KR20000070073A - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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하루타 히로시
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Abstract

멀티칼라표시가 가능한 컬러플한 액정표시장치와, 그것을 통상의 흑백액정구동용 IC를 이용하여 구동할 수 있는 구동방법이며, 복굴절칼라방식의 액정표시장치의 표시부에, 단일색으로 표시하는 통상의 문자표시부(41)와, 복수색으로 표시하여 칼라플함을 연출하는 마크표시부(42)를 설치하여, 그 문자표시부(41)의 주사전극에는 주사신호를 인가하고, 마크표시부(42)의 주사전극에는 데이터신호를 인가하여 액정소자를 구동한다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND ITS DRIVING METHOD}
종래의 액정표시장치는, TN(트위스티드네마틱)액정소자나, STN(슈퍼트위스티드네마틱)액정소자를 사용하여, 흑백표시하는 반사형액정표시장치가 주로 사용되고 있다. 또한, 그 액정표시장치의 반사판으로서 반투과형반사판을 사용하고, 그 외측에 일렉트론·루미넷센스(EL) 라이트나 발광다이오드(LED) 어레이 등의 백라이트장치를 설치하고, 야간에도 시각표시를 확인할 수 있도록 한 것이 많다.
그러나, 최근 액정표시장치를 구비한 시계, 휴대형 테이프 레코더, 휴대전화, 휴대 게임기 등의 패션화가 진행되고 있다. 그들 액정표시장치로서, 컬러플한 칼라표시가 가능한 것을 희망하고 있다. 그 때문에, 2색성색소를 염색한 칼라편광판을 사용하여, 파랑이나 빨강의 배경에 흰색표시하는 단색 칼라액정표시장치가 개발되고 있다.
그러나, 보다 패셔너블한 디자인시계나, 보다 인상이 강한 휴대기기를 개발하기 위해서는, 단색 칼라표시로서는 불충분하고, 복수색의 칼라표시가 가능한 멀티 칼라표시의 액정표시장치 설치하는 것이 기대되고 있다.
따라서, 액정표시장치로서, 칼라필터를 사용하지 않고도 액정소자로의 인가전압을 변화시킴으로써, 액정의 복굴절성에 의해서 다색표시를 하는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치를 시계, 그 밖의 휴대기기에 탑재하는 것이 검토되고 있다.
그러나, 복굴절 칼라방식의 액정표시장치를 사용하여, 통상의 문자(시계의 경우는 현재의 시간이나 알람시간이나 캘린더를 표시하는 숫자)표시부의 색채를 가변시키기 위해서는, 문자표시부에 인가하는 신호의 실효치를 가변해야 한다. 그러기 위해서는, 계조(gray scale)제어가 가능한 액정구동용 IC가 필요하게 되기 때문에, 개발비용이 비싸게 되고, 더구나 장기의 개발기간이 필요하다. 또한, 구동회로가 복잡하게 되기 때문에, 구동 IC의 사이즈가 커져, 소비전류도 증가되어 버린다.
본 발명은 액정표시장치와 그 구동방법에 관한 것이며, 특히 복굴절 칼라방식의 액정표시장치의 구성과, 그 액정소자의 구동방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예의 액정표시장치의 표시부를 나타내는 평면도,
도 2는, 그 액정표시장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 3 및 도 4는, 그 액정표시장치에 있어서의 액정소자와 편광판과의 배치관계를 나타내는 평면도,
도 5는, 마찬가지로 그 액정표시장치의 표시색을 나타내는 색도도,
도 6은, 마찬가지로 그 액정표시장치의 제 1 기판상의 제 1 전극의 형상을 나타내는 평면도,
도 7은, 제 2 기판상의 제 2 전극의 형상을 나타내는 평면도,
도 8은, 도 6에 나타낸 각 주사전극에 인가하는 신호의 파형도,
도 9는, 도 7에 나타낸 데이터전극 D1, D5, D9, D10에 인가하는 신호 및 주사전극 C4의 인가신호와의 합성파형을 나타내는 파형도이다.
도 10은, 마찬가지로 그 주사전극과 데이터전극에 인가하는 신호와 합성파형을 나타내는 파형도,
도 11은, 본 발명의 제 2 실시예의 액정표시장치의 표시부를 나타내는 평면도,
도 12는, 그 액정표시장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 13 및 도 14는, 그 액정표시장치에 있어서의 액정소자와 편광판과의 배치관계를 나타내는 평면도,
도 15는, 마찬가지로 그 액정표시장치의 표시색을 나타내는 색도도,
도 16은, 마찬가지로 그 액정표시장치의 제 1 기판상의 제 1 전극의 형상을 나타내는 평면도,
도 17은, 제 2 기판상의 제 2 전극의 형상을 나타내는 평면도,
도 18은, 도 16에 나타낸 주사전극에 인가하는 신호를 나타내는 파형도,
도 19는, 도 17에 나타낸 데이터전극 D1∼D5에 인가하는 신호 및 주사전극 C5의 인가신호와의 합성파형을 나타내는 파형도,
도 20은, 본 발명의 제 3 실시예의 액정표시장치의 표시부를 나타내는 평면도,
도 21은, 그 액정표시장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 22 및 도 23은, 그 액정표시장치에 있어서의 액정소자와 편광판과의 배치관계를 나타내는 평면도이다.
본 발명은, 멀티 칼라표시를 하는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치에 있어서, 계조기능이 없는 통상의 흑백표시의 액정구동용 IC을 사용하여, 그 복굴절 칼라방식의 액정표시소자를 구동하여, 저비용 및 저소비전력으로, 간편하게 멀티 칼라표시를 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 액정소자와, 해당 액정소자를 끼우고 그 양측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판과로 이루어지는 액정표시장치에 있어서, 다음과 같이 구성한다.
즉, 상기 액정소자에의한 표시부에, 단일색으로 표시하는 문자표시부와, 복수색으로 표시하는 마크표시부를 구비한다.
그리고, 상기 시각표시부의 제 1 전극에는 주사신호를 전압을 가하여, 상기 마크표시부의 제 1 전극에는 데이터신호를 전압을 가하고, 시각표시부와 마크표시부의 제 2 전극에는 어느것이나 데이터신호를 인가하여, 액정표시장치를 구동하는 액정소자구동회로를 설치한다.
이 액정표시장치의 반사판을 반투과반사판으로 하여, 그 반사판의 상기 액정소자와 반대측에, 그 반투과반사판을 통해서 액정소자를 조명하는 백라이트장치를 설치하면 좋다.
또한, 상기 액정표시장치에 있어서의 액정소자와 그 시인측의 편광판과의 사이에 위상차판, 혹은 뒤틀려 위상차판을 설치하여도 좋다.
상기 액정소자는 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1300nm∼1600nm 인 것이 바람직하다.
상기 위상차판을 설치한 액정표시장치의 경우에는, 상기 액정소자는, 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1500 nm∼1800nm 이며, 상기 위상차판의 지연값이 1600nm∼1900nm 인 것이 바람직하다.
또, 상기 위상차판이, 지상축(phase delay axis)의 굴절율을 nx, 지상축과 수직방향의 굴절율을 ny, 두께 방향의 굴절율을 nz로 하였을 때, nx>nz>ny인 관계가 되는 위상차판이면 좋다.
상기 뒤틀림 위상차판을 설치한 액정표시장치의 경우에는, 상기 액정소자는, 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1500nm∼1800nm 이며, 상기 뒤틀림 위상차판의 Δnd치가 1400 nm∼1800 nm 인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 다른 액정표시장치는, 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 1 액정소자와, 해당 제 1 액정소자를 끼우고, 그 외측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판으로 이루어지는 제 1 액정표시장치와,
제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 2 액정소자와, 해당 제 2 액정소자의 시인측에 설치한 제 3 편광판과로 이루어지고, 상기 제 1 액정표시장치의 시인측에 배치한 제 2 액정표시장치와,
상기 제 1 액정소자의 제 1 전극에는 주사신호를 전압을 인가함과 동시에 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 2 액정소자의 제 1 전극 및 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 1, 제 2 액정소자를 구동하는 액정소자회로를 설치한 것이다.
상기 제 2 액정표시장치에 있어서의 제 2 액정소자의 시인측과 반대측에 반사형편광판을 설치하면 좋다.
또한, 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동방법은, 상술과 같은 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 액정소자와, 해당 액정소자를 끼우고 그 양측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판으로 이루어져, 그 표시부에 단일색으로 표시하는 문자표시부와 복수색으로 표시하는 마크표시부를 갖는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치의 구동방법이다.
그리고, 상기 문자표시부의 제 1 전극에는 주사신호를 인가하고, 마크표시부의 제 1 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 문자표시부와 마크표시부의 제 2 전극에는 어느쪽이나 데이터신호를 인가하여 상기 액정소자를 구동한다.
또한, 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 1 액정소자와, 해당 제 1 액정소자를 끼우듯이 그 외측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판으로 이루어지는 제 1 액정표시장치와,
제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 2 액정소자와, 해당 제 2 액정소자의 시인측에 설치한 제 3 편광판과로 이루어지고, 상기 제 1 액정표시장치의 시인측에 배치되는 제 2 액정표시장치와로 이루어지는 액정표시장치의 구동방법으로서,
상기 제 1 액정소자의 제 1 전극에는 주사신호를 인가함과 동시에 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 2 액정소자의 제 1 전극 및 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 1, 제 2 액정소자를 구동하는 액정표시장치의 구동방법도 제공한다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
〔제 1 실시예 : 도 1에서 도 10〕
본 발명의 제 1 실시예에 관해서, 도 1로부터 도 10을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예의 액정표시장치의 표시부의 표시 패턴의 예를 도 1의 평면도에 의해서 설명한다. 이 액정표시장치(17)의 표시부에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 현재의 시간이나 알람시간을 디지털표시하는 문자표시부(41)와, 그 상하양측에 설정된 마크표시부(42,42)로 구성된다. 이 마크표시부(42,42)는, 복수색을 표시하는 복수의 원형 패턴(43∼46)으로 이루어져, 컬러플함을 연출한다. 문자표시부(41)는 색채가 변화하지 않고, 항상 소정의 색채로 시간을 표시한다.
마크표시부(42)는, 각 원형 패턴마다 다른 색채를 나타내고, 또한 예를 들면 1초마다 색채가 변화한다. 또한, 약 1초마다 색채가 변화하도록 함으로써, 컬러플함이나 재미를 표현할 수가 있다.
이 액정표시장치(17)의 단면구성을 도 2에 의해서 설명한다.
이 실시예의 액정표시장치(17)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 액정소자(7)와, 그 양측에 배치한 제 1 편광판(9) 및 제 2 편광판(8)과, 제 1 편광판(9)의 외측에 배치한 반사판(10)에 따라서 구성되어 있다.
그 액정소자(7)는, 산화인듐주석(이후「ITO」로 칭한다)으로 이루어지는 투명한 제 1 전극(3)이 형성된 두께 0.5 mm의 유리판으로 이루어지는 제 1 기판(1)과, 마찬가지로 ITO로 이루어지는 투명한 제 2 전극(4)이 형성된 두께 O.5 mm의 유리판으로 이루어지는 제 2 기판(2)을, 소정의 간격을 설치하여 시일재(5)에 의해서 대향시켜, 그 빈틈에 220°트위스트배향한 네마틱액정(6)을 봉입협지하고, STN 모드의 액정소자(7)를 구성하고 있다.
이 STN 모드의 액정소자(7)의 제 1 기판(1)의 외측에, 제 1 편광판(9)과 반사판(10)을 배치하여, 제 2 기판(2)의 외측에 제 2 편광판(8)을 배치함에 의해, 반사형의 복굴절 칼라방식의 액정표시장치(17)를 구성한다.
제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 표면에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 기판(1)은, 수평축(H)에 대하여, 오른쪽으로 올라간 20°방향으로 러빙처리(rubbing treatment)함으로써, 하부 액정분자배향방향(7a)은 오른쪽으로 올라간(반시계회전) 20°이 되고, 제 2 기판(2)은 오른쪽 아래로 20°방향으로 러빙처리함으로써, 상부 액정분자배향방향(7b)은 오른쪽 아래로(시계회전) 20°가 된다. 점도 20cp인 네마틱액정에는, 카이럴재라고 부르는 선회성물질을 첨가하여, 비틀림 피치(P)를 14μm로 조정하고, 좌로 220°돌아간 트위스트의 STN 모드의 액정소자(7)를 형성한다.
사용하는 네마틱액정(6)의 복굴절의 차 Δn은 0.21로, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 빈틈인 셀 갭(d)은 7μm로 한다. 따라서, 네마틱액정(6)의 복굴절의 차 Δn과 셀 갭(d)과의 곱으로 나타내는 액정소자(7)의 Δnd치는, 1470nm 이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제 2 편광판(8)의 흡수축(8a)은 수평축(H)을 기준으로 오른쪽 아래로 60°에 배치하고, 도 3에 나타내는 제 1 편광판(9)의 흡수축(9a)은 수평축(H)을 기준으로 하여 오른쪽 위로 75°에 배치하여, 상하 한 쌍의 편광판(8,9)의 교차각은 45°을 이루고 있다.
이와 같이 구성되어 있는 액정표시장치(17)에 있어서, 전압 무인가의 상태에서는, 제 2 편광판(8)의 흡수축(8a)에 평행한 진동면을 가지고 입사한 직선편광은, 액정소자(7)의 상부 액정분자배향방향(7b)에 대하여 40°의 각도로 입사하기 때문에, 타원편광상태가 된다. 이 타원편광상태와, 편광판(8,9)의 배치각을 최적화함으로써, 제 1 편광판(9)을 투과한 빛은, 선명한 핑크색의 칼라광이 된다. 이 칼라광은, 반사판(10)으로 반사되고, 다시 제 1 편광판(9)과 액정소자(7)와 제 2 편광판(8)을 투과하여, 시인측에 출사하여 핑크표시가 된다.
한편, 제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 사이에 전압을 인가하면, 네마틱액정(6)의 분자가 기동하고, 액정소자(7)의 겉보기의 Δnd치가 감소한다. 이 때문에, 액정소자(7)에서 발생한 타원편광상태가 변화하여, 색채가 변화한다.
도 5는, 이 액정표시장치의 빛깔표시를 나타내는 색도도이며, 화살표가 붙은 굵은 실선으로 나타내는 곡선(20)은, 도 2에 나타낸 액정소자(7)의 제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 사이에 인가하는 전압을 무인가상태로부터 서서히 증가한 경우의 색채변화를 나타내고 있다.
전압 무인가에서는 핑크이지만, 전압을 인가하여 서서히 그 전압을 올려가면, 일단 연두색이 된 뒤, 초록, 파랑이 되어, 더욱 높은 전압을 인가하면 흰색표시가 된다.
다음에, 이 액정표시장치(17)의 액정소자(7)에 있어서의 전극의 구성예를 도 6과 도 7에 의해서 설명한다.
도 6은 제 1 기판(1)의 윗면에 형성한 ITO로 이루어지는 제 1 전극(3)을 윗면으로부터 본 평면도이며, 도 7은 제 2 기판(2)의 아래면에 형성한 ITO로 이루어지는 제 2 전극(4)을 윗면으로부터 본 평면도이다. 이들 도면에 있어서, 각 전극 패턴과 동시에 그 배선 패턴을 굵은 선으로 나타내고 있다. 또한, 도 1에 해당하는 문자표시부(41)와 마크표시부(42,42)의 부호를 붙이고 있다.
제 1 전극(3)은, 도 6에 나타낸 바와 같이 C1∼C5의 5개의 주사전극으로서 구성된다. 주사전극 C1∼C3은, 문자표시부(41)를 구성하는 각 전극 패턴에 접속하고 있어, 주사전극 C4와 주사전극 C5는, 마크표시부(42,42)를 구성하여 컬러플함을 연출하는 복수의 원형전극에 접속하고 있다.
여기서는 설명의 편의상 표시화면의 좌측에 주사전극 C1∼C5를 끌어내고 있지만 실제로는 도전페이스트나, 이방성도전 비즈를 사용하여, 주사전극 C1∼C5를 제 2 기판(2)측으로 이끌고 있는 경우가 많다.
제 2 전극(4)은, 도 7에 나타낸 바와 같이 D1∼D20의 20개의 데이터전극으로서 구성된다. 그리고, 데이터전극 D2와 같이, 문자표시부(41)의 전극 패턴과만 접속하고 있는 배선, 데이터전극 D10과 같이, 마크표시부(42)의 원형전극에만 접속하고 있는 배선, 데이터전극 D1과 같이, 문자표시부(41)와 마크표시부(42)의 양쪽의 전극에 접속하고 있는 배선이 있다.
3분할구동인 경우, 통상 데이터전극은 3화소에 접속하지만, 마크표시부(42)는 실제의 표시와는 관계가 없기 때문에, 문자표시부(41)에 있어서 데이터전극이 3화소이내에 접속되어 있으면 문제는 없다.
다음에, 이 액정표시장치의 구동방법에 관해서, 도 8, 도 9 및 도 10에 나타내는 구동신호를 참조하여 설명한다. 도 8은, 도 6에 나타낸 주사전극 C1∼C5에 인가하는 신호를 나타내며, 도 9는, 도 7에 나타낸 데이터전극중 D1, D5, D9, D10에 인가하는 신호와, 마크표시부(42)의 주사전극 C4와의 사이의 액정에 인가되는 합성파형을 나타낸다. 도 10은, 이 액정표시장치의 주사전극과 데이터전극에의 인가신호와, 실제로 액정에 인가되는 합성파형의 예로, 3분할구동, 1/2 바이어스로, 구동전압이 3V인 경우이다.
문자표시부(41)의 주사전극 C1∼C3에는, 도 8에 나타낸 바와 같이 통상의 주사신호를 인가하지만, 마크표시부(42)의 주사전극 C4와 C5에는, 데이터신호를 인가한다. 여기서는 주사전극 C4에는, 온/온/온의 데이터신호를 인가하여, 주사전극 C5에는, 오프/오프/오프의 데이터신호를 인가한다.
따라서, 주사전극 C4와 접속한 화소에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 데이터전극 D1, D5, D9, D10에 인가하는 데이터신호에 의해, V3=3.0V, V2= 2.45V, V1=1.73V, V0=0V의 4종류의 전압이 합성파형으로 인가된다. 이 전압은 실효치로, V3은(32+32+32)/3의 평방근=3, V2는(32+32+O2)/3의 평방근=2.45, V2는(32+O2+O2)/3의 평방근=1.73이 된다. 이하의 전압도 전부 실효치이다.
데이터전극 D1에는, 도 9의 가장 위의 난에 나타낸 바와 같이, 오프/오프/오프의 데이터신호를 인가한다. 따라서, 데이터전극 D1이 접속하고 있는 문자표시부(41)의 화소(세그멘트)는, Voff=1.22V가 되어, 배경과 같은 핑크표시가 되지만, 주사전극 C4의 신호와의 합성파형은, V3=3V가 되고, 도 1에 나타내는 마크표시부(42)중의 원형 패턴(43)은, 백색(도 5에 인가전압이 최대일 때의 표시색)을 나타낸다.
데이터전극 D5에는, 도 9의 3번째의 난에 나타낸 바와 같이, 오프/오프/온의 데이터신호를 인가한다. 따라서, 데이터전극 D5가 접속하고 있는 문자표시부(41)의 화소는, Voff=1.22V가 되고, 배경과 같은 핑크표시가 되지만, 주사전극 C4의 신호와의 합성파형은, V2=2.45V가 되어, 도 1에 나타내는 마크표시부(42)중의 원형 패턴(44)은, 파랑(도 5에 인가전압이 최대보다 조금 낮을 때의 표시색)을 나타낸다.
데이터전극 D9에는, 도 9의 3번째의 난에 나타낸 바와 같이, 오프/온/온의 데이터신호를 인가한다. 따라서, 데이터전극 D5가 접속하고 있는 문자표시부(41)의 화소는, Voff=1.22V와 Von=2.12V가 되고, 각각, 배경과 같은 핑크표시와 초록표시가 되지만, 주사전극 C4의 신호와의 합성파형은, V1=1.73V가 되고, 도 1에 나타내는 마크표시부(42)중의 원형 패턴(45)은, 연두색(도 5에서 인가전압이 최저보다 조금 높을 때의 표시색)을 나타낸다.
데이터전극 D10에는 도 9의 가장 아래 난에 나타낸 바와 같이, 온/온/온의 데이터신호를 인가한다. 데이터전극 D10은 문자표시부(41)의 화소에는 접속하지 않으므로 영향은 없지만, 주사전극 C4의 신호와의 합성파형은, V0=0V가 되어, 도 1에 나타내는 마크표시부(42)의 중의 화소(46)는, 배경과 같은 핑크색(도 5에 인가전압이 최저일 때의 표시색)을 나타낸다.
도 10에, 이러한 주사전극과 데이터전극에 인가하는 신호파형과 실제로 액정분자로 인가되는 합성파형의 관계를 나타낸다.
문자표시부(41)의 주사전극에는, 통상의 멀티플렉스구동에 사용하는 주사신호를 인가한다. 이 예로서는 3분할구동, 1/2 바이어스로, 구동전압이 3V의 파형예를 나타낸다.
주사신호는, 0V와 3V를 인가하는 선택기간(Ts)와, 1.5V를 인가하는 비선택기간(Tns)에서 구성하여, 선택기간(Ts)와 비선택기간(Tns)를 합쳐서 1프레임으로 한다. 선택기간(Ts)에 데이터전극으로부터 온신호를 인가하면, 비선택기간(Tns)의 데이터신호가 온신호라도 오프신호라도 영향을 받지 않고, 합성파형은 일정한 실효치 Von이 된다. 반대로, 선택기간(Ts)에 데이터전극으로부터 오프신호를 인가하면, 비선택기간(Tns)의 데이터신호에 상관없이, 합성파형은 실효치 Voff가 되고, 원하는 문자표시가 가능하게 된다.
한편, 도 1에 있어서의 마크표시부(42)의 주사전극(C4, C5)에는, 원래는 데이터 전극에 인가하고 있는 데이터신호와 동일한 데이터신호를 인가한다. 도 10의 하단에는, 주사전극에 온/온/온의 데이터신호를 인가한 경우의 예를 나타낸다. 주사전극에 데이터신호를 인가하면 데이터전극에 인가하는 데이터신호에 의해 3분할구동의 경우의 합성파형은 4종류의 실효치가 된다.
데이터전극에 인가하는 데이터신호가 온/온/온인 경우는, 주사전극에 인가한 데이터신호와 서로 지우고, 액정에의 인가전압은 V0=0V가 된다. 데이터전극에 인가하는 데이터신호가 온/온/오프의 경우는, 1프레임의 2/3의 기간은 0V에서, 1/3의 기간은 3V가 인가되어, 합성파형의 실효치는 V1=1.73 V가 된다. 데이터전극에 인가하는 데이터신호가, 온/오프/온, 오프/온/온이라도 완전히 동일한 실효치 V1이 된다.
마찬가지로 데이터전극에 인가하는 데이터신호가 온/오프/오프인 경우는, 1프레임의 1/3의 기간은 0V에서, 2/3의 기간은 3V가 인가되고, 합성파형의 실효치는 V2=2.45V가 된다. 데이터전극에 인가하는 데이터신호가, 오프/오프/온, 오프/온/오프라도 완전히 동일한 실효치 V2가 된다.
데이터전극에 인가하는 데이터신호가, 오프/오프/오프의 경우는 합성파형의 실효치는 V3=3V가 된다.
이와 같이, 액정에의 인가전압을 V0, V1, V2, V3으로 변화시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 인가전압에 의해 색채가 변화하는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치를 설치한 시계에서, 마크표시부(42)의 주사전극에 데이터신호를 인가함으로써, 통상의 계조기능이 없는 흑백액정구동용 IC를 사용하더라도, 마크표시부(42)의 색채를 변화시킬 수 있게 된다.
즉, 이 예로서는 문자표시부(41)는 핑크의 배경에 초록문자를 표시하고, 마크표시부(42)의 각 화소인 원형 패턴(43,44,45,46)은, 흰색/파랑/연두색/핑크의 멀티 칼라표시가 가능하게 된다. 그리고, 흑백액정구동용 IC는, 칼라액정구동용 IC보다도 단순한 회로이며, 소형으로 저소비전력이기 때문에, 시계나 휴대기기의 전지수명의 점에서도 바람직하다.
또한, 데이터전극에 인가하는 데이터신호를 0.1∼1초 정도의 간격으로 바꿔 가는 것에 따라, 마크표시부(42)의 각 원형 패턴의 표시색이 0.1∼1초 간격으로 변화하여, 컬러플하고 인상적인 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하게 되고, 젊은 세대를 대상으로 한 참신한 휴대기기를 제공할 수 있다.
〔제 1 실시예의 변형〕
이 제 1 실시예의 시계에 사용하는 액정표시장치는, 액정소자로서 220°트위스트 Δnd치=1470 nm의 STN 모드의 액정소자(7)를 사용하였지만 Δnd치=1300∼1600 nm이라면, 거의 같은 색채를 얻을 수 있다.
액정소자(7)의 Δnd치가, 1300nm 보다 작으면, 전압에 의한 겉보기 Δnd치의 변화량이 감소하기 때문에, 파랑이나 흰색이 나가기 어렵게 되어, 또한 Δnd치가 1600 nm보다 커지면, 배경의 핑크색이 나가기 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 표시색은 이 실시예의 색조와는 다르지만, TN 모드의 액정소자나, 180°트위스트 이상의 STN 모드의 액정소자를 사용하더라도, 같은 복굴절 칼라방식의 액정표시장치를 구성하는 것이 가능하며, 컬러플한 시계를 제공할 수 있다.
또한, 이 실시예에서는 시계용의 액정표시장치에 관해서 설명하였지만, 휴대형 테이프 레코더나 휴대전화용 등의 액정표시장치에 응용하는 것도 물론 가능하다.
또한, 이 실시예에서는, 제 1 전극(3)을 주사전극으로 하여, 제 2 전극(4)을 데이터전극으로서 구성하였지만, 이것을 반전하여, 제 2 전극(4)을 주사전극으로 하여, 제 1 전극(3)을 데이터전극으로 하는 것으로도 가능하다. 그 경우, 시각표시부(41)의 제 2 전극(4)에 주사신호를 인가하고, 마크표시부(42)의 제 2 전극(4)에 데이터신호를 인가하는 것이 된다.
〔제 2 실시예 : 도 11로부터 도 19〕
다음에 본 발명의 제 2 실시예에 관해서, 도 11로부터 도 19를 참조하여 설명한다.
이 제 2 실시예의 액정표시장치는, 제 1 실시예의 것과는 위상차판을 구비하는 점과 전극의 형상(패턴)이 다른 것과, 그 액정표시장치의 구동신호가 다른 점과, 백라이트장치를 구비하는 점에서 상위하지만, 그 이외는 제 1 실시예의 구성과 동일하다.
이 제 2 실시휴대의 액정표시장치의 표시부는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 현재의 시간이나 알람시간 등을 표시하는 도트 매트릭스표시의 문자표시부(51)와, 그 양측의 복수색을 나타내어 컬러플함을 연출하는 마크표시부(52,52)로부터 구성되어 있다. 그 마크표시부(52,52)는, 각각 복수의 원형 패턴(53,55,57)이나 사각형 패턴(54,56)으로 이루어진다. 문자표시부(51)는 색채가 변화하지 않고, 항상 소정의 색채에 의해서 시간을 표시한다.
마크표시부(52)는, 각 패턴(53∼57)마다 다른 색채를 나타내며, 또한 1초마다 색채가 변화한다. 또한, 약 0.1초마다 색채가 변화하도록 함으로써, 컬러플하고 또한 인상적인 시계 등의 휴대기기를 제공할 수 있다.
이 액정표시장치의 단면구조를 도 12에 나타내지만, 도 2가 나타낸 제 1 실시예의 액정표시장치와 대응하는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그것들의 설명은 생략한다.
이 액정표시장치(18)의 액정소자(12)는 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 빈틈에 240°트위스트 배향하고 있는 네마틱액정(6)을 봉입협지하여, STN 모드의 액정소자를 구성하고 있다.
그리고, 이 액정소자(12)의 제 2 기판(2)의 외측에, 지연값 1800 nm 위상차판(13)을 통해 제 2 편광판(8)을 배치하고 있다. 또한, 제 1 기판(1)의 외측에는 제 1 편광판(9)과 반투과반사판(11)과, 백라이트장치를 배치하고 있다. 이 반투과반사판(11)은, 밑으로부터의 빛을 일부투과하기 때문에, 백라이트장치(19)가 이 반투과반사판(11)의 아래쪽에 위치함으로써, 반투과반사판(11)을 통해서 액정소자(12)를 조명할 수가 있다. 따라서, 반투과형의 복굴절 칼라방식의 액정표시장치(18)를 구성할 수가 있다.
액정소자(12)의 제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 표면에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되고, 제 1 기판(1)은 도 13에 나타내는 수평축(H)을 기준으로 하여, 오른쪽 위로 30°방향으로 러빙처리함으로써, 하부 액정분자배향방향(12a)은 오른쪽 위로 30°가 되고, 제 2 기판(2)은 오른쪽 아래로 30°방향으로 러빙처리함에 의해, 상부 액정분자배향방향(12b)은 오른쪽 아래로 30°가 된다. 점도 20cp의 네마틱액정에는, 카이럴재라고 부르는 선회성물질을 첨가하여, 비틀림 피치(P)를 16μm로 조정하고, 왼쪽으로 240°회전한 트위스트의 STN 모드의 액정소자(12)를 형성한다.
사용하는 네마틱액정(6)의 복굴절의 차(Δn)은 0.21이며, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 빈틈인 셀 갭(d)은 8μm로 한다. 따라서 네마틱액정(6)의 복굴절의 차(Δn)과 셀 갭(d)과의 곱으로 나타내는 액정소자(12)의 Δnd치는, 1680 nm 이다. 따라서, 위상차판(13)의 지연값는, 액정소자(12)의 Δnd치보다 120 nm 크게 설정하고 있다.
위상차판(13)으로서는, 폴리카보네이트 필름을 1축 연신한 필름을 사용하였다. 따라서, 위상차판의 지상축(13a)의 굴절율을 nx, 그 지상축(13a)과 직교하는 y축방향의 굴절율을 ny, 두께 방향인 z축방향의 굴절율을 nz으로 정의하면, nx>ny=nz로 되어있다.
위상차판(13)을, 도 14에 나타낸 바와 같이 그 지상축(13a)이 수평축(H)을 기준으로서, 오른쪽 위로 65°의 위치가 되도록 배치한다. 또한, 제 2 편광판(8)의 흡수축(8a)은, 위상차판(13)의 지상축(13a)과 왼쪽으로 45°회전하여 배치하고, 제 1 편광판(9)의 흡수축(9a)은 도 13에 나타낸 바와 같이, 액정소자(12)의 하부 액정분자배향방향(12a)과 왼쪽으로 35°회전하여 배치하고, 상하 한 쌍의 편광판(8,9)의 교차각은 45°를 이루고 있다.
이와 같이 구성되어 있는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치(18)에 있어서, 전압 무인가의 상태에서는, 제 2 편광판(8)으로부터 입사한 직선편광은, 위상차판(13)의 복굴절성에 의해 타원편광이 되지만, 위상차판(13)의 지연값과 액정소자(12)의 Δnd치에 차이를 두어, 편광판배치각을 최적화함으로써, 액정소자(12)를 통과할 때에 직선편광에 되돌아간다. 이 때, 제 1 편광판(9)의 흡수축(9a)과 제 2 편광판(8)의 흡수축(8a)의 배치관계가 이 실시예와 같이 교차각은 45°를 이루고 있으면, 직선편광은 제 1 편광판(9)을 투과하지 않고, 검정표시가 된다.
다음에, 액정소자(12)의 제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 사이에 전압을 인가하면, 네마틱액정(6)의 분자가 기동하고, 액정소자(12)의 겉보기의 Δnd치가 감소한다. 이 때문에, 위상차판(13)에서 발생한 타원편광은, 액정소자(12)를 통과하더라도 완전한 직선편광으로는 돌아가지 않는다. 따라서, 타원편광상태로 제 1 편광판(9)에 도달하여, 특정한 파장의 빛이 제 1 편광판(9)을 투과하여 칼라광이 된다. 제 1 편광판(9)을 투과한 칼라광은, 반투과형반사판(11)으로 반사되고, 두 번째, 제 1 편광판(9)과 액정소자(12)와 위상차판(13)과 제 2 편광판(8)을 투과하여, 시인측으로 투사하여 칼라표시를 한다.
도 15는, 이 복굴절 칼라방식의 액정표시장치(18)의 표시색을 나타내는 색도도이며, 화살표가 붙은 굵은 실선으로 나타내는 곡선(21)은 인가전압을 무인가상태에서 서서히 증가해 나갈 때의 색채변화를 나타내고 있다. 전압무인가에서는 거의 무채색의 검정이지만, 전압을 인가하여, 서서히 그 전압을 올려 나가면, 일단 흰색이 된 후, 노랑색을 지나서 빨강, 파랑, 초록이 되고, 더욱 전압을 인가하면 연두색표시가 된다.
다음에, 이 제 2 실시예의 액정표시장치(18)의 전극구성을 도 16과 도 17을 사용하여 설명한다. 도 16은, 액정소자(18)의 제 1 기판(1)의 윗면에 형성한 ITO로 이루어지는 제 1 전극(3)을 윗면으로부터 본 평면도로, 도 17은, 제 2 기판(2)의 아래면에 형성한 ITO로 이루어지는 제 2 전극(4)을 윗면으로부터 본 평면도이다.
이 액정표시장치(18)에 있어서의 액정소자(12)의 제 1 전극(3)은, 도 16에 나타낸 바와 같이, C1∼C6의 6개의 주사전극으로서 구성하고 있다. 주사전극(C1∼C4)은, 문자표시부(51)의 매트릭스를 구성하는 4자루의 횡대형상의 전극에 각각 접속하고 있어, 주사전극(C5)과 주사전극(C6)은, 각각 컬러플함을 연출하는 2조의 마크표시부(52,52)를 구성하는 복수의 원형이나 사각형의 전극을 직렬로 접속하고 있다.
여기서는 설명의 편의상, 표시화면의 좌측에 각 주사전극(C1∼C6)을 끌어내고 있지만, 실제로는 도전페이스트나 이방성도전 비즈를 사용하여, 이들 주사전극(C1∼C6)을 제 2 기판(2)측으로 이끌고 있는 경우가 많다.
한편, 액정소자(12)의 제 2 전극(4)은, 도 17에 나타낸 바와 같이, D1∼D10의 10개의 데이터전극으로서 구성하고 있다. 모든 데이터전극(D1∼D10)은, 시각표시부(51)의 매트릭스를 구성하는 종대형의 전극과 마크표시부(52)를 구성하는 원형 또는 사각형의 전극의 양쪽에 접속하고 있어, 그것들의 각 배선용량을 거의 같이 하여, 표시얼룩짐이 쉽게 발생하지 않는다.
다음에, 이 액정표시장치(18)의 구동방법에 관해서, 도 18과 도 19에 나타내는 구동신호를 참조하여 설명한다.
도 18은, 도 16에 있어서의 주사전극(C1∼C6)에 인가하는 신호를 나타내고, 도 19는, 도 17에 있어서의 데이터전극 중, D1∼D5에 인가하는 신호와, 마크표시부(52)의 주사전극(C5)과의 사이의 액정에 인가되는 합성파형을 나타낸다.
이 제 2 실시예로서는, 액정표시장치(18)를 4분할구동, 1/3 바이어스로, 구동전압이 3V에서 구동하는 경우에 관해서 설명한다. 따라서, 주사전극에 통상의 주사신호를 인가한 경우, 데이터전극에 인가하는 데이터신호와의 합성파형은, 실효치로서, Von=1.73V와, Voff=1.0V가 되고, 시각표시부(51)는 검정배경에 녹색의 문자표시가 된다. 이하의 전압값도 전부 실효치이다.
그리고, 도 18에 나타낸 바와 같이, 문자표시부(51)의 주사전극(C1∼C4)에는 통상의 주사신호를 인가하지만, 마크표시부(52)의 주사전극(C5및 C6)에는, 데이터신호를 인가한다. 여기서는, 주사전극(C5)에는 온/온/온/온의 데이터신호를 인가하고 주사전극(C6)에는, 오프/오프/오프/오프의 데이터신호를 인가한다.
따라서, 제19도에 나타낸 바와 같이, 주사전극(C5)과 접속한 화소에는 데이터전극(D1∼D5)에 인가하는 데이터신호에 의해, V4=2.0V, V3=1.73V, V2=1.41V, V1=1.0V, V0=0V의 5종류의 전압이 합성파형으로서 인가된다.
데이터전극(D1)에는 도 19의 가장 위쪽 난에 나타낸 바와 같이, 오프/오프/오프/오프의 데이터신호를 인가한다. 따라서, 데이터전극(D1)이 접속하고 있는 문자표시부(51)의 화소는 Voff=1.0V가 되고, 배경과 같은 검정표시가 되지만, 주사전극(C5)의 신호와의 합성파형은 V4=2.0V가 되고, 도 11에 나타내는 마크표시부(52)중의 원형 패턴(화소)(53)은 연두색을 나타낸다.
데이터전극(D2)에는 도 19의 2번째 난에 나타낸 바와 같이, 오프/오프/오프/온의 데이터신호를 인가한다. 따라서 주사전극(C5)의 신호와의 합성파형은, V3=1.73V가 되고, 도 11에 나타내는 마크표시부(52)중의 사각형 패턴(54)은 녹색을 나타낸다.
데이터전극(D3)에는 도 19의 3번째의 난에 나타낸 바와 같이, 오프/온/오프/온의 데이터신호를 인가한다. 따라서 주사전극(C5)의 신호와의 합성파형은, V2=1.41V가 되고 도 11에 나타내는 마크표시부(52)중의 원형 패턴(55)은 파랑을 나타낸다.
데이터전극(D4)에는 도 19의 4번째의 난에 나타낸 바와 같이, 온/온/온/오프의 데이터신호를 인가한다. 따라서 주사전극(C5)의 신호와의 합성파형은, V1=1V가 되고 도 11에 나타내는 마크표시부(52)중 사각형 패턴(56)은 배경과 같은 검정색을 나타낸다.
데이터전극(D5)에는 도 19의 가장 아래 난에 나타낸 바와 같이, 온/온/온/온의 데이터신호를 인가한다. 따라서 주사전극(C4)의 신호와의 합성파형은, V0=0V가 되고, 도 11에 나타내는 마크표시부(52)중의 원형 패턴(57)은, 사각형 패턴(56)과 같이, 배경과 같은 검정색을 나타낸다.
이와 같이, 통상의 계조기능이 없는 흑백액정구동용 IC를 이용하여, 복굴절 칼라방식의 액정표시장치(18)를 구동함으로써, 문자표시부(51)는 검정배경에 초록문자를 표시하여, 마크표시부(52,52)의 각 패턴(화소)은, 검정/파랑/초록/연두색의 멀티 칼라표시가 가능하게 된다. 더구나, 흑백액정구동용 IC은, 칼라액정구동용 IC보다도 단순한 회로이며, 소형으로 저소비전력이기 때문에, 시계 등의 휴대기기의 전지수명의 점에서도 바람직하다.
또한, 데이터전극에 인가하는 데이터신호를 0.1∼1초 정도의 간격으로 바꿔 감으로써, 마크표시부(52)의 각 패턴의 빛깔이 0.1∼1초 간격으로 변화하고 컬러플하고 인상적인 표시가 가능해져, 젊은 층을 대상으로 한 참신한 휴대기기를 제공할 수 있다.
〔제 2 실시예의 변형〕
이 제 2 실시예의 액정표시장치는, 반사판으로서 반투과형반사판(11)을 사용하여, 백라이트장치(19)를 설치하여 야간에도 인식가능하게 하였는데, 반사판을 반사전용형으로 하여, 백라이트장치(19)를 설치하지 않아도 좋다.
또한, 이 실시예의 액정표시장치는, 240°트위스트로 Δnd치=1680 nm의 STN 모드의 액정소자(12)와, 지연값이 1800 nm의 위상차판(13)을 사용하였지만, Δnd=1500∼1800nm의 STN 모드의 액정소자(12)와, 액정소자(12)의 Δnd치보다 50∼200nm 큰 지연값의 위상차판(13)이면, 거의 동일한 색채를 얻을 수 있다.
액정소자(12)의 Δnd치가, 1500 nm보다 작으면, 전압에 의한 겉보기의 Δnd치의 변화량이 감소함으로써, 파랑이나 초록이 나오기 어렵게 된다. 또한, Δnd치가 1800 nm보다 커지면, 빛깔변화가 급격하게 되고 얼룩짐이나 온도에 의한 빛깔변화도 커지기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 표시색은 이 실시예의 액정표시장치에 의한 색조와는 다르지만, TN 모드의 액정소자나, 180°트위스트 이상의 STN 모드의 액정소자, 혹은, 180°트위스트 이상의 STN 모드의 액정소자와 위상차판을 사용하더라도, 같은 복굴절 칼라방식의 액정표시장치를 구성하는 것이 가능하며 마찬가지로 컬러플한 시계를 제공할 수 있다.
또한, 이 실시예의 액정표시장치에서는, 폴리카보네이트 필름을 1축 연신(uniaxial stretching)한 필름을 위상차판(13)으로서 사용하였지만, 위상차판의 지상축(13a)의 굴절율을 nx, 이 지상축(13a)과 직교하는 y축방향의 굴절율을 ny, 두께 방향인 z축방향의 굴절율을 nz로 정의하면, nx>nz>ny가 되는 2축 연신의 위상차판을 사용함으로써, 시야각 특성을 더욱 개선할 수가 있다.
또한, 위상차판(13) 대신에, 트리아세틸셀룰로오즈(TAC) 필름이나 폴리에스테르(PET) 필름에, 액정폴리머를 도포하여 고정부착한, 뒤틀림 위상차판을 사용함으로써 더욱 양호한 색채의 표시가 가능하게 된다.
이 실시예의 Δnd=1680 nm의 액정소자(12)에, 240°의 우회전 트위스트로 Δnd치=1650 nm의 뒤틀림 위상차판을 조합한 바, 양호한 흑색배경에, 선명한 색채로 정보를 표시하는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치가 되어, 보다 컬러플한 표시를 얻을 수 있었다.
STN 모드의 액정소자(12)와 뒤틀림 위상차판에 의해, 복굴절 칼라방식의 액정표시장치를 구성하는 경우에는, Δnd=1500∼1800 nm의 STN 모드의 액정소자(12)와, 액정소자(12)의 Δnd치보다 10∼100nm 작은 Δnd치의 뒤틀림 위상차판을 사용하면, 거의 같은 색채를 얻을 수 있다.
뒤틀림 위상차판을 사용한 복굴절 칼라방식의 액정표시장치에 있어서도, 액정소자(12) Δnd치가 1500nm보다 작으면, 전압에 의한 겉보기의 Δnd치의 변화량이 감소함에 의해, 파랑이나 초록이 나오기 어렵게 된다. 또한,Δnd치가 1800nm보다 크게 되면, 빛깔변화가 너무 급격하게 되어, 얼룩짐이나 온도에 의한 빛깔변화도 커지기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 이 실시예에서는 시계용의 액정표시장치에 관해서 설명하였지만, 휴대형 테이프 레코더나 휴대전화용의 액정표시장치에 적용하는 것도 물론 가능하다.
또한, 이 실시예로서는 제 1 전극(3)을 주사전극으로 하여, 제 2 전극(4)을 데이터전극으로서 구성하였지만, 그 관계를 반전하여, 제 2 전극(4)을 주사전극으로 하여, 제 1 전극(3)을 데이터전극으로 하는 것으로도 가능하다. 그 경우, 시각표시부(51)의 제 2 전극에 주사신호를 인가하여, 마크표시부(52)의 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하는 것이 된다.
또한, 이 실시예에서는 액정표시장치의 마크표시부의 형상을, 원형이나 사각형의 단순한 형태로 하였지만, 복잡한 도형으로 하는 것도, 동물이나 탈것의 형상이나 문자형상 등으로 하는 것도 물론 가능하다.
상술한 실시예에서는 액정표시장치의 구동방법으로서, 4분할구동의 경우에 관해서 설명하였지만, 분할수 N이 더욱 증가하면, 마크표시부에의 합성파형의 실효치는, N+1종류가 되고, 또한 액정표시장치의 최적전압에 맞추기 쉽게 되기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 실시예에서는 액정표시장치의 구동방법으로서, 1프레임내에서 음양을 반전하여 액정소자에의 직류인가를 방지하는 1행내 반전구동의 예로 설명하였지만, n행마다 음양을 반전하는 n행 반전구동이나, 1프레임마다 음양을 반전하는 프레임마다 반전구동을 채용하고, 물론 같이 액정표시장치를 구동하는 것은 가능하다.
〔제 3 실시예: 도 20에서 도 23〕
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 관해서 도 20에서 도 23을 참조하여 설명한다. 이들 도면에 있어서 전술한 제 1, 제 2 실시예와 같은 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그들 설명은 생략한다.
이 제 3 실시예의 액정표시장치는 도 21에 나타낸 바와 같이 제 1 액정표시장치(61)와 제 2 액정표시장치(63)와 2층식 액정표시장치이다.
그리고, 그 제 1 액정표시장치(61)의 표시부는 도 20에 나타낸 바와 같이, 현재의 시간이나 알람시간 등을 표시하는 문자표시부(41)를 가지며, 제 2 액정표시장치(63)의 표시부는 도 20에 파선으로 나타낸 바와 같이 직사각형의 셔터부(47)를 구성한다.
제 1 액정표시장치(61)의 상부에 제 2 액정표시장치(63)를 거듭 배치하고 있기 때문에, 셔터부(47)가 닫힌 상태로서는 은색이 되고, 문자표시부(41)는 완전히 보이지 않게 된다. 셔터부(47)가 연 상태에서 처음으로 문자표시부(41)가 인식되도록 된다.
셔터부(47)가 닫힌 상태로서는, 완전히 미러조(mirror tone)가 되어 있고, 시계 혹은 휴대기기로서보다도, 액세서리처럼 보이기 때문에, 패션 감각도 풍부한 휴대기기를 제공할 수 있다.
다음에, 이 제 3 실시예의 2층식 액정표시장치의 구성을 그 단면도인 도 21 및 그 각 액정소자와 편광판과의 배치관계를 나타내는 평면도인 도 22와 도 23을 사용하여 설명한다.
도 21에 있어서, 제 1 액정표시장치(61)는 ITO로 이루어지는 제 1 전극(3)이 형성되어 있는 두께 0.5 mm의 유리판으로 이루어지는 제 1 기판(1)과, 같이 ITO로 이루어지는 제 2 전극(4)이 형성되어 있는 두께 0.5 mm의 유리판으로 이루어지는 제 2 기판(2)과, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 맞붙이게 하는 시일재(5)와, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)에 봉입협지되어 있는 90°트위스트 배향하고 있는 네마틱액정(6)에 의해, TN 모드의 제 1 액정소자(60)를 형성하고 있다.
그 제 1 액정소자(60)의 제 1 기판(1)의 외측에는, 제 1 편광판(9)과, 반투과반사판(11)을 배치하고 제 2 기판(2)의 외측에는 제 2 편광판(8)을 배치하고 있다.
이 반투과반사판(11)은 아래로부터의 빛을 일부 투과하기 때문에, 그 하부에 백라이트장치(19)를 설치함으로써, 반투과형의 액정표시장치를 구성한다.
제 2 액정표시장치(63)도, ITO로 이루어지는 제 1 전극(73)이 형성되어 있는 두께 0.3 mm의 유리판으로 이루어지는 제 1 기판(71)과, 같이 ITO로 이루어지는 제 2 전극(74)이 형성되어 있는 두께 0.3 mm의 유리판으로 이루어지는 제 2 기판(72)과, 제 1 기판(71)과 제 2 기판(72)을 맞붙게 하는 시일재(75)와, 제 1 기판(71)과 제 2 기판(72)에 협지되어 있는 90°트위스트배향하고 있는 네마틱액정(76)과 따라서, TN 모드의 제 2 액정소자(62)를 형성하고 있다.
이 제 2 액정소자(62)의 제 1 기판(71)의 외측에는, 반사형편광판(65)을 배치하여, 제 2 기판(72)의 외측에는, 제 3 편광판(64)을 배치한다. 이 반사형편광판(65)은 굴절율이 다른 재료를 100층 이상 겹쳐 있는 필름으로, 투과축과 평행하게 진동면을 갖는 직선편광은 투과하지만, 그 투과축과 90°어긋난 방향의 진동면을 갖는 빛은 반사하는 성질의 필름이며, 이 실시예로서는, 3M(쓰리엠)사제의 상품명 D-BEF-A를 사용하였다.
제 1 액정소자(60)의 제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 표면에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되고, 도 22에 나타낸 바와 같이, 제 1 기판(1)은 수평축(H)을 기준 오른쪽 아래로 45°방향으로 러빙처리함으로써, 하부 액정분자배향방향(60a)은 오른쪽 아래로 45°로 하고, 제 2 기판(2)은 오른쪽 위로 45°방향으로 러빙처리함으로써 상부 액정분자배향방향(60b)은 오른쪽 위로 45°가 된다. 점도 20cp의 네마틱액정에는, 카이럴재라고 부르는 선회성물질을 첨가하여, 비틀림 피치(P)를 약 100μm로 조정하여, 왼쪽으로 90° 돌아간 트위스트의 TN 모드의 제 1 액정소자(60)를 형성한다.
사용하는 네마틱액정(6)의 복굴절의 차(Δn)는 0.15로, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 빈틈인 셀 갭 폭 8μm로 한다. 따라서 네마틱액정(6)의 복굴절의 차(Δn)와 셀 갭(d)과의 곱으로 나타내는 제 1 액정소자(60)의 Δnd치는 1200 nm 이다.
제 2 액정소자(62)의 제 1 전극(73)과 제 2 전극(74)의 표면에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되고, 도 23에 나타낸 바와 같이, 제 1 기판(71)은 수평축(H)을 기준, 오른쪽 아래로 45°방향으로 러빙처리함으로써, 하부 액정분자배향방향(62a)은 오른쪽 아래로 45°가 되고, 제 2 기판(72)은 오른쪽 위로 45°방향으로 러빙처리함으로써 상부 액정분자배향방향(62b)은 오른쪽 위로 45°가 된다. 점도 20cp의 네마틱액정에는, 카이럴재라고 부르는 선회성물질을 첨가하여, 비틀림 피치(P)를 약 100 μm로 조정하여, 왼쪽으로 90°회전시킨 트위스트의 TN 모드의 제 2 액정소자(62)를 형성한다.
사용하는 네마틱액정(76)의 복굴절의 차(Δn)는 0.15로, 제 1 기판(71)과 제 2 기판(72)의 빈틈인 셀 갭(d)은 8μm로 한다. 따라서 네마틱액정(76)의 복굴절의 차(Δn)와 셀 갭(d)과의 곱으로 나타내는 제 2 액정소자(62)의 Δnd치도, 1200nm 이다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 제 1 액정표시장치(61)에 구비하는 제 2 편광판의 흡수축(8a)은 제 1 액정소자(60)의 상부 액정분자배향방향(60b)과 같이 오른쪽 위로 45°에 배치하여, 제 1 편광판의 흡수축(9a)은 제 1 액정소자(60)의 하부 액정분자배향방향(60a)과 같이 오른쪽 아래로 45°에 배치하기 때문에, 상하 한 쌍의 편광판(8,9)의 교차각은 90°를 이루고 있다.
도 24에 나타낸 바와 같이, 제 2 액정표시장치(62)에 구비하는 제 3 편광판(64)의 흡수축(64a)은 제 2 액정소자(62)의 상부 액정분자배향방향(62b)과 같이 오른쪽 위로 45°에 배치하여, 반사형편광판(65)의 투과축(65a)은 제 2 액정소자(62)의 하부 액정분자배향방향(62a)과 같이 오른쪽 아래로 45°로 배치한다.
이와 같이 구성되어 있는 이 제 3 실시예의 2층식 액정표시장치에 있어서, 제 2 액정소자(62)에 전압 무인가의 상태에서는, 제 3 편광판(64)을 통과하여, 그 흡수축(64a)과 직교하는 방향에서 입사한 직선편광은 제 2 액정소자(62)에 의해 90°선회하여, 반사형편광판(65)의 투과축(65a)과 직교한 반사축의 방향이 되기 때문에, 입사광은 모두 반사하고, 은색의 미러표시가 된다.
다음에, 제 2 액정소자(62)의 제 1 전극(73)과 제 2 전극(74)의 사이에 전압을 인가하면, 네마틱액정(76)의 분자가 기동하고, 제 2 액정소자(62)의 선광성(旋光性)을 잃게 되고, 제 3 편광판(64)을 통과하여 그 흡수축(64a)과 직교하는 방향에서 입사한 직선편광은, 반사형편광판(65)의 투과축(65a)에 평행하게 들어가기 때문에, 제 2 액정표시장치(63)를 투과하여, 도 20에 나타낸 셔터부(47)가 열린 상태가 된다.
이 셔터부(47)가 열린 상태에서는, 제 1 액정표시장치(61)의 제 2 편광판의 흡수축(8a)과 직교하고 있는 투과축과, 제 2 액정표시장치(63)의 반사형편광판(65)의 투과축(65a)이 평행하기 때문에, 제 2 액정표시장치(63)를 투과한 직선편광은, 제 1 액정표시장치(61)에 입사한다.
그리고, 제 1 액정소자(60)에 전압무인가상태에서는, 제 2 편광판(8)에서 입사한 직선편광은 90°선회하여, 제 1 편광판(9)의 흡수축(9a)과 직교한 투과축방향에 도달하기 때문에, 입사광은 제 1 편광판(9)을 투과하고, 반투과형반사판(11)으로 반사되며, 두 번째, 제 1 액정표시장치(61)와 제 2 액정표시장치(63)를 투과하여 시인측에 투사하여, 흰색표시를 한다.
또한, 제 1 액정소자(60)의 제 1 전극(3)과 제 2 전극(4)의 사이에 전압을 인가하면, 네마틱액정(6)의 분자가 기동하여, 제 1 액정소자(60)의 선광성을 잃게 되고, 제 2 편광판(8)을 통해서 그 흡수축(8a)과 직교하는 방향에서 입사한 직선편광은 그대로 제 1 편광판(9)의 흡수축(9a)에 평행하게 들어가기 때문에, 입사광은 전부 흡수되어, 제 1 액정표시장치는 검정표시가 된다.
다음에, 이 제 3 실시예의 2층식 액정표시장치의 구동방법에 대하여 설명한다. 그 구동신호는 도 8과 도 9에 나타낸 제 1 실시예로 사용한 신호와 동일하다. 제 1 액정소자(60)의 제 1 전극(3)은 도 6에 나타낸 바와 같은 주사전극(C1∼C3)으로 이루어져, 도 8에 나타낸 주사신호를 인가한다. 제 2 전극(4)은 도 7에 나타낸 바와 같은 데이터전극(D1∼D20)으로 이루어져, 도 9에 나타낸 데이터신호를 인가함으로써, 시간등의 표시를 할 수 있다.
한편, 제 2 액정소자(62)의 제 1 전극(73)은, 1개의 주사전극으로 이루어지며, 도 8의 C4에 나타낸 데이터신호를 인가한다. 제 2 전극(74)은, 1개의 데이터전극으로 이루어져, 도 9의 D1에 나타낸 데이터신호를 인가함으로써, 제 1 전극(73)과 제 2 전극(74)의 사이에 도 9에 나타낸 합성파형이 인가되어, 실효치로서 3V를 인가하는 것이 가능하게 된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 제 1 액정소자(60)에는, Von=2.12V밖에 인가할 수 없지만, 제 2 액정소자(62)에는 V3=3.0V도 인가되기 때문에, 제 2 액정소자(62)는 완전히 열린 상태가 되고, 밝고 또한 시야각 특성의 양호한 셔터특성을 얻을 수 있다.
또한, 제 2 액정소자(62)의 제 2 전극(74)에, 도 9에 나타낸 D5나 D9의 데이터신호를 인가함으로써, 제 2 액정표시장치(63)를 반개상태로 하는 것도 가능하며, 개폐시에 서서히 문자가 나타났다가 숨었다가 하는 제어도 가능하다.
이와 같이, 통상의 계조기능이 없는 흑백액정구동용 IC을 사용하여, 2층식액정표시장치를 구동함으로써, 제 2 액정표시장치(63)에 인가하는 실효전압을, 제 1 액정표시장치로 인가하는 실효전압보다 크게 하는 것이 가능해지고, 셔터부를 완전히 연 상태로서, 밝은 표시가 가능해져, 메탈릭셔터로부터 문자가 나오는 젊은 층을 대상으로 한 참신한 시계 등의 휴대기기를 제공할 수 있다.
〔제 3 실시예의 변형〕
이 제 3 실시예로서는, 반사판으로서 반투과형반사판(11)을 사용하여, 백라이트장치(19)를 설치하며, 야간에도 인식가능하게 하였는데, 반사판을 반사전용형으로 하여, 백라이트장치(19)를 설치하지 않아도 된다.
또한, 제 2 액정표시장치(63)에 제 3 편광판(64)과 반사형편광판(65)을 설치하였지만, 미러조로는 되지 않고 검정배경 혹은 흰색배경이 되지만, 반사형편광판(65)을 제거하여, 제 3 편광판(64)만으로 구성하는 것이나, 반사형편광판(65)을 통상의 흡수형편광판로 대체하고 구성하는 것도 가능하다.
또한, 이 실시예에서는 제 1 액정소자(60)와 제 2 액정소자(62)에는, 90°트위스트의 TN 액정소자를 사용하였지만, 180°∼270°트위스트의 STN 액정소자를 사용하거나, STN 액정소자에 위상차판이나 뒤틀림 위상차판을 추가한 액정표시장치를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 이 실시예에서는, 제 2 액정표시장치(63)에는 셔터부(47)를 1개밖에 설치하지 않았지만, 셔터부를 복수 설치하는 것도 물론 가능하다.
이 실시예에서는 제 1 액정표시장치(61)와 제 2 액정표시장치(63)를 구비하는 2층식 액정표시장치에 관해서 설명하였지만, 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동방법을 통상의 액정표시장치에 사용하는 것에 따라, 마크부나 아이콘부분의 콘트라스트를 강조하거나, 중간조표시로 하는 것으로도 가능하다.
이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명에 의한 액정표시장치는 복굴절 칼라방식의 액정표시장치의 표시부에 문자표시부와 마크표시부를 설치하고, 마크표시부를 멀티 칼라표시함으로써 컬러플하고 패션 감각이 풍부한 표시가 가능하다.
더구나, 계조기능이 없는 통상의 흑백표시용의 액정구동용 IC을 사용하여, 복굴절칼라방식의 액정표시장치를 구동함으로써 멀티 칼라표시를 실현하였기 때문에, 저비용으로 소비전력이 적은 멀티칼라표시가 가능한 컬러플한 휴대기기를 제공할 수 있다.
또한 제 3 실시예와 같이 제 1 액정표시장치의 상부에 제 2 액정표시장치를 배치한 2층식 액정표시장치는, 제 2 액정표시장치의 콘트라스트가 높고, 또한 중간조표시가 가능하게 되므로, 밝고 또한 밝음조정기능을 가지는 패션 감각이 뛰어난 휴대기기계를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 액정소자와, 해당 액정소자를 끼우고 그 양측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판으로 이루어지는 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정소자에 의한 표시부가, 단일색으로 표시하는 문자표시부와, 복수색으로 표시하는 마크표시부를 가지며,
    상기 문자표시부의 상기 제 1 전극에는 주사신호를 인가하여, 상기 마크표시부의 상기 제 1 전극에는 데이터신호를 인가하고, 상기 문자표시부와 마크표시부의 제 2 전극에는 어느 것이나 데이터신호를 인가하여, 상기 액정소자를 구동하는 액정구동회로를 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판이 반투과반사판이며, 해당 반투과반사판의 상기 액정소자와 반대측에 해당 반투과반사판을 통해서 상기 액정소자를 조명하는 백라이트장치를 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액정소자와 그 시인측의 상기 편광판과의 사이에 위상차판을 설치한 액정표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 액정소자와 그 시인측의 상기 편광판과의 사이에 위상차판을 설치한 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액정소자와 그 시인측의 상기 편광판과의 사이에 뒤틀림 위상차판을 설치한 액정표시장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 액정소자와 그 시인측의 상기 편광판과의 사이에 뒤틀림 위상차판을 설치한 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 액정소자는 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1300nm∼1600nm인 액정표시장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 액정소자는 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1300nm∼1600nm인 액정표시장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 액정소자는 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1500nm∼180Onm이며, 상기 위상차판의 지연값이 1600 nm∼1900nm인 액정표시장치.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 액정소자는 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1500nm∼1800nm이며, 상기 위상차판의 지연값이 1600nm∼l900nm인 액정표시장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 위상차판이 지상축의 굴절율을 nx, 지상축과 수직방향의 굴절율을 ny, 두께 방향의 굴절율을 nz로 하였을 때, nx>nz>ny인 관계가 되는 위상차판인 액정표시장치.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 위상차판이 지상축의 굴절율을 nx, 지상축과 수직방향의 굴절율을 ny, 두께 방향의 굴절율을 nz로 하였을 때, nx>nz>ny의 관계가 되는 위상차판인 액정표시장치.
  13. 제 5 항에 있어서, 상기 액정소자는 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1500nm∼1800nm이며, 상기 뒤틀림 위상차판의 Δnd치가 1400nm∼180Onm인 액정표시장치.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 액정소자는 상기 네마틱액정이 180°∼270°트위스트 배향하고 있는 STN 액정소자이며, 그 액정의 복굴절성인 Δn과, 해당 액정소자의 갭(d)과의 곱인 Δnd치가 1500nm∼1800nm이며, 상기 뒤틀림 위상차판의 Δnd치가 1400nm∼1800nm인 액정표시장치.
  15. 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 1 액정소자와, 해당 제 1 액정소자를 끼우듯이 그 외측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판과로 이루어지는 제 1 액정표시장치와,
    제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 2 액정소자와, 해당 제 2 액정소자의 시인측에 설치한 제 3 편광판과 로 이루어져, 상기 제 1 액정표시장치의 시인측에 배치되는 제 2액정표시장치와,
    상기 제 1 액정소자의 제 1 전극에는 주사신호를 인가함과 동시에 상기 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하고, 상기 제 2 액정소자의 제 1 전극 및 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 1, 제 2 액정소자를 구동하는 액정구동회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제 2 액정소자의 시인측과 반대측에 반사형편광판을 설치한 액정표시장치.
  17. 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 액정소자와, 해당 액정소자를 끼우고 그 양측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판으로 이루어져, 그 표시부가, 단일색으로 표시하는 문자표시부와, 복수색으로 표시하는 마크표시부를 갖는 액정표시장치의 구동방법으로서,
    상기 문자표시부의 상기 제 1 전극에는 주사신호를 인가하여, 상기 마크표시부의 상기 제 1 전극에는 데이터신호를 인가하고, 상기 문자표시부와 마크표시부의 제 2 전극에는 어느 것이나 데이터신호를 인가하여, 상기 액정소자를 구동하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  18. 제 1 전극을 갖는 투명한 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 1 액정소자와, 해당 제 l의 액정소자를 끼우듯이 그 외측에 설치한 1조의 편광판과, 그 한편의 편광판의 상기 액정소자와 반대측에 배치한 반사판과로 이루어지는 제 1 액정표시장치와,
    제 1 전극을 갖는 투명한 제 l의 기판과 제 2 전극을 갖는 투명한 제 2 기판과의 사이에 네마틱액정을 봉입하여 이루어지는 제 2 액정소자와, 해당 제 2 액정소자의 시인측에 설치한 제 3 편광판과로 이루어지고, 상기 제 l의 액정표시장치의 시인측에 배치되는 제 2 액정표시장치와로 이루어지는 액정표시장치의 구동방법에 있어서,
    상기 제 1 액정소자의 제 1 전극에는 주사신호를 인가함과 동시에 상기 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 2 액정소자의 제 1 전극 및 제 2 전극에는 데이터신호를 인가하여, 상기 제 1, 제 2의 액정소자를 구동하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
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