KR20000042075A - Display device - Google Patents

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니시무로 타이죠
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Abstract

PURPOSE: A display device is provided to obtain a reflection-type or semitransparent display device which improves the optical using rate and has a high luminance. CONSTITUTION: A fixing delaying layer(12) delays the phase of the inputted light between the deflection plate(11) and a deflection reflecting layer(18). A variable delaying layer(15) delays the inputted light according to the applied voltage. A phase difference plate(25) and a deflection plate(26) are disposed on the rear surface of the deflection reflecting layer(18). The phase difference plate(25) converts the inputted light to a circular plate optical substance which is selectively reflected by the deflection reflecting layer(18). According to the display device, a reflection-type or semitransparent display device which improves the optical using rate and has a high luminance can be obtained.

Description

표시소자Display element

본 발명은 액정표시소자 등의 평판형 표시소자에 관한 것으로, 특히 외광을 이용한 판사형 표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to flat panel display devices such as liquid crystal display devices, and more particularly to a judge type display device using external light.

종래의 반사형 액정표시소자는 외광을 이용하기 때문에, 사용환경에 따라서는 조도(照度) 부족으로 인해 표시화면이 어두워지고, 특히 어두운 장소에서는 전혀 이용할 수 없다.Since the conventional reflective liquid crystal display uses external light, the display screen becomes dark due to lack of illuminance depending on the use environment, and cannot be used at all in a dark place.

한편, 어두운 환경에서는 투과형 액정표시소자로 이용할 수 있도록 외광을 반사하기 위한 반사판으로서 반투과 반사판(반미러(half mirror))을 이용하고, 이 반투과 반사판의 배면에 백라이트(back light)를 구비한 반투과형 표시소자가 응용되어 왔다. 그러나, 반투과 반사판은 입사광의 이용효율이 최대에서도 50%이기 때문에, 표시화면의 밝기는 투과형 표시소자 또는 반사형 표시소자에 비해 현저히 떨어진다.On the other hand, in a dark environment, a transflective plate (half mirror) is used as a reflector for reflecting external light for use as a transmissive liquid crystal display, and a back light is provided on the back of the transflective plate. Semi-transmissive display elements have been applied. However, since the transflective plate has a maximum utilization efficiency of incident light at 50%, the brightness of the display screen is significantly lower than that of the transmissive display element or the reflective display element.

최근, 이러한 문제에 대해 반사판에 화소마다 핀홀을 설치하고, 이 핀홀에 대응한 마이크로렌즈를 배치한 반투과형 액정표시소자가 검토되고 있다. 이 반투과형 액정표시소자에 있어서는, 외광 이용시에는 반사판의 핀홀을 제거한 영역으로 반사한 광을 광원으로서 이용하고, 백라이트 사용시에는 핀홀을 투과한 광을 마이크로렌즈에 의해 집광함으로써, 광의 이용효율을 높이고 있다. 그러나, 외광 이용시에는 핀홀분의 광의 손실이 있기 때문에, 결과적으로 투과형으로서의 사용빈도가 높아 소비전력을 증대시키는 것으로 된다. 또한, 반사판의 구조가 복잡하기 때문에 외부부착의 반사판을 이용할 필요가 있고, 그 결과 시차가 생겨 표시성능을 현저히 저하시킨다.In recent years, the semi-transmissive liquid crystal display element which provided the pinhole for each pixel in the reflecting plate, and arrange | positioned the microlens corresponding to this pinhole is examined by such a problem. In the semi-transmissive liquid crystal display device, when the external light is used, the light reflected from the pinhole of the reflecting plate is removed as a light source, and when the backlight is used, the light that has passed through the pinhole is condensed by a microlens to increase the light utilization efficiency. . However, when external light is used, there is a loss of light in the pinhole, and as a result, the frequency of use as a transmission type is high, resulting in increased power consumption. In addition, since the structure of the reflecting plate is complicated, it is necessary to use an external reflecting plate, and as a result, parallax occurs and the display performance is significantly reduced.

또한, 반사형 액정표시소자의 관찰면측에 도광판을 배치하고, 이 도광판의 측면에 선상(線狀)광원을 배치한 소위 프론트라이트(front light) 방식의 표시소자도 검토되고 있다. 그러나, 프론트라이트 표면에서의 표면반사가 현저하여 콘트레스트(contrast) 등의 표시품위를 현저히 저하시켜 버린다.In addition, a so-called front light display device in which a light guide plate is disposed on an observation surface side of a reflective liquid crystal display element and a linear light source is disposed on the side surface of the light guide plate is also studied. However, the surface reflection on the surface of the front light is remarkable, and the display quality such as contrast is significantly reduced.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 반사형 또는 반투과형 표시소자의 문제점을 새로운 구조로 해결하여 광 이용율을 비약적으로 높인 표시소자를 제공하는 것에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a display device that has dramatically improved light utilization by solving a problem of a conventional reflective or transflective display device with a new structure.

도 1은 본 발명의 제1실시예의 동작을 설명하는 개략 단면도로, (a)는 Von의 상태, (b)는 Voff의 상태를 나타낸 도면,1 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the first embodiment of the present invention, (a) is a state of Von, (b) is a state of Voff,

도 2는 본 발명의 편광반사층의 동작원리를 나타낸 개략 도면,2 is a schematic view showing the principle of operation of the polarizing reflection layer of the present invention,

도 3은 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타낸 일부 평면도,3 is a partial plan view showing a configuration of a first embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 제1실시예의 일부 단면도,4 is a partial cross-sectional view of the first embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 제1실시예의 TFT의 단면도,5 is a sectional view of a TFT of a first embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 일부 단면도,6 is a partial cross-sectional view of another embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 TFT의 단면도,7 is a cross-sectional view of a TFT of another embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 개략 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view illustrating another embodiment of the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

11 --- 편광판, 12 --- λ/4파장판(고정 지연제층),11 --- polarizing plate, 12 --- λ / 4 wavelength plate (fixed retardant layer),

13,14 --- 투명기판, 15 --- 수직배향형 액정층(VA층)(가변 지연제층),13,14 --- transparent substrate, 15 --- vertically aligned liquid crystal layer (VA layer) (variable retardant layer),

16,17 --- 투명 전극층, 18 --- 콜레스텔릭 액정층(편광반사층),16,17 --- transparent electrode layer, 18 --- cholesteric liquid crystal layer (polarization reflecting layer),

21 --- 배면광원, 25 --- 위상차판,21 --- back light source, 25 --- retarder,

26 --- 편광판, 51 --- 위상차판,26 --- polarizer, 51 --- retarder,

52 --- 제2콜레스텔릭 액정필름.52 --- Second cholesteric liquid crystal film.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시소자는, 그 관찰면측으로부터 차례로 제1편광판, 가변 지연제(retarder), 편광반사층, 위상차판, 제2편광판을 적층한 구조인 것을 특징으로 한다. 편광반사층은 그 일주면에 도달하는 입사광중 좌원편광(左圓偏光)성분 또는 우원편광(右圓偏光)성분을 선택반사하고, 나머지 성분을 투과하는 기능을 갖는다.The display device of the present invention for achieving the above object is a structure in which the first polarizing plate, the variable retarder, the polarizing reflection layer, the retardation plate, and the second polarizing plate are sequentially stacked from the observation surface side. . The polarization reflecting layer has a function of selectively reflecting left circularly polarized light component or right circularly polarized light component among incident light reaching the one circumferential surface thereof and transmitting the remaining components.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이 편광반사층(18)을 구성하는 콜레스텔릭 액정(19)이 좌회전의 나선구조를 갖는 경우, 그 주면(18f)측으로부터 입사하는 자연광(Lf)중 좌원편광성분은 주면(18f)로 반사된다. 또한, 입사광중 우원편광성분(L2)은 다른 주면(18b)측에 투과한다. 한편, 다른 주면(18b)으로부터 입사하는 자연광(Lb)중 진행방향에 대해 좌원편광성분은 주면(18b)에서 반사된 광(L2’)으로 된다. 또한, 진행방향에 대해 우원편광성분은 편광반사층(18)을 투과하여 광성분( L1’)으로 된다. 상기와 같이, 콜레스텔릭 액정은 이상적으로는 그 나선방향에 따른 회전방향의 원편광성분을 반사하고, 역회전방향의 원편광성분을 투과하지만, 콜레스텔릭 액정을 박막형성하면, 그 나선방향과 동일한 회전방향의 원편광성분중 10%정도를 투과한다. 따라서, 나선방향과 동일한 회전방향의 원편광성분중 나머지 90%정도가 선택적으로 반사된다.That is, as shown in FIG. 2, when the cholesteric liquid crystal 19 constituting the polarization reflection layer 18 has a spiral structure of left rotation, the left circularly polarized light component of the natural light Lf incident from the main surface 18f side is It is reflected by the main surface 18f. In addition, the right circularly polarized light component L2 is transmitted to the other main surface 18b side of the incident light. On the other hand, the left circularly polarized light component of the natural light Lb incident from the other main surface 18b becomes the light L2 'reflected from the main surface 18b. In addition, the right circularly polarized light component passes through the polarization reflecting layer 18 with respect to the advancing direction to become the light component L1 '. As described above, the cholesteric liquid crystal ideally reflects the circularly polarized light component in the rotational direction along the spiral direction and transmits the circularly polarized light component in the reverse rotation direction, but when the cholesteric liquid crystal is formed into a thin film, the helical direction It transmits about 10% of circularly polarized light component in the same rotation direction as. Thus, the remaining 90% of the circularly polarized light components in the same rotational direction as the spiral direction are selectively reflected.

본 발명의 표시소자에 있어서, 관찰면측으로부터 외광이 입사하면, 편광판의 편광축 방향에 따른 진동방향을 갖는 직선편광성분이 취출되어 가변 지연제에 도달한다. 가변 지연제는 이상적으로는 입사광의 특정방향의 진동성분의 위상을 이것에 직교하는 진동성분에 대해 λ/4(λ: 입사광 파장) 지연시키는 고정 지연제층과, 인가전압에 따라 입사광의 특정방향의 진동성분의 위상을 이것에 직교하는 진동성분에 대해 상대적으로 λ/2 지연시키는 가변 지연제층에 의해 구성된다.In the display element of this invention, when external light enters from an observation surface side, the linearly polarized light component which has a vibration direction according to the polarization axis direction of a polarizing plate is taken out, and reaches a variable retarder. The variable retarder ideally has a fixed retarder layer which delays the phase of the vibration component in the specific direction of the incident light by λ / 4 (λ: incident light wavelength) with respect to the vibration component orthogonal to this, and in the specific direction of the incident light according to the applied voltage. The phase of a vibration component is comprised by the variable retarder layer which delays (lambda) / 2 with respect to the vibration component orthogonal to this.

고정 지연제층으로서는, 예컨대 주지의 λ/4위상차판을 이용할 수 있고, 그 위상축을 편광판의 편광축에 대해 소정방향으로 45°의 각도를 이루도록 배치함으로써 편광판을 투과한 직선편광을 특정한 회전방향을 가진 원편광으로 변환한다. 위상차판의 위상축이 편광판의 편광축에 대해 우회전으로 45°의 각도를 이루도록 배치된 경우, 출사되는 원편광은 우회전의 극성으로 된다. 역으로 지상축(遲相軸)이 편광축에 대해 좌회전으로 45°의 각도를 이루도록 배치하면, 출사되는 원편광은 좌회전의 극성으로 된다.As the fixed retardant layer, for example, a well-known λ / 4 phase difference plate can be used, and the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate is placed in a predetermined rotational direction by arranging the phase axis at an angle of 45 ° with respect to the polarization axis of the polarizing plate. Convert to polarized light. When the phase axis of a retardation plate is arrange | positioned so that it may become an angle of 45 degrees by the right rotation with respect to the polarization axis of a polarizing plate, the circularly-polarized light emitted will become the polarity of a right rotation. Conversely, if the slow axis is arranged so as to form an angle of 45 ° to the left with respect to the polarization axis, the emitted circularly polarized light becomes the polarity of the left rotation.

가변 지연제층으로서는 전압제어에 의해 위상차를 가변할 수 있는 복굴절률(複屈折率)층이면 좋고, 예컨대 부(負)의 유전이방성(誘電異方性)을 갖는 수직배향 호모지니어스(VA) 액정층을 이용한다. VA층에 임계치 이하의 전압(제1전압)이 인가된 상태, 즉 액정층이 기판에 수직인 초기배열을 유지하고 있는 상태에서는 입사광은 위상변조 되지 않은 채로 출사되기 때문에, 원편광의 극성은 그대로 유지된다. VA층에 포화전압 이상의 전압(제2전압)이 인가되어 기판에 수평방향으로 배열하면, 입사광의 특정방향의 진동성분이 이에 직교하는 방향의 진동성분에 대해 λ/2 지연되고, 그 결과 입사한 원편광의 회전방향이 역전된다.The variable retardant layer may be a birefringence layer capable of varying the phase difference by voltage control, for example, a vertically aligned homogeneous (VA) liquid crystal layer having negative dielectric anisotropy. Use Since the incident light is emitted without phase modulation in a state where a voltage (first voltage) below the threshold is applied to the VA layer, that is, the liquid crystal layer maintains an initial array perpendicular to the substrate, the polarization of the circularly polarized light remains as it is. maintain. When a voltage above the saturation voltage (second voltage) is applied to the VA layer and arranged in the horizontal direction on the substrate, the vibration component in the specific direction of the incident light is delayed by λ / 2 with respect to the vibration component in the direction orthogonal thereto. The direction of rotation of the circularly polarized light is reversed.

즉, 본 발명에 있어서 가변 지연제층을 액정으로 구성한 경우, 제1전압 인가시와 제2전압 인가시에서 액정층에 의한 위상지연이 상대적으로 λ/2 발생한다. VA액정을 예로 들면, 제1전압과는 액정이 초기배향상태를 나타내는 전압, 제2전압과는 액정의 배향이 기판에 평행상태로 되는 것을 가리킨다.That is, in the present invention, when the variable retardant layer is formed of liquid crystal, phase delay due to the liquid crystal layer occurs relatively when the first voltage is applied and the second voltage is applied. Taking VA liquid crystal as an example, the first voltage indicates that the liquid crystal exhibits an initial alignment state, and the second voltage indicates that the alignment of the liquid crystal is parallel to the substrate.

더욱이, 선광능(旋光能)이 높은 액정층에서는 원편광의 회전방향을 제어할 수 없기 때문에, 본 발명의 가변 지연제로서는 광의의 소위 ECB형(Electrically Controlled Birefringence mode) 액정을 사용할 수 있다. 트위스티드 네마틱(TN) 액정에서도 트위스트각을 적당한 값으로 하면, 충분한 복굴절기능이 얻어진다.In addition, since the rotation direction of circularly polarized light cannot be controlled in the liquid crystal layer having high linearity ability, a broadly so-called ECB type (Electrically Controlled Birefringence mode) liquid crystal can be used as the variable retardant of the present invention. In the twisted nematic (TN) liquid crystal, when the twist angle is set to an appropriate value, sufficient birefringence function is obtained.

일예로서 편광축에 대해 우회전으로 개략 45°의 각도로 교차하는 지상축을 갖는 제1 λ/4위상차판과, 그 후면에 배치된 수직배향(VA) 액정층, 더욱이 이 VA액정층의 후면에 배치된 좌측으로 뒤틀린 콜레스텔릭 액정층, 그 후면에 배치된 제2위상차판 및, 제2편광판을 이용하여 본원의 표시소자를 구성한 경우, 우선 표시소자의 전면으로부터 제1위상차판에 도달한 직선편광은 우원편광으로 변환되어 출력된다.As an example, a first [lambda] / 4 phase difference plate having a slow axis intersecting at an angle of approximately 45 [deg.] With a right rotation with respect to the polarization axis, a vertically aligned (VA) liquid crystal layer disposed on the rear side thereof, and further disposed on the rear side of the VA liquid crystal layer. When the display device of the present application is constructed using the cholesteric liquid crystal layer twisted to the left, the second phase difference plate disposed on the rear side, and the second polarizing plate, the linearly polarized light reaching the first phase difference plate from the front surface of the display element first It is converted into right circularly polarized light and output.

VA액정층이 제2전압 인가시, 즉 온 상태의 경우, 우원편광은 VA액정층에서 좌원편광으로 변환되어 편광반사층에 도달한다. 그리고, 편광반사층은 도 2의 원리에 따라 좌회전의 편광성분을 선택반사한다. 이 좌원편광은 다시 VA액정층에서 우원편광으로 변환되고, 위상차판에 도달하여 입사 직선편광과 동일한 방향으로 진동하는 직선편광으로서 취출된다. 또한, 표시소자의 배면으로부터의 광은 제2편광판 및 제2위상차판에 의해 편광반사층에 선택반사되는 방향의 원편광성분(상기 예의 경우 좌회전 원편광)으로 변환된다. 이중 10%는 편광반사층을 투과하고, VA액정층에서 우회전의 원편광으로 변환된다. 그리고, 위상차판에 도달하여 입사 직선편광과 동일한 방향으로 진동하는 직선편광으로서 취출된다.When the VA liquid crystal layer is applied with the second voltage, that is, in the on state, the right circularly polarized light is converted from the VA liquid crystal layer to the left circularly polarized light to reach the polarized light reflection layer. The polarized light reflecting layer selectively reflects the polarization component of the left rotation according to the principle of FIG. 2. This left circularly polarized light is converted into right circularly polarized light in the VA liquid crystal layer again and is taken out as a linearly polarized light which reaches the retardation plate and vibrates in the same direction as the incident linearly polarized light. Further, the light from the back of the display element is converted into a circularly polarized light component (left rotation circularly polarized light in the above example) in the direction selectively reflected by the second polarizing plate and the second phase difference plate to the polarization reflecting layer. 10% of them pass through the polarized light reflection layer and are converted into circularly polarized light of right rotation in the VA liquid crystal layer. Then, it is taken out as linearly polarized light which reaches the retardation plate and vibrates in the same direction as the incident linearly polarized light.

한편, VA액정층이 제1전압 인가시, 즉 오프 상태의 경우, 표시소자의 전면으로부터 입사하고, 제1위상차판으로부터 출사되는 우원편광은 그 회전방향을 유지하여 편광반사층에 도달하고, 이면(裏面)으로 투과된다.On the other hand, when the VA liquid crystal layer is applied with the first voltage, that is, in the off state, the right circularly polarized light incident from the front surface of the display element and exiting from the first phase difference plate maintains its rotation direction and reaches the polarized light reflection layer, Permeate through the surface.

그리고, 제2위상차판에 의해 직선편광으로 변환되어 제2편광판에 의해 흡수된다. 또한, 표시소자의 배면으로부터의 좌회전의 편광성분중 10%는 편광반사층 및 VA액정층을 투과하고, 제1위상차판에 의해 제1편광판의 편광축과 직교하는 방향으로 진동하는 직선편광으로 되어 제1편광판에 의해 흡수된다.Then, the light is converted into linearly polarized light by the second phase difference plate and absorbed by the second polarization plate. In addition, 10% of the polarization components of the left rotation from the back of the display element pass through the polarization reflection layer and the VA liquid crystal layer, and become linearly polarized light which vibrates in a direction orthogonal to the polarization axis of the first polarizing plate by the first phase difference plate. Absorbed by the polarizing plate.

그리하여 동일구성의 표시소자에 의해 외광(편광판측으로부터의 입사광)을 이용한 반사형 표시와, 배면광원을 이용한 투과형 표시가 동시에 가능해진다.Thus, by the display element having the same configuration, reflective display using external light (incident light from the polarizing plate side) and transmissive display using a back light source can be simultaneously performed.

더욱이, 위상차판의 지상축이 편광축으로부터 좌회전으로 개략 45°의 각도를 이루도록 배치한 경우, 콜레스텔릭 액정의 트위스트 방향을 우회전 함으로써 동일한 동작을 달성할 수 있다.Further, when the slow axis of the retardation plate is arranged so as to form an angle of approximately 45 ° leftward from the polarization axis, the same operation can be achieved by turning the twist direction of the cholesteric liquid crystal to the right.

배면광원으로서는, 예컨대 아크릴 등의 투과성의 평판으로 이루어진 도광체의 측면에 선상광원을 배치한 면광원을 이용할 수 있다. 도광체의 이면에 산란반사층을 설치함으로써, 편광반사층으로부터 반사된 편광성분은 편광반사층을 투과하기까지 편광반사층과 산란반사층의 사이를 반복하여 반사된다. 따라서, 산란반사층의 흡수분에 의한 손실을 제거하면, 선상광원으로부터의 광의 이용효율을 극히 높일 수 있다.As a back light source, the surface light source which arrange | positioned the linear light source on the side surface of the light guide body which consists of transparent flat plates, such as acrylic, can be used, for example. By providing the scattering reflection layer on the back surface of the light guide, the polarization component reflected from the polarization reflection layer is repeatedly reflected between the polarization reflection layer and the scattering reflection layer until it passes through the polarization reflection layer. Therefore, if the loss by the absorption component of the scattering reflection layer is eliminated, the utilization efficiency of the light from the linear light source can be extremely increased.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 있어서의 표시소자(10)의 구성을 나타낸다. 표시소자의 관찰측에는 편광판(11)이 배치되고, 그 하층에는 λ/4파장판(12)이 배치되어 있다. 그리고, λ/4파장판(12)의 하층에는 2장의 유리기판(13,14)에 의해 사이에 끼워진 수직배향형 액정층(15)을 갖춘 액정소자가 배치되어 있다.1 shows the configuration of the display element 10 in the first embodiment of the present invention. The polarizing plate 11 is arrange | positioned at the observation side of a display element, and the (lambda) / 4 wavelength plate 12 is arrange | positioned at the lower layer. In the lower layer of the? / 4 wavelength plate 12, a liquid crystal element having a vertically aligned liquid crystal layer 15 sandwiched by two glass substrates 13 and 14 is disposed.

그리고, 하측의 유리기판(14)과 전극층(17)의 사이에는 콜레스텔릭 액정을 폴리머화 한 필름(18)이 피착(被着)형성되어 있다. 도 2는 필름(18)에 의해 투과 또는 반사되는 광의 상태를 나타낸다. 필름(18)에 이용되는 콜레스텔릭 액정은 그 액정분자(19)의 뒤틀림 피치(p)와 평균굴절률(n)을 합한 값(np)이 입사광 파장(λ)과 동일한 경우를 상정하고 있다. 이 콜레스텔릭 액정의 액정분자가 좌회전의 나선구조로 되어 있는 경우, 입사한 광(Lf)의 좌원편광성분이 선택반사되고, 나머지의 편광성분은 투과한다. 콜레스텔릭 액정은 상기의 값(np)이 입사광 파장(λ)과 동일한 경우, 그 나선방향(좌회전 또는 우회전)과 동일한 방향(좌회전 또는 우회전)의 원편광성분을 이상적으로는 100% 반사하는 기능을 갖지만, 실제로는 10%정도 투과한다. 하측으로부터 입사한 광(Lb)에 대해서도 마찬가지로 좌원편광성분이 선택반사된다.A film 18 obtained by polymerizing a cholesteric liquid crystal is deposited between the lower glass substrate 14 and the electrode layer 17. 2 shows a state of light transmitted or reflected by the film 18. The cholesteric liquid crystal used for the film 18 assumes the case where the value np of the twist pitch p and the average refractive index n of the liquid crystal molecule 19 is equal to the incident light wavelength λ. When the liquid crystal molecules of this cholesteric liquid crystal have a helical structure of left rotation, the left circularly polarized light component of the incident light Lf is selectively reflected, and the remaining polarized light component is transmitted. The cholesteric liquid crystal has a function of reflecting ideally 100% of the circularly polarized light component in the same direction (left or right) as the helical direction (left or right) when the value np is equal to the incident light wavelength λ. It actually has about 10% penetration. Similarly, the left circularly polarized light component is selectively reflected on the light Lb incident from the lower side.

다시, 도 1을 참조하여 본 실시예의 표시소자(10)의 동작을 설명한다. 도 1의 (a)는 수직배향형 액정층(15)에 전원(20)으로부터 전압이 인가된 온 상태, 정확하게는 액정의 드레숄드 레벨 이상의 전압인가상태(Von시)를 나타낸다. 이 경우, 네마틱 액정분자는 상측기판으로부터 하측기판으로 향해 기판에 수평인 방향으로 배열하는 호모지니어스 배향으로 된다.Again, the operation of the display element 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows an ON state in which a voltage is applied from the power supply 20 to the vertically aligned liquid crystal layer 15, and more precisely, a voltage application state (at Von) above the threshold level of the liquid crystal. In this case, the nematic liquid crystal molecules are in a homogeneous orientation in which the nematic liquid crystal molecules are arranged in a direction parallel to the substrate from the upper substrate to the lower substrate.

이 상태에 있어서, 도면 상방의 관찰측으로부터 입사해 오는 광(Lf)은 편광판(11) 및 고정 지연제층인 λ/4위상차판(12)을 매개로 우회전의 원편광으로서 가변 지연제층인 수직배향형 액정층(VA층: 15)으로 입사한다. 그리고, 이 층(15)에서 위상이 λ/2 지연됨으로써, 좌회전의 원편광으로 변환되어 편광반사층인 콜레스텔릭 액정층(18)에 도달한다. 따라서, 상술한 바와 같이 도달한 좌회전의 원편광은 콜레스텔릭 액정층(18)에 의해 반사되고, 다시 VA층(15)에 의해 위상이 λ/2 지연됨으로써 우회전의 원편광으로 변환되어 출력된다. 이 광이 다시 λ/4위상차판(12)을 통과함으로써, 편광판(11)의 편광축에 따른 직선편광으로 되고, 편광판(11)을 통과하여 출력되고, 밝은 상태의 표시가 얻어진다.In this state, the light Lf incident from the observation side above the drawing is a vertically aligned circularly polarized light that is a variable retardant layer as a right polarization via the polarizing plate 11 and the λ / 4 phase difference plate 12 which is a fixed retardant layer. It enters into a type | mold liquid crystal layer (VA layer: 15). The phase is delayed in the layer 15 by λ / 2, thereby converting to left circularly polarized light and reaching the cholesteric liquid crystal layer 18 which is a polarized light reflection layer. Therefore, the left-handed circularly polarized light reached as described above is reflected by the cholesteric liquid crystal layer 18, and the phase is delayed by λ / 2 by the VA layer 15, so that the right-handed circularly polarized light is converted and outputted. . By passing this light through the λ / 4 phase difference plate 12 again, the light becomes linearly polarized light along the polarization axis of the polarizing plate 11, and is output through the polarizing plate 11, thereby obtaining a bright display.

도 1의 (b)는 수직배향형 액정층(15)에 임계치 이하의 전압이 인가된 오프상태(영(零)전압을 포함)(Voff시)를 나타낸다. 이 경우, 액정층은 액정분자가 기판에 수직으로 배열하고, 입사광을 위상변조 하지 않은 상태로 된다.FIG. 1B shows an off state (including zero voltage) (when Voff) is applied to a vertical alignment liquid crystal layer 15 with a voltage below a threshold. In this case, the liquid crystal layer is in a state where the liquid crystal molecules are arranged perpendicular to the substrate and do not phase modulate incident light.

이 상태에 있어서, 도면 상방으로부터 입사해 오는 광(Lf)은 도 1의 (a)의 경우와 마찬가지로, 편광판(11) 및 λ/4위상차판(12)을 매개로 우회전의 원편광으로서 액정층(15)에 입사하지만, 동층(15)에서는 위상변조 되지 않고, 우회전의 원편광 그대로 콜레스텔릭 액정층(18)에 도달한다. 이 우회전의 원편광은 표시소자의 배면으로 향해 투과해 가고, 위상차판(25)에서 편광판(26)의 흡수축에 따른 진동성분을 갖는 직선편광으로 변환된다. 그 결과, 관찰면에는 광은 되돌아 오지 않고, 어두운 상태의 표시가 얻어진다.In this state, the light Lf incident from the upper part of the drawing is a circularly polarized light of right rotation through the polarizing plate 11 and the λ / 4 phase difference plate 12 as in the case of FIG. 1A. Although incident on (15), it does not phase-modulate in the copper layer 15, but reaches the cholesteric liquid crystal layer 18 as circularly polarized light of right rotation. The right-handed circularly polarized light is transmitted to the rear surface of the display element, and is converted into linearly polarized light having a vibration component along the absorption axis of the polarizing plate 26 in the retardation plate 25. As a result, light does not return to the observation surface, and a dark display is obtained.

다음에, 콜레스텔릭 액정층(18)의 배면에 면광원(21)을 배치한 경우의 동작에 대해 설명한다. 면광원(21)은 아크릴 평판 등에 의해 형성되는 도광판(22)과, 그 측면에 배치된 선상광원(24) 및, 도광판의 배면에 배치된 확산반사층(23)에 의해 구성된다.Next, the operation in the case where the surface light source 21 is disposed on the back surface of the cholesteric liquid crystal layer 18 will be described. The surface light source 21 is comprised by the light guide plate 22 formed by an acryl flat plate, etc., the linear light source 24 arrange | positioned at the side surface, and the diffuse reflection layer 23 arrange | positioned at the back surface of the light guide plate.

도 1의 (a)의 상태, 즉 Von시에는 면광원으로부터 출력되는 광(Lb)은 편광판(26) 및 위상차판(25)에 의해 우회전 원편광으로 되고, 그중 소정 비율의 광(약 10%)이 콜레스텔릭 액정층(18)을 통과하고, 나머지의 광은 반사된다. 그리고, 콜레스텔릭 액정층(18)을 통과한 광은 VA층(15)에 의해 위상변조 되고, 우회전의 원편광으로 변환된다. 그리고, 이 광이 λ/4위상차판(12)을 통과함으로써 편광판(11)의 편광축에 따른 직선편광으로 되고, 편광판(11)을 통과하여 출력되고, 밝은 상태의 표시가 얻어진다.In the state of FIG. 1A, that is, Von, the light Lb outputted from the surface light source becomes right-turned circularly polarized light by the polarizing plate 26 and the retardation plate 25, and light having a predetermined ratio (about 10%). ) Passes through the cholesteric liquid crystal layer 18, and the remaining light is reflected. Then, the light passing through the cholesteric liquid crystal layer 18 is phase-modulated by the VA layer 15 and converted into right circularly polarized light. And this light passes through (lambda) / 4 phase difference plate 12, and becomes linearly polarized light along the polarization axis of the polarizing plate 11, it is output through the polarizing plate 11, and the display of a bright state is obtained.

한편, 도 1의 (b)의 상태, 즉 Voff시에는 콜레스텔릭 액정층(18)을 통과한 좌회전의 원편광은 VA층(15)에 의한 위상변조를 받지않고, 그대로 출력된다. 그리고, 이 광이 λ/4위상차판(12)을 통과함으로써, 편광판(5)의 편광축과 직교하는 진동방향을 갖는 직선편광으로 되고, 편광판(11)에 의해 흡수되어 어두운 상태의 표시가 얻어진다.On the other hand, in the state of FIG. 1B, that is, Voff, circularly polarized light of left rotation passing through the cholesteric liquid crystal layer 18 is output as it is without being subjected to phase modulation by the VA layer 15. And this light passes through the (lambda) / 4 phase difference plate 12, and it becomes linearly polarized light which has a vibration direction orthogonal to the polarization axis of the polarizing plate 5, is absorbed by the polarizing plate 11, and the display of a dark state is obtained. .

이렇게 하여, 동일구조의 표시소자를 이용하고, 외광을 이용할 경우, 광원을 이용할 경우와 함께 극히 광 이용효율이 높은 표시를 얻을 수 있어 밝은 표시가 가능해진다.In this way, when the display element of the same structure is used and external light is used, a display with extremely high light utilization efficiency can be obtained together with the case of using a light source, and bright display is possible.

또한, 콜레스텔릭 액정층(18)의 편광반사층을 가변 지연제인 VA액정소자의 내부에 형성함으로써, 기판(14) 외면에 편광반사층을 배치한 경우에 비해 기판(14)에 의한 시차는 없어진다. 또한, 편광반사층을, 예컨대 기판(14) 상에 TFT, MIM소자 등의 액티브소자를 형성한 경우의 절연층으로서 겸용하면, 제조공정을 간략화 할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.In addition, by forming the polarization reflecting layer of the cholesteric liquid crystal layer 18 inside the VA liquid crystal element which is a variable retardant, the parallax by the board | substrate 14 is eliminated compared with the case where the polarization reflecting layer is arrange | positioned on the outer surface of the board | substrate 14. In addition, if the polarizing reflection layer is used as an insulating layer in the case of forming active elements such as TFT and MIM elements on the substrate 14, for example, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

그리하여, 동일구성의 표시소자에 의해 외광을 이용한 반사형 표시와, 배면광원을 이용한 투과형 표시가 동시에 가능해진다.Thus, the display element having the same configuration enables reflective display using external light and transmission display using a back light source at the same time.

더욱이, 상기 실시예에 있어서는 VA액정소자를 가변 지연제로서 이용했지만, 입사광의 위상을 1/2파장 움직이는가 위상변조하지 않는가를 전계에 의해 제어할 수 있는 소자이면 동일한 효과가 얻어지는 것은 말할 것도 없다. 예컨대, 다른 실시예로서 종래 공지의 네마틱 액정을 기판의 방향에 평행하게 배향시킨 수평배향형 네마틱 액정소자를 이용해도 좋고, 또한 네마틱 액정을 트위스트 배향시킨 트위스티드 네마틱 액정소자를 이용해도 좋다.Moreover, in the above embodiment, the VA liquid crystal element was used as the variable retardant, but it goes without saying that the same effect can be obtained as long as the element can control whether the phase of the incident light is shifted 1/2 wavelength or not by phase modulation. For example, as another embodiment, a horizontally aligned nematic liquid crystal device in which a conventionally known nematic liquid crystal is oriented parallel to the direction of the substrate may be used, or a twisted nematic liquid crystal device in which the nematic liquid crystal is twist-oriented may be used. .

또한, 본 발명의 표시소자를 칼라 표시소자에 응용하는 것도 물론 가능하다. 즉, 편광판과 네마틱 액정층의 사이에 적, 녹, 청의 3원색 또는 노란색(yellow), 자홍색(magenta), 청록색(cyan)의 보색 3원색의 칼라필터를 배치하고, 매트릭스 형상으로 배치한 화소전극을 이용하여 네마틱 액정층을 화소단위로 전계제어함으로써 가법혼색(加法混色)에 의한 칼라 표시를 행할 수 있고, 이 칼라필터를 가변 지연제의 셀 내부에 구성하는 것도 물론 가능하다.It is of course also possible to apply the display element of the present invention to a color display element. That is, a pixel in which three primary colors of red, green, and blue or yellow, magenta, and cyan complementary colors are disposed between the polarizing plate and the nematic liquid crystal layer, and arranged in a matrix form. By using the electrode for electric field control of the nematic liquid crystal layer in units of pixels, color display by additive color mixing can be performed, and of course, the color filter can be configured inside the cell of the variable retardant.

이러한 본 발명의 표시소자에 이용하는 편광반사층은 가시광영역에 있어서의 모든 파장의 광에 대해 상술한 기능, 작용을 발휘하는 것이 무채색의 백흑 표시나 색 재현성에 우수한 칼라 표시를 얻는데 바람직하다. 예컨대, 상기의 각 실시예와 같이 콜레스텔릭 액정층에 의해 편광반사층을 구성한 경우, 그 나선 피치(p)와 콜레스텔릭 액정 폴리머의 평균굴절률(n)을 합한 값(np)이 가시광 파장의 최단파장으로부터 최장파장까지를 망라하도록 나선 피치가 층 두께방향에 따라 연속적으로 변화한 나선구조로 함으로써, 가시광영역의 모든 파장에 대응한 편광반사 능력을 얻을 수 있다.Such a polarizing reflection layer used in the display element of the present invention is preferably used to exhibit the above-described functions and functions for light of all wavelengths in the visible light region to obtain color display excellent in achromatic white-black display and color reproducibility. For example, in the case where the polarization reflection layer is formed of the cholesteric liquid crystal layer as in each of the above embodiments, the value np of the helical pitch p and the average refractive index n of the cholesteric liquid crystal polymer is the sum of the visible light wavelengths. By having a spiral structure in which the spiral pitch is continuously changed in the layer thickness direction so as to cover the shortest wavelength to the longest wavelength, polarization reflecting capability corresponding to all wavelengths in the visible light region can be obtained.

콜레스텔릭 액정을 구성하는 봉형상(棒狀) 고분자는 나선구조를 갖고, 나선축에 평행한 광이 입사한 경우, 나선 피치에 동일한 광의 파장을 블랙반사 한다. 즉, 값 np에 동일한 파장의 광을 중심파장으로 하여 굴절률 이방성(△n)과 나선 피치(p)를 합한 값(△np)과 동일한 밴드폭(파장의 범위)에서 블랙반사를 얻는다. 더욱이, 상기의 굴절률 이방성(△n)은 봉형상의 액정 고분자의 장축방향에 따른 굴절률과 단축방향에 따른 굴절률의 차를 표시하고, 한편 평균굴절률은 장축방향에 따른 굴절률과 단축방향에 따른 굴절률의 2승화의 평방근에 의해 구해진다.The rod-shaped polymer constituting the cholesteric liquid crystal has a helical structure, and when light parallel to the helical axis is incident, black reflection of the same wavelength of light in the helical pitch is performed. That is, black reflection is obtained at the same bandwidth (range of wavelength) as the value (np) of the refractive index anisotropy (Δn) and the helical pitch (p), with the light having the same wavelength as the center wavelength as the value np. Further, the refractive index anisotropy (Δn) indicates the difference between the refractive index along the long axis direction and the refractive index along the short axis direction of the rod-shaped liquid crystal polymer, while the average refractive index is 2 of the refractive index along the long axis direction and the refractive index along the short axis direction. Obtained by the square root of sublimation.

그러나, 콜레스텔릭 액정의 굴절률 이방성(△n)은 0~0.3의 것 밖에 실존하지 않고, 게다가 콜레스텔릭 액정의 평균굴절률(n)도 1.4~1.6의 것 밖에 실존하지 않기 때문에, 상기 블랙반사의 중심파장을 가시광 파장의 중심파장(약 550nm)에 맞추는 것은 곤란하다. 따라서, 상술한 바와 같이 콜레스텔릭 액정의 나선 피치를 층 두께방향으로 변화시키는 것이 가시광영역 전체영역에 걸쳐 양호한 편광반사 능력을 얻기 때문에 극히 유효하다.However, since the refractive index anisotropy (Δn) of the cholesteric liquid crystal is only 0 to 0.3, and the average refractive index n of the cholesteric liquid crystal is also only 1.4 to 1.6, the black reflection It is difficult to match the central wavelength of to the central wavelength of the visible light wavelength (about 550 nm). Therefore, as described above, changing the spiral pitch of the cholesteric liquid crystal in the layer thickness direction is extremely effective because it obtains a good polarization reflecting ability over the entire visible light region.

이와 같은 나선 피치가 변화하는 콜레스텔릭 액정층을 얻는데에는 피치가 다른 2종 이상의 콜레스텔릭 액정 폴리머층을 연속적으로 적층하거나, 콜레스텔릭 액정재료를 기판에 도포하여 고정시킬 경우에, 도포후의 막표면에 콜레스텔릭 액정의 나선 피치를 길게하는 첨가제(예컨대, 나선 피치가 무한대인 네마틱 액정 등)를 코팅하는 방법이 바람직하다.In order to obtain a cholesteric liquid crystal layer having such a spiral pitch, two or more kinds of cholesteric liquid crystal polymer layers having different pitches are successively laminated, or when the cholesteric liquid crystal material is applied to a substrate and fixed, The method of coating the film surface with the additive which extends the spiral pitch of a cholesteric liquid crystal (for example, nematic liquid crystal etc. whose spiral pitch is infinite) is preferable.

또한, 상기 예에 있어서는 가변 지연제층에 인가하는 전압으로 Von과 Voff의 중간전압을 인가함으로써, 중간표시 시킬 수 있는 것도 물론 가능하다.In the above example, the intermediate display can also be performed by applying an intermediate voltage between Von and Voff as the voltage applied to the variable retardant layer.

이상의 각 실시예에 있어서는, 외광을 이용하여 반사형 표시소자로서 동작시킬 경우, 또한 배면광원을 이용하여 투과형 표시소자로서 동작시킬 경우, 어느쪽의 경우도 높은 광 이용효율을 달성할 수 있다.In each of the above embodiments, when operating as a reflective display element using external light and when operating as a transmissive display element using a back light source, high light utilization efficiency can be achieved in either case.

도 3은 본 발명의 제2실시예의 반투과형 액정표시장치로서 구성된 TFT 액티브 매트릭스형 액정표시장치이다. 도 4는 주된 구성부분, 도 5는 어레이 기판의 TFT소자 구조를 나타낸다. 또한, 도 5는 도 4의 TFT소자 구조를 설명하는 것으로, 도 4에 대해 상하 반전하여 나타내고 있다. TFT 어레이 기판(13)은 유리 등으로 이루어진 절연기판으로 이루어지고, 도면은 TFT 어레이 기판(13)을 관찰측에 배치하고, 대향기판(14)을 배면광원측에 배치한 칼라필터를 갖춘 수직배향 네마틱형의 소자를 나타낸다. 화면 표시영역에 다수의 화소전극(30)을 매트릭스 형상으로 배치하고, 각 화소전극(30)에 구동 스위칭소자로서 박막트랜지스터(TFT: 31)가 설치된다. 이들의 화소전극간에 신호선(32), 게이트전극(33)을 포함하는 주사선(34), 더욱이 필요에 따라 보조용량전극(도시하지 않았슴)이 설치된다. 이들의 위로부터 열산화막(35), 예컨대 아몰퍼스 실리콘(a-Si)으로 이루어진 반도체막(36)이 순차형성되어 있으며, 반도체막을 덮어 저저항반도체막(37)이 형성되어 있다. TFT소자(31)를 구성하고 있는 부분은 TFT소자를 보호하기 위한 페시베이션막(38)에 의해 덮여져 있다.Fig. 3 is a TFT active matrix liquid crystal display device constructed as a transflective liquid crystal display device of a second embodiment of the present invention. 4 shows the main components, and FIG. 5 shows the TFT element structure of the array substrate. FIG. 5 illustrates the TFT device structure of FIG. 4, which is shown upside down with respect to FIG. 4. The TFT array substrate 13 is made of an insulating substrate made of glass or the like, and the drawing shows a vertical alignment with a color filter in which the TFT array substrate 13 is disposed on the observation side and the counter substrate 14 is disposed on the rear light source side. A nematic element is shown. A plurality of pixel electrodes 30 are arranged in a matrix in the screen display area, and a thin film transistor TFT 31 is provided in each pixel electrode 30 as a driving switching element. Between these pixel electrodes, a signal line 32, a scanning line 34 including a gate electrode 33, and a storage capacitor electrode (not shown) are provided as necessary. From these, a thermal oxide film 35, for example, a semiconductor film 36 made of amorphous silicon (a-Si) is sequentially formed, and a low resistance semiconductor film 37 is formed covering the semiconductor film. The portion constituting the TFT element 31 is covered by a passivation film 38 for protecting the TFT element.

이와 같이, 게이트전극(33)이 반도체막(36)의 아래에 배치되는 구조를 하부게이트(bottom gate) 구조라 칭하고, 어레이 기판(13)으로부터 TFT소자(31)로 향해 들어가는 외광은 게이트전극(33)에서 차단되기 때문에 반도체막(36)으로 입사하지 않는다. 그 결과, 표시소자를 실외 사용할 경우의 광에 의해 발생하는 광 누설전류에 의한 표시 콘트레스트비 저하를 방지할 수 있다.In this way, the structure in which the gate electrode 33 is disposed below the semiconductor film 36 is called a bottom gate structure, and external light that enters the TFT element 31 from the array substrate 13 is the gate electrode 33. Is not incident on the semiconductor film 36. As a result, it is possible to prevent the display contrast ratio from being lowered due to the light leakage current generated by the light when the display element is used outdoors.

또한, 화소부의 전면에는 칼라필터(39)가 배치되어 있다. 칼라필터에는 10㎛각 정도의 콘택트홀(40)이 설치되어 있다. 칼라필터(39) 상에는, 예컨대 ITO로 이루어진 투명화소전극(30)이 각 화소마다 형성되어 있다. 투명화소전극(30)은 칼라필터(39)에 설치된 콘택트홀(40)을 매개로 TFT의 소스전극(41)에 전기적으로 접속되어 있다.In addition, a color filter 39 is disposed in front of the pixel portion. The contact hole 40 of about 10 micrometers is provided in the color filter. On the color filter 39, a transparent pixel electrode 30 made of, for example, ITO is formed for each pixel. The transparent pixel electrode 30 is electrically connected to the source electrode 41 of the TFT via the contact hole 40 provided in the color filter 39.

투명화소전극(30)의 경계부에는 신호선(32), 주사선(34), 보조용량선중 어느것인가의 배선전극이 배치되고, 배면광원에 의한 반투과형 액정표시장치의 투과광 사용시에 배면광원의 광이 누설되어 콘트레스트비를 저하시키는 것이 없다. 이 어레이 상에, 더욱이 도시하지 않은 배향막이 소정의 배향축을 구비하여 적층되어 있다.A wiring electrode of any one of the signal line 32, the scanning line 34, and the storage capacitor line is disposed at the boundary of the transparent pixel electrode 30, and the light of the back light source is transmitted when the transmitted light of the transflective liquid crystal display device is used by the back light source. There is no leakage and the contrast ratio is lowered. On this array, an alignment film (not shown) is further laminated with a predetermined alignment axis.

한편, 대향기판(14)에는 편광반사층(18)이 소정형상으로 형성되어 있다. 여기서, 편광반사층(18)으로서는 콜레스텔릭 액정을 폴리머화 한 필름을 피착형성했다. 편광반사층(18)은, 더욱이 대향전극(17)으로서 예컨대 ITO의 투명 도전막이 소정형성으로 적층되어 있다. ITO는 통상의 마스크 스퍼터의 수단에 의해 성막과 패터닝을 동시에 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, ITO 형성시의 콜레스텔릭 액정층으로의 프로세스 부하는 극히 작다.On the other hand, the polarizing reflection layer 18 is formed in the counter board 14 in predetermined shape. Here, as the polarization reflection layer 18, a film obtained by polymerizing a cholesteric liquid crystal was deposited. In the polarization reflection layer 18, a transparent conductive film of ITO, for example, is laminated as a counter electrode 17 with a predetermined formation. It is preferable that ITO simultaneously perform film-forming and patterning by the means of a normal mask sputter | spatter. Thereby, the process load to the cholesteric liquid crystal layer at the time of ITO formation is extremely small.

더욱이, 도시하지 않은 배향막이 배향처리되어 적층되어 있다. 배향은 액정분자가 기판에 수직으로 배향되는 방향으로 되어 있다.Further, an alignment film (not shown) is aligned and laminated. The alignment is a direction in which the liquid crystal molecules are oriented perpendicular to the substrate.

이들의 TFT 어레이 기판(13)과 대향기판(14)이 대향하여 액정셀을 구성하고 있고, 양기판의 둘레부(밀봉(seal)부: 42)는 접착제(밀봉재: 43)에 의해 부착되고, 액정셀에는 VA액정(15)이 봉입(封入)되어 있다. 이 때, 밀봉제는 대향기판(14)의 편광반사층(18)이 형성되어 있지 않은 영역에 도포하는 것이 좋다. 편광반사층(18)상에서는 밀봉제의 부착성이 나쁘고, 1만시간 이상의 장시간의 사용에 대해 기판이 떨어지는 등의 신뢰성 문제를 초래할 우려가 있다. 또는, 편광반사층 상에 밀봉제의 부착성이 좋은 오버코트제를 도포해 두면, 상기 신뢰성 문제는 회피할 수 있다. 오버코트제는, 예컨대 통상 칼라필터에 이용되고 있는 아크릴 수지로 양호하다.These TFT array substrate 13 and the opposing substrate 14 face each other to form a liquid crystal cell, and the peripheral portions (sealing portions 42) of both substrates are attached by an adhesive (sealing material 43), VA liquid crystal 15 is enclosed in the liquid crystal cell. At this time, the sealant may be applied to a region where the polarization reflection layer 18 of the counter substrate 14 is not formed. The adhesiveness of a sealing agent is bad on the polarizing reflection layer 18, and there exists a possibility that it may cause reliability problems, such as a board | substrate falling with respect to long-term use more than 10,000 hours. Alternatively, the above reliability problem can be avoided by applying an overcoat agent having good adhesion to the sealant on the polarizing reflection layer. The overcoat agent is good, for example, with an acrylic resin usually used for color filters.

어레이 기판(13)의 외측의 면상에는 1/4파장판(12), 편광판(11)이 이 순서로 적층되어 있다. 대향기판(14)의 액정층으로는 반사측의 외면에는 도시하지 않은 배면광원이 배치되어 있다. 또한, 대각(對角)화면 길이가 8인치 이상의 중형으로부터 대형 액정표시장치에서는 광확산 필름을 어레이 기판(1)의 외측의 면에 설치하여 시야각을 확대해도 좋다.The quarter wave plate 12 and the polarizing plate 11 are stacked in this order on the outer surface of the array substrate 13. As the liquid crystal layer of the counter substrate 14, a back light source (not shown) is arranged on the outer surface of the reflection side. In addition, in a large liquid crystal display device having a diagonal screen length of 8 inches or more, a light diffusion film may be provided on the outer surface of the array substrate 1 to enlarge the viewing angle.

이상과 같이 구성된 본 실시예의 액정표시장치는 접속된 외부회로에 의해 구동되고, 주위에 적당한 광원이 있는 밝은 장소에서는 주위광을 액정표시장치로 입사시켜 그 반사광으로 표시를 행하는 반사형 액정표시장치로서 이용할 수 있다.The liquid crystal display device of the present embodiment configured as described above is a reflective liquid crystal display device which is driven by a connected external circuit, and enters the ambient light into the liquid crystal display device in a bright place with a suitable light source therein, and displays the light by the reflected light. It is available.

또한, 어두운 장소에서는 액정셀 배면의 광원을 점등시켜 그 투과광으로 표시를 행하는 투과형 액정표시장치로서 이용할 수 있다.Moreover, it can be used as a transmissive liquid crystal display device which lights a light source on the back of a liquid crystal cell, and displays with the transmitted light in a dark place.

도 6 및 도 7은 본 발명의 제3실시예의 반투과형 액정표시장치로서 구성된 TFT방식 액티브 매트릭스형 액정표시장치를 나타낸다.6 and 7 show a TFT type active matrix liquid crystal display device constructed as a semi-transmissive liquid crystal display device of a third embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 5에서 설명한 제2실시예와 다른 부분은 다음과 같이 하고, 그 외는 동일한 구성이다.Parts different from those of the second embodiment described with reference to FIGS. 3 to 5 are as follows, and the other parts are the same.

그 첫번째로, 대향기판(14)의 두께를 가급적 얇게, 실용적으로는 0.2mm로 얇게 하고, 점착층 부착필름으로서 공급되는 편광반사층(18a)을 대향기판(14)의 투명전극(17)이 형성되는 면과는 반대의 외면에 부착하고 있는 점이다.First, the thickness of the counter substrate 14 is as thin as possible and practically as thin as 0.2 mm, and the transparent electrode 17 of the counter substrate 14 is formed with a polarizing reflection layer 18a supplied as a film with an adhesive layer. It is attached to the outer surface opposite to the surface.

여기서, 편광반사층(18a)으로서는 콜레스텔릭 액정을 폴리머화 한 필름을 이용할 수 있다. 편광반사층을 제1실시예와 같이 박막형성할 필요가 없기 때문에, 제1실시예 보다도 제조보류가 더욱 양호하다. 또한, 표시에 있어서는 기판 두께 0.2mm정도의 패럴랙스(parallax)에 의한 영향이 발생하지만, 0.2mm정도에서는 시인성(視認性)을 손상하는 문제를 일으킬 염려는 없다. 더욱이, 0.2mm 두께의 기판(14)에는 0.7mm 유리기판을 얇게 연마하여 사용하던가 플라스틱 기판을 이용한다.Here, as the polarization reflection layer 18a, a film obtained by polymerizing a cholesteric liquid crystal can be used. Since the polarizing reflection layer does not need to be thin-film formed as in the first embodiment, the manufacturing hold is better than in the first embodiment. In addition, in display, the influence by the parallax of about 0.2 mm of board | substrate thickness generate | occur | produces, but when about 0.2 mm, there is no possibility of causing a problem which impairs visibility. Further, the substrate 14 having a thickness of 0.2 mm is used by thinly polishing a 0.7 mm glass substrate or a plastic substrate.

두 번째로, TFT 어레이 기판 상의 TFT소자가 폴리실리콘(poly-Si) TFT소자(31a)인 점이 제1실시예와 다르다. 폴리실리콘 TFT소자의 광 누설전류는 일반적으로 작고, 수만룩스(1x)정도의 외광하에서도 문제되지 않는다.Secondly, the TFT element on the TFT array substrate is different from the first embodiment in that it is a polysilicon TFT element 31a. The light leakage current of the polysilicon TFT element is generally small, and is not a problem even under an external light of tens of thousands of lux (1x).

상술한 편광반사층(18a)은 콜레스텔릭 액정필름에 의해 구성한다. 그 나선 피치(p)와 콜레스텔릭 액정 폴리머의 평균굴절률의 곱 np가 가시광 파장 전부를 망라하도록 나선 피치가 층 두께방향에 따라 연속적으로 변화한 나선구조로 함으로써 편광반사 능력의 파장분산에 의한 채색을 제어할 수 있다.The polarization reflection layer 18a mentioned above is comprised by the cholesteric liquid crystal film. Coloring by wavelength dispersion of polarization reflecting ability is made by having a spiral structure in which the spiral pitch continuously changes along the layer thickness direction so that the product np of the spiral pitch p and the average refractive index of the cholesteric liquid crystal polymer covers all of the visible wavelengths. Can be controlled.

콜레스텔릭 액정을 구성하는 봉형상 고분자는 나선구조를 갖고, 나선축에 평행한 광이 입사한 경우, 나선 피치와 동일한 광의 파장을 블랙반사 한다. 즉, 곱 np의 값과 동일한 파장의 광을 중심파장으로 하여 굴절률 이방성(△n)과 나선 피치의 곱(△np)과 동일한 밴드폭(파장의 범위)에서 블랙반사를 얻는다. 더욱이, 상기의 굴절률 이방성(△n)은 봉형상의 고분자의 장축방향에 따른 굴절률과 단축방향에 따른 굴절률의 차를 표시하고, 한편 평균굴절률은 장축방향에 따른 굴절률과 단축방향에 따른 굴절률의 2승화의 평방근에 의해 구해진다.The rod-shaped polymer constituting the cholesteric liquid crystal has a helical structure, and when light parallel to the helical axis is incident, black reflects the wavelength of light equal to the helical pitch. That is, black reflection is obtained at the same band width (range of wavelength) as the product of refractive index anisotropy (Δn) and spiral pitch (Δnp) with light having the same wavelength as the product np as the center wavelength. Moreover, the refractive index anisotropy (Δn) indicates the difference between the refractive index along the long axis direction and the refractive index along the short axis direction of the rod-shaped polymer, while the average refractive index is the sublimation of the refractive index along the long axis direction and the refractive index along the short axis direction. Obtained by the square root of.

이를 실현하기 위해, 콜레스텔릭 액정의 나선 피치를 층 두께방향으로 변화시켜 가시광영역 전체영역에 걸쳐 양호한 편광반사 능력을 얻는다.In order to realize this, the spiral pitch of the cholesteric liquid crystal is changed in the layer thickness direction to obtain good polarization reflecting ability over the entire visible light region.

도 8은 도 1의 표시소자에 있어서, 더욱이 배면광원광의 광 이용율을 높이기 위한 광학계를 나타낸다. 즉, 배면광원(21)과 편광판(26)의 사이에 위상차판(51) 및 제2콜레스텔릭 액정필름(52)을 배치한 것이다.FIG. 8 shows an optical system for improving the light utilization rate of back light source light in the display device of FIG. 1. That is, the retardation plate 51 and the second cholesteric liquid crystal film 52 are disposed between the rear light source 21 and the polarizing plate 26.

이 광학계는 광원광의 일부를 편광판(26)의 앞쪽으로 평광축에 따른 직선평광으로 변환하고, 나머지를 반사하여 리사이클 이용하기 위한 것으로, 본 실시예에 있어서는 제2콜레스텔릭 액정필름(52)은 편광반사층(18)과 동일하게 좌측으로 뒤틀린 나선구조를 갖고, 위상차판(51)은 위상차판(25)의 지상축과 평행한 지상축을 갖는다.The optical system converts a part of the light source light into linear flat light along the flat axis in front of the polarizing plate 26, reflects the rest, and recycles the light. In this embodiment, the second cholesteric liquid crystal film 52 Similar to the polarization reflecting layer 18, it has a spiral structure that is twisted to the left, and the retardation plate 51 has a slow axis parallel to the slow axis of the retardation plate 25.

이 구성에 있어서, 광원광중 우회전의 원편광성분은 제2콜레스텔릭 액정필름(52)을 투과하고, 좌회전의 원편광성분은 제2콜레스텔릭 액정필름(52)에 의해 대부분이 반사되지만, 약 10%의 광은 제2콜레스텔릭 액정필름(52)을 투과한다. 그리고, 이 원편광이 위상차판(51)으로 입사하면, 우회전의 원편광성분은 편광판(26)의 편광축과 평행한 진동성분을 갖는 직선편광으로 변환되고, 좌회전의 원편광성분은 편광판(26)의 흡수축과 평행한 진동성분을 갖는 직선편광으로 변환된다. 따라서, 편광반사층(18)에는 편광판(26)을 투과하여 위상차판(25)에 의해 변환된 좌회전의 원편광성분만이 입사한다.In this configuration, the right-handed circularly polarized light component of the light source light passes through the second cholesteric liquid crystal film 52, and most of the left-handed circularly polarized light component is reflected by the second cholesteric liquid crystal film 52. About 10% of light passes through the second cholesteric liquid crystal film 52. When the circularly polarized light enters the retardation plate 51, the circularly polarized light component of the right rotation is converted into linearly polarized light having a vibration component parallel to the polarization axis of the polarizing plate 26, and the circularly polarized light component of the left rotation is polarized plate 26. Is converted into linearly polarized light having an oscillation component parallel to the absorption axis. Therefore, only the left-handed circularly polarized light component that is transmitted through the polarizing plate 26 and converted by the phase difference plate 25 is incident on the polarizing reflection layer 18.

이 좌회전의 원편광성분의 약 90%는 편광반사층(18)에 의해 반사되고, 위상차판(25)에 의해 편광판을 투과하는 직선편광으로 변환되고, 더욱이 위상차판(51)에 의해 제2콜레스텔릭 액정필름(52)을 투과하는 원편광으로 변환된다. 그리고, 배면광원 유닛의 반사판까지 도달하여 편광성분이 분해된다. 이를 반복함으로써, 배면광원으로 향해 반사되는 광을 리사이클 하여 광원광의 이용효율을 높일 수 있다.About 90% of the left-handed circularly polarized light component is reflected by the polarization reflecting layer 18 and converted into linearly polarized light that is transmitted through the polarizing plate by the phase difference plate 25, and furthermore, by the phase difference plate 51. The liquid crystal film 52 is converted into circularly polarized light. Then, the light reaches the reflecting plate of the rear light source unit and the polarization component is decomposed. By repeating this, the light reflected toward the rear light source can be recycled to increase the utilization efficiency of the light source light.

더욱이, 이 광학계의 구성은 상기의 구성에 한정되지 않고, 역방향의 뒤틀림을 갖는 콜레스텔릭 액정필름을 이용한 경우는 위상차판(51)의 지상축 방향을 180° 회전시킴으로써, 마찬가지의 기능을 갖는 광학계를 구성할 수 있다.Moreover, the structure of this optical system is not limited to the said structure, When using the cholesteric liquid crystal film which has a reverse twist, the optical system which has a similar function by rotating the slow-axis direction of the retardation plate 51 by 180 degrees. Can be configured.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 표시소자에 있어서는 외광을 이용하여 반사형 표시소자로서 동작시킬 경우 및 배면광원을 이용하여 투과형 표시소자로서 동작시킬 경우, 어느 경우에 있어서도 고휘도의 표시화면을 얻을 수 있고, 반사표시시에 배면광원을 보조적으로 사용하거나 투과표시시에 배면광원의 휘도를 높일 필요가 없어지고, 소비전력을 절감할 수 있다.As described above, in the display element of the present invention, when operating as a reflective display element using external light and when operating as a transmissive display element using a back light source, a high luminance display screen can be obtained in any case. Therefore, it is not necessary to use the back light source in the reflective display or to increase the brightness of the back light source in the transmissive display, thereby reducing power consumption.

Claims (18)

직선편광을 그 편광축에 따라 투과하는 제1편광판과,A first polarizing plate that transmits linearly polarized light along its polarization axis, 상기 제1편광판의 후방에 배치되고, 인가전압에 따라 입사광의 위상을 변조하는 가변 지연제,A variable retarder disposed behind the first polarizing plate and modulating a phase of incident light according to an applied voltage; 상기 가변 지연제의 후방에 배치되고, 입사광의 소정 방향 회전의 제1원편광성분을 선택적으로 반사하는 편광반사층 및,A polarization reflecting layer disposed behind the variable retarder and selectively reflecting the first circularly polarized light component of a predetermined direction of rotation of the incident light; 상기 편광반사층의 후방에 차례로 배치되고, 후방으로부터의 광을 상기 소정 방향 회전의 원편광성분으로 변환하는 위상차판 및 제2편광판을 갖추고,A retardation plate and a second polarizing plate, which are arranged in sequence behind the polarizing reflection layer and convert light from the rear into the circularly polarized light component of the predetermined direction rotation; 상기 가변 지연제는 상기 제1편광판을 투과한 직선편광을 제1전압 인가시에 상기 제1원편광성분으로 변환하고, 제2전압 인가시에 상기 제1원편광성분과 역회전의 제2원편광성분으로 변환함과 동시에, 상기 제1전압 인가시에 상기 편광반사층으로부터의 반사광 및 투과광을 상기 제1편광판의 편광축에 따른 직선편광으로 변환하며, 상기 제2전압 인가시에 상기 편광반사층으로부터의 투과광을 상기 제1편광판의 편광축과 직교하는 방향의 직선편광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 표시소자.The variable retarder converts the linearly polarized light transmitted through the first polarizing plate into the first circularly polarized component when the first voltage is applied, and the second source of reverse rotation with the first circularly polarized component when the second voltage is applied. And converting the polarized light into a linearly polarized light along the polarization axis of the first polarizing plate when the first voltage is applied, and converting the polarized light into the linearly polarized light. And transmitting the transmitted light into linearly polarized light in a direction orthogonal to the polarization axis of the first polarizing plate. 제1항에 있어서, 상기 편광반사층은 콜레스텔릭 액정층인 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 1, wherein the polarization reflection layer is a cholesteric liquid crystal layer. 제2항에 있어서,상기 콜레스텔릭 액정층은 그 나선 피치가 층 두께방향에 따라 다른 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 2, wherein the helical pitch of the cholesteric liquid crystal layer is different depending on a layer thickness direction. 제1항에 있어서, 상기 가변 지연제는 인가전압에 따라 입사광의 위상을 가변적으로 변조하는 가변 지연제층과, 입사광의 위상을 일정량 변조하는 고정 지연제층을 갖춘 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device according to claim 1, wherein the variable retardant comprises a variable retardant layer that variably modulates the phase of incident light in response to an applied voltage, and a fixed retardant layer that modulates the phase of the incident light by a predetermined amount. 제4항에 있어서, 상기 가변 지연제층은 상기 고정 지연제층 보다도 상기 편광반사층측에 배치되는 것을 특징으로 하는 표시소자.The display element according to claim 4, wherein the variable retardant layer is disposed on the polarization reflecting layer side rather than the fixed retardant layer. 제1항에 있어서, 상기 가변 지연제층은 상대하는 전극간에 배치된 액정을 갖고, 상기 제1전압 및 제2전압이 상기 전극에 인가되는 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device according to claim 1, wherein the variable retardant layer has a liquid crystal disposed between the electrodes, and the first voltage and the second voltage are applied to the electrode. 제4항에 있어서, 상기 가변 지연제층은 상기 제1전압 인가시에 상기 제2전압 인가시 보다도 입사광의 위상을 λ/2 변화시키는 것을 특징으로 하는 표시소자.The display element according to claim 4, wherein the variable retardant layer changes the phase of incident light by λ / 2 when the first voltage is applied than when the second voltage is applied. 제7항에 있어서, 상기 가변 지연제층은 트위스티드 네마틱 액정소자인 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 7, wherein the variable retardant layer is a twisted nematic liquid crystal device. 제7항에 있어서, 상기 가변 지연제층은 수직배향형 네마틱 액정소자인 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 7, wherein the variable retardant layer is a vertically aligned nematic liquid crystal device. 제7항에 있어서, 상기 가변 지연제층은 수평배향형 네마틱 액정소자인 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 7, wherein the variable retardant layer is a horizontally aligned nematic liquid crystal device. 제1항에 있어서, 상기 편광반사층의 다른쪽의 면측에는 면광원이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시소자.The display element according to claim 1, wherein a surface light source is arranged on the other surface side of the polarization reflection layer. 상기 고정 지연제층은 λ/4위상차판으로 이루어지고,The fixed retardant layer is made of λ / 4 phase difference plate, 그 지상축이 상기 제1편광판 전면측으로부터 보았을 때 상기 편광축으로부터 소정 방향으로 개략 45°를 이루도록 배치된 입사광의 위상을 변조하는 액정셀을 포함하고, 상기 편광반사층은 콜레스텔릭 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자.A liquid crystal cell that modulates a phase of incident light arranged so that its slow axis is approximately 45 ° from the polarization axis in a predetermined direction when viewed from the front side of the first polarizing plate, and the polarization reflection layer includes a cholesteric liquid crystal layer. Display element, characterized in that. 제12항에 있어서, 상기 액정층 셀은 상기 액정층과, 그 액정층을 끼운 대향하여 각각의 내면에 전극이 형성된 2장의 전극기판을 갖춘 것을 특징으로 하는 표시소자.13. The display element according to claim 12, wherein the liquid crystal layer cell comprises the electrode layer and two electrode substrates having electrodes formed on respective inner surfaces of the liquid crystal layer and facing the liquid crystal layer. 제13항에 있어서, 상기 콜레스텔릭 액정층은 상기 전극기판면에 피착되는 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 13, wherein the cholesteric liquid crystal layer is deposited on the surface of the electrode substrate. 제14항에 있어서, 상기 콜레스텔릭 액정층은 상기 전극기판 외면에 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 14, wherein the cholesteric liquid crystal layer is deposited on an outer surface of the electrode substrate. 제15항에 있어서, 상기 콜레스텔릭 액정층은 액정 폴리머 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device of claim 15, wherein the cholesteric liquid crystal layer is made of a liquid crystal polymer film. 제13항에 있어서, 상기 전극기판의 한쪽은 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소전극 및 각각의 화소전극을 제어하는 스위칭소자를 갖추고, 다른쪽의 전극기판은 상기 복수의 화소전극에 공통의 대향전극을 갖춘 것을 특징으로 하는 표시소자.15. The apparatus of claim 13, wherein one of the electrode substrates includes a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix and a switching element for controlling each pixel electrode, and the other electrode substrate has a counter electrode common to the plurality of pixel electrodes. Display device comprising a. 제12항에 있어서, 상기 편광반사층은 콜레스텔릭 액정층으로 이루어지고, 그 뒤틀림 방향이 상기 편광축으로부터 지상축으로의 회전방향과 역방향인 것을 특징으로 하는 표시소자.The display device according to claim 12, wherein the polarization reflecting layer is made of a cholesteric liquid crystal layer, and a twisting direction thereof is opposite to a rotational direction from the polarization axis to the slow axis.
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