는 선광자의 비틀림방향으로 45°회전하고, P편광(63)이 되어서 편광빔스플리터R21을 향한다.
편광빔스플리터R21은, P편광(63)의 진로를 90°바꾸어서 다이크로믹미러 R218, 또는 투사렌즈의 방향으로 인도하기 때문에 명표시를 얻을 수 있다.
명표시시에, 액정표시소자 R을 출사한 광의 편광상태의 변환을 도 8에 표시한다. 암표시시에 위상판 R35를 출사한 광(직선편광)의 진동방향은, 위상판R35쪽에서는 선광자액정층의 배향방향(72)에 대해서 평행이다. 그 때문에 그 진동방향은 편광자투과시에는 선광자 R31의 비틀림방향으로 45°회전하고, S편광이 되어서 편광비스플리터 R21을 향한다.
편광빔스플리터 R21은 S편광(69)의 진로를 바꾸지 않고, 다이크로믹미러 R115의 방향을 향하여(다이크로믹미러 R218에는 향하지 않으므로), 암표시를 얻을 수 있다.
암표시시에 위상판을 출사한 광(직선편광)의 진동방향이 유지되고, 암표시시의 휘도를 저감하여 높은 콘트라스트비를 얻기 위하여, 암표시에 있어서 위상판과 액정층의 리타데이션의 합성치를 0㎚로 한다. 위상판의 리타데이션을 암표시시에 있어서의 액정층의 라타데이션과 동등하게 설정하고, 또한, 위상판의 지연상축과 액정층의 배향방향이 직교하도록 배치한다. 이것을 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 암표시를 행하기 위한 인가전압을 1.3V로 정한다. 이때의 액정표시소자 R, G, B의 액정층의 리타데이션은, 전압을 인가하지 않은 때의 0.78배, 즉 파장 550㎚에 있어서 226㎚이다.
위상판에는, 리타데이션의 파장의존성의 액정층에 가까운 폴리카보네이트제의 위상판을 사용한다. 파장550㎚에 있어서의 리타데이션을 1로하면, 파장 450㎚에 리타데이션은, 액정층에서는 1.053, 폴리카보네이트제위상판에서는 1.071이다. 또, 파장 650㎚에 있어서의 리타데이션은, 액정층에서는 0.968, 폴리카보네이트제 위상판에서는 0.960이다.
R에 상당하는 파장대역의 광의 중심파장은 650㎚이기 때문에, 위상판 R의 리타데이션은, 650㎚로 액정표시소자 R의 액정층의 그것과 일치하도록 설정한다. 마찬가지로, G.B에 상당하는 파장대역의 광의 중심파장은 각각 550㎚, 450㎚이기 때문에, 위상판 G, B의 리타데이션은 각각 550㎚, 450㎚로 액정표시소자 G, B의 액정층의 그것과 일치하도록 설정한다.
이상과 같이 해서, 위상판 R, G, B의 파장 550㎚에 있어서의 리타데이션은, 각각 228㎚, 226㎚, 222㎚가 되도록 설정하였다.
이상과 같이 작성한 액정표시장치를 열마다 반전구동법에 의해 구동하였다. 그 표시특성을 스크린상에서 측정했던 바, 콘트라스트비는 100:1이상이고, 명표시부의 표면휘도는 180cd/㎡였다.
이와 같이 액정층의 배향방향을, 전극간 전계방향에 대해서 수직으로 되도록 설정하고, 또한, 화소렬과 편광빔스플리터의 4변을 평행으로 배치하여, 선광자를 사용해서 편광빔스플리터를 출사하는 직선편광의 진동방향편광을 45°회전하고, 액정층의 배향방향과 45°로 설정하므로써, 열마다 반전구동을 사용해도 도메인의 발생을 억제할 수 있고, 100:1이상의 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.
또한, 상기 실시예에서는, 액정의 층구조를 균일배향(Homogeneous alignment)으로 했으나, 이것에 한정되지 않고 비틀림을 가진 층구조로 해도, 편광판에 근접하는 쪽의 액정배향방향을 기준으로 해서 위상판지연상축, 편광판투과축을 결정하므로써 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[실시예 2]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 비틀림구조를 가진 고분자적층필름으로 바꾸었다. 상기 고분자적층필름은, 4매의 위상판의 적층체이고, 각 위상판은 어느 것이나 모두 폴리카보네이트제이며, 파장 550㎜에 있어서의 △n·d는 어느 것이나 모두 275㎚이다.
4매의 위상판의 지연상축은 어느 것이나 실시예 1의 선광자액정층의 2개의 배향방향((72),(74))의 사이에 위치한다. 4매의 위상판중 가장 액정표시소자에 가까운 위상판은, 그 지연상축이 액정표시소자의, 배향방향과 5,6도를 이루도록 배치하였다.
마찬가지로해서, 상기의 액정표시소자로부터 2번째, 3번째, 4번째의 각각의 위상판은, 이들의 지연상축이 액정표시소자의 배향방향과 각각 16.9°, 28.1°, 39.4°가 되도록 배치하였다.
이것을 열마다 반전구동법에 의해 구동하고, 그 표시특성을 스크린상에서 측정했던 바, 100:1이상의 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 액정층의 배향방향을 바꾸어서 수종류의 액정표시장치를 제작하고, 그들의 표시특성을 측정하였다. 또한, 액정층의 배향방향을 바꾸는 동시에 선광자의 트위스트각도 바꾸었다.
실시예 1에서는, 편광빈스플리터가 만드는 직선편광과, 액정표시소자의 배향방향이 이루는 각이 90°이기 때문에, 선광자의 트위스트각을 45°로 하였다.
본 실시예에서는, 편광빔스플리터가 만드는 직선편광과, 액정표시소자의 배향방향이 이루는 각을 α°로 하면, 선광자의 트위스트각을 (α-45)°로 하였다. 즉, 편광빔스플리터가 만드는 직선편광을, 액정표시소자입사시에 그 배향방향에 대해서 직선편광의 진동방향이 항상 45°선광하도록 하였다.
각 배향방향에 있어서의 콘트라스트비를 도 13에 표시한다. 가로축은 전극간 전계방향과 배향방향이 이루는 각이다. 각종 실화면을 표시해서, 사용자의 대부분이, 충분한 화질이라고 인식하기 위해서는, 100:1이상의 콘트라스트비가 필요하나, 전극간 전계방향과 배향방향과의 이루는 각이 75∼105°이면 전극간도메인의 영향도 극히 적고, 100:1이상의 콘트라스트비를 얻을 수 있다.
[실시예 4]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 위상판 R, G, B의 리타데이션을 각각 바꾸어서 수종류의 액정표시장치를 작성하고, 그들 액정표시장치의 표시특성을 측정하였다. 즉, 암표시로하는 전압을 인가했을 때의 액정층과 위상판의 리타데이션의 합성치를 바꾼 것이다.
n을 임의의 정수, λ를 위상판과 액정층에 입사하는 광의 주된 파장으로 하면, 위상판과 액정층의 리타데이션의 합성치가 암표시시에 있어서 0.5nλ가 되면 이상적이다. 실시예 1에서는, n=0으로해서 위상판 R, G, B의 리타데이션을 결정하였다.
위상판 R과 액정층R의 리타데이션합성치의 이상치(0㎚)로부터의 어긋남을 △R, 위상판 G와 액정층 G의 그것을 △G, 위상판 B와 액정층 B의 그것을 △B로 하면, 본 실시예에서는 △R=△G=△B가 되도록 위상판 R, G, B의 리타데이션을 바꾸었다.
콘트라스트비의 변화를 측정한 결과를 도 14에 표시한다. 도면에 가로축은 각 위상판과 액정층의 이상치(0㎚)로 부터의 어긋남이다. 여러 가지의 실화면을 표시해서, 사용자의 대부분이 충분한 화질이라고 인식하기 위해서는 100:1이상의 콘트라스트비가 필요하다.
도 14에서, 이상치(0㎚)로부터의 어긋남이 10㎚이하이면 100:1이상의 콘트라스트비가 얻어지는 것을 알게 되었다.
또한, 본 발명의 실시예에 있어서는, 위상판, 편광판에는 유기고분자막을 사용했으나, 무기재료로 위상판, 편광판을 사용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또 액티브소자로서 폴리실리콘 TFT를 사용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[실시예 5]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 비틀림 구조를 가진 고분자적층필름으로 바꾸었다. 상기 고분자적층필름은, 2매의 위상판의 적층체이고, 각 위상판은 어느 것이나 모두 폴리카보네이트제이며, 파장 550㎚에 있어서의 △n·d는 어느 것이나 275㎚이다. 2매의 위상판은, 액정표시소자에 가까운 순서대로 각각 제 1위상판(81), 제 2위상판(82)로 한다.
2매의 위상판의 지연상축은, 어느 것이나 실시예 1의 선광자액정층의 2개의 배향방향((72),(74))의 사이에 위치한다. 제 1위상판은, 그 지연상축이 액정표시소자의 배향방향과 11.3°를 이루도록 배치하였다. 마찬가지로 해서, 제 2위상판은, 그 지연상축이 액정표시소자의 배향방향과 33.8도를 이루도록 배치하였다. 각 위상판의 지연상축의 방위를 도 16에 표시하였다.
이것을 열마다 반전구동법에 의해 구동하고, 그 표시특성을 스크린상에서 측정하였던 바, 100:1이상의 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.
[실시예 6]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 비틀림구조를 가진 고분자필름으로 바꾸었다. 상기 고분자필름은, 콜레스테릭상을 표시한 고분자액정이며, 붕규산유리를 기판으로해서 형성되어 있다. 붕규산유리에 근접하는 면에 있어서의 고분자액정의 배향방향을 규정하기 위하여, 붕규산유리와 상기 고분자액정의 사이에는 폴리이미드계 유기고분자로 이루어진 배향막이 형성되어 있다. 상기 배향막은, 러빙법에 의해 배향처리되어 있다.
이것이외에도, 기판에는 투명한 유리고분자필름을 사용할 수 있다. 또, 배향막에는, 광배향성의 유기고분자막을 사용할 수 있다.
상기 고분자필름은, 이하에 설명하는 방법에 의해 형성하였다. 상기 고분자액정을 용제에 용해해서 용액으로 하고, 이것을 스핀코트법에 의해 상기 배향막상에 막형상으로 형성하였다. 가열해서 용제를 제거한 후, 또 가열해서 콜레스테릭상을 표시한 온도로 하였다. 전체면에 걸쳐서 균일한 콜레스테릭상으로 된 것을 확인한 후에 서서히 냉각하고, 콜레스테릭상에 있어서의 비틀림배향을 유지한 그대로 실온으로 되돌렸다.
상기 고분자액정은, 예를 들면 옆사슬에 부제탄소(不齊炭素)를 가진 기와, 액정성을 표시한 메조겐기를 가진 옆사슬형의 고분자액정이어도 된다.
상기 고분자액정중의 부제탄소를 가진기와 메조겐기의 비율을 바꾸므로써, 상기 고분자액정의 복굴적과 비틀림피치를 최적화하였다. 상기 고분자액정의 막두께를 조절하므로써 상기 고분자액정의 트위스트각을 45°로 하고, 또 상기 고분자액정의 층두께 d, 파장 λ에 있어서의 복굴절 △n이 식[1]을 만족하도록 설정하였다.
이것을 열마다 반전구동법에 의해 구동하고, 그 표시특성을 스크린상에서 측정했던 바, 100:1이상의 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.
[실시예 7]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 비틀림구조를 가진 고분자필름으로 바꾸었다. 상기 고분자필름은, 광중합성의 액정분자와 선광성물질과 중합개시제의 혼합물로 이루어지고, 붕규산유리를 기판으로해서 형성되어 있다. 붕규산유리에 근접하는 면에 있어서의 광중합성액정분자의 배향방향을 규정하기 위해, 붕규산유리와 상기 고분자액정의 사이에는 폴리이미드계 유기고분자로 이루어진 배향막이 형성되어 있다. 상기 배향막은, 러빙법에 의해 배향처리되고 있다.
이 이외에도 기판에는 투명한 유기고분자필름을 사용할 수 있다. 또, 배향막에는, 광배향성의 유기고분자막을 사용할 수 있다.
상기 고분자필름은, 이하에 설명하는 방법에 의해 형성하였다. 광중합성액정분자와 선광성물질과 중합개시제를 용제에 용해해서 용액으로하고, 이것을 스핀코트법에 의해 상기 배향막상에 막형상으로 형성하였다. 가열해서 용제를 제거한 후, 또 가열해서 콜레스테릭상을 표시하는 온도로 하였다. 전체면에 걸쳐서 균일한 콜레스테릭상이 된 것을 확인한 후에 자외선을 조사하고, 광중합성액정분자를 중합하였다. 콜레스테릭상과 마찬가지의 비틀림배향을 가진 고분자로 하였다.
광중합성액정분자는, 예를 들면 분자의 단부에 아크릴기를 가진 액정분자라도 된다. 혹은 또, 분자의 양단부에 아크릴기를 가진 액정분자라도 된다.
광중합성액정분자와 선광성물질의 혼합비를 바꾸므로써, 상기 고분자필름의 복굴절과 비틀림피치를 최적화하였다. 상기 고분자필름의 막두께를 조절하므로써 상기 고분자액정의 트위스트각을 45°로 하고, 또 상기 고분자액정의 층두께 d, 파장 λ에 있어서의 복굴절 △n이 식 [1]을 만족하도록 설정하였다.
이것을 열마다 반전구동법에 의해 구동하고, 그 표시특성을 스크린상에서 측정했던 바, 100:1이상의 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.
[비교예 1]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 제외하고, 액정표시소자 R, G, B의 액정층의 배향방향을, 전극렬방향과 45°로 하였다. 이것에 수반하여, 위상판의 지연상축방향도 액정층의 배향방향과 직교하는 관계를 유지하도록 실시예 1의 배치로부터 45°만큼 회전시켰다.
이것을 열마다 반전구동법에 의해 구동하고, 그 표시특성을 스크린상에서 측정하였던 바, 콘트라스트비는 34:1이었다.
이상과 같이, 액정층의 배향방향을 전극의 열방향에 대해서 45°로 함으로써, 열마다 반전구동법을 사용하면 도메인이 발생하고, 콘트라스트비가 저하하였다.
[비교예 2]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 제외하고, 액정표시소자 R, G, B의 액정층의 배향방향을, 전극렬방향과 90°를 이루도록 하였다. 이것에 수반하여, 위상판의 지연상축방향도, 액정층의 배향방향과 직교하는 관계를 유지하도록, 실시예 1의 배치로부터 90°만큼 회전시켰다. 이때의 액정층의 배향방향은 전극렬간의 전계 방향에 평행으로 된다.
이것을 열마다 반전구동법에 의해 구동하고, 그 표시특성을 스크린상에서 측정하였던 바, 콘트라스트비는 37:1이었다.
이상과 같이, 액정층의 배향방향을 전극의 열방향에 대해서 90°로 함으로써, 열마다 반전구동법을 사용하면 도메인이 발생하고, 콘트라스트비가 저하하였다.
[비교예 3]
실시예 1의 액정표시장치에 있어서, 선광자 R, G, B를 제외하고, 액정표시소자 R, G, B와 위상판 R, G, B를 45°회전해서 설치하였다. 또, 이때의 액정표시소자 R, G, B의 전체화상을 표시할 수 있도록, 편광빔스플리터 R, G, B와 다이크로익미러 R1, R2, B1, B2의 크기를 최적화하였다.
그 결과, 스크린상의 화상은 45°회전하였다. 또, 편광빔스플리터 R, G, B와 다이크로익미러 R1, R2, B1, B2는, 그 크기가 1.5배이상, 무게에서는 3배이상으로 되었다.
본 발명에 의하면, 고콘트라스트비의 반사형 액정표시장치를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 액정표시소자와, 그 구동장치와 편광수단을 가진 광학계와, 광원을 구비한 투사형 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정표시소자는, 반사전극에 접속된 액티브소자를 구비하고, 화소에 인가되는 구동전압을 화소렬마다 극성이 다르고, 액정층은 전극간의 전계방향과 75∼105°의 각도로 배치되어 있고, 액정표시소자와 편광수단과의 사이에 선광자를 가진 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액정표시소자의 4변은, 편광수단이 만드는 직선편광의 진동방향에 평행이고, 상기 선광자는 편광수단이 만드는 직선편광을, 액정표시소자의 배향방향에 대해서 45°로 변환하는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 액정층은, 그 배향방향이 전극간 전계방향과 90°로 배향처리되어 있고, 상기 선광자는 액정표시소자의 반사전극에 의해 반사되어서 편광수단에 입사하는 직선편광의 진동방향을 45°회전하도록 구성되고 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 선광자는 비틀림구조를 가진 복굴절성매체이고, 비틀림구조의 비틀림각은 45°이고, 편광수단의 근접면에 있어서의 광학적주축방향이 편광수단에 의해 만들어지는 직선편광의 진동방향에 평행 또는 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 액정표시소자와 선광자와의 사이에 1매이상의 위상판을 가지고, 상기 위상판의 지연상축은 액정층의 배향방향에 직교 또는 평행이고, n을 정수, λ를 광의 파장으로 하여, 액정층에 임의의 전압 VB를 인가했을 때에, 상기 위상판과 액정층의 리타데이션의 합성치가 입사광의 주된 파장영역의 0.5nλ에 있어서 10㎚이내에서 일치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서, 입사광의 주된 파장 λ에 있어서, 상기 선광자의 두께 d와 파장 λ 에 있어서의 복굴절 △n은, m을 정수로하면 4d·△n/λ=√(4㎡-1)을 만족하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  7. 광학계와, 광원을 가진 액정표시장치에 있어서,
    상기 광학계는 액정표시소자와, 그 액정표시소자를 구동하는 구동수단과, 상기 액정표시소자와 상기 광원과의 사이에 형성되어 있는 편광수단과, 상기 편광수단과 상기 액정표시소자의 사이에 형성되어 있는 선광자를 가지고,
    상기 액정표시소자는 1쌍의 기판과 이 1쌍의 기판에 끼워유지되고 있는 액정층을 가지고, 상기 1쌍의 기판의 상기 편광수단에 인접하는 기판에는, 복수의 주사선과 상기 복수의 주사선과 교차하도록 형성되어 있는 복수의 신호선과, 이들의 교차점에 형성되어 있는 액티브소자와 이들 액티브소자에 접속되어 있는 복수의 화소전극과, 상기 액정층에 접하는 면에 형성되고, 상기 복수의 신호선의 연신방향에 대해서 75°이상 105°미만의 각도로 배향되어 있는 배향막을 가진 복굴절제어방식의 액정표시소자인 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
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