KR20000077296A - 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 디스플레이 장치는 도광판, 광원, 반사 편광자 및 액정 셔터(shutter)를 갖는다. 도광판은 도광판의 상면에 형성된 광 출사 수단을 포함한다. 광원은 도광판의 입사 측면에 근접하게 배치되어 광원으로부터의 입사광을 광 출사 수단을 통해 도광판의 하면으로부터 출사시킨다. 반사 편광자는 도광판의 하면에 배치되어 자연광을 반사시켜 직선 편광을 제공한다. 액정 셔터는 도광판의 상면 위에 배치되고, 액정 셀 및 1개 이상의 편광판을 포함한다.

Description

액정 디스플레이 장치{LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 광 이용 효율이 뛰어나고 밝고 보기 쉬운 디스플레이를 제공하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
소비전력이 적은 반사형 액정 디스플레이 장치의 이점을 광범위하게 채용하면서 어두운 곳 등에서는 조명 장치를 부가하여 투과형 액정 디스플레이 장치의 이용으로 장치의 시각적 인식을 가능하게 하는 반사 및 투과 모드의 두 가지 방식이 모두 사용되는 액정 디스플레이 장치가 연구되어 왔다. 예를 들면, 반투과형 반사판을 이용하는 액정 디스플레이 장치 등이 제안되어 있다. 그러나, 반투과형 반사판을 이용하는 시스템은 반-거울(half-mirror) 효과에 의해 광이 반사광과 투과광으로 분리되기 때문에 어느 모드의 시스템도 반사형 또는 투과형 장치에 대한 휘도가 열악한 단점이 있었다.
상기 단점을 고려하여, 반사율과 투과율의 합계가 100 %를 초과할 수 있는 반사 편광자를 사용하여 개선하자는 제안이 있었다. 그러나, 반사와 투과로 직선 편광의 진동면이 변화하고(90°) 디스플레이가 반전하였다. 따라서, 광이 황혼에 점등하여 투과 모드로 시각 인식되면, 반사 모드에 의한 디스플레이는 콘트라스트를 강조하여 디스플레이가 황혼에서 어느 모드로도 보기 어렵게 되었다. 더구나, 검정색 디스플레이의 부유를 방지하기 위해 배치된 흡광제에 의해 광이 흡수되어 투과 모드에서 디스플레이가 어두워졌다. 상기 단점을 개선시키고자 하는 경우 부유로 인한 검정색의 저하로 콘트라스트를 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 반사·투과 양 모드에서 밝기가 뛰어나고 디스플레이의 반전이 일어나지 않는 우수한 시각 인식성을 갖는 액정 디스플레이 장치를 개발하는 것이다.
도 1은 액정 디스플레이 장치의 한 예의 단면을 도시한 설명도이다.
도 2는 도광판에서 광 출사 수단의 측면을 도시한 설명도이다.
도 3은 투과 모드에서의 시각 인식 상태의 설명도이다.
도 4는 반사 모드에서의 시각 인식 상태의 설명도이다.
본 발명에 따르면, 도광판의 상면에 형성된 광 출사 수단을 포함하는 도광판; 상기 도광판의 입사 측면에 근접하게 배치되어 광원으로부터의 입사광을 광 출사 수단을 통해 도광판의 하면으로부터 출사시키는 광원; 도광판의 하면에 배치되어 반사 자연광에 의해 얻어진 직선 편광을 제공하는 반사 편광자; 및 도광판의 상면 위에 배치되고 액정 셀 및 1개 이상의 편광판을 포함하는 액정 셔터(shutter)로 이루어진 액정 디스플레이 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 반사 편광자에 의해 반사를 통해 공급된 직선 편광이 액정 디스플레이를 위해 직접 사용될 수 있도록 도광판이 반사 편광자와 액정 셀 사이에 배치된 구조가 제공된다. 시각 인식 배면에서 편광판으로 인한 흡수 손실은 방지될 수 있다. 반사 모드의 광 이용 효율의 저하는 도광판으로 인한 흡수 손실, 반사 손실 등 정도로 적다. 그 결과로서, 종래의 반사형 액정 디스플레이 장치와 거의 유사한 밝기는 반사 모드에서 이루어질 수 있다. 더구나, 종래의 투과형 액정 디스플레이 장치보다 전혀 열악하지 않은 밝기는 투과 모드에서 이루어질 수 있다. 누출광은 또한 적어서 높은 콘트라스트를 이룰 수 있다. 그 외에, 디스플레이의 반전은 반사 및 투과 사이에서 일어나지 않아서 우수한 시각 인식성이 얻어질 수 있다.
더구나, 도광판의 상면에 광 출사 수단을 제공하여 투과 모드의 도광판에서의 광로는 연장될 수 있다. 따라서, 광의 퍼짐이 넓어져서 휘선의 강도가 완화될 수 있다. 이것은 모이어(moire) 발생의 방지 및 휘도의 균일성의 향상에 유리하게 작용하여 도광판의 하면에 반사 편광자를 배치하여 점착층 등을 통해 쉽게 도광판과 밀착시켜 일체를 이룰 수 있다. 이런 광 출사 수단이 도광판의 하면에 제공되면, 광 출사 수단의 기능 유지에 대해 반사 편광자를 따로 제공하는 것이 필요하다. 그 결과로서, 부품 수의 증가 및 반사 편광자의 배치 및 고정으로 인해 장치의 구조가 복잡해진다.
또한, 프리즘(prism) 형상 요철과 같은 사면으로 이루어진 광 출사 수단으로 이루어진 도광판의 경우에, 도광판은 사면을 통한 반사광의 지향성이 뛰어나다. 따라서, 투과 모드에서의 시각 인식에 유리한 광은 효율적으로 형성할 수 있어서 밝은 디스플레이를 얻을 수 있다. 도광판은 또한 외부 광의 입사 효율 및 반사 후의 투과 효율 둘 모두가 뛰어나다. 따라서, 보다 밝은 디스플레이는 또한 광 이용 효율 및 균일성이 뛰어난 발광에 의해 반사 모드에서 얻을 수 있다. 또한, 상기 지향성으로 인한 모이어의 발생은 광 출사 수단의 사행 배치에 의해 억제될 수 있어서 번쩍이는 광으로 인한 시각 인식의 저해도 방지될 수 있다.
상기 광 출사 수단으로서 사용되는, 도트, 요철가공된 요철 등과 같은 산란형 광 출사 수단을 갖는 도광판에서, 투과 모드의 출사 광은 약 60°의 큰 각도로 출사된다. 따라서, 디스플레이는 어두워지고 정면(수직) 방향으로 보기가 어렵게 된다. 그 외에, 콘트라스트는 액정 셀에 직접 입사하는 산란광에 의해 저하된다. 따라서, 프리즘 시이트는 광로를 제어할 목적을 위해 배치되면, 광은 반사 모드로 산란된다. 그 결과로서, 대부분의 광은 기여하지 않아서 디스플레이는 매우 어두워진다. 또한 반사 모드에서, 외부 광은 도광판에 의해 산란되어 액정 디스플레이를 위해 이용되기에 충분한 반사광이 반사 편광자를 통해 얻을 수 없기 때문에 디스플레이는 어두워지고 보기 어려워진다. 더구나, 도트 등은 너무 확실하게 시각적으로 인식된다. 따라서, 확산성이 강한 확산층은 대응책으로서 배치되면, 반사 모드의 입사광 및 반사 편광자에 의한 그의 반사광 둘 모두는 산란되어 디스플레이를 어둡게 한다.
본 발명의 특징 및 잇점은 첨부된 도면과 결합하여 기술된 바람직한 양태의 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 도광판의 상면에 형성된 광 출사 수단을 포함하는 도광판; 도광판의 입사 측면에 근접하게 배치되어 광원으로부터의 입사광을 광 출사 수단을 통해 도광판의 하면으로부터 출사시키는 광원; 도광판의 하면에 배치되어 반사 자연광에 의해 얻어진 직선 편광을 제공하는 반사 편광자; 및 도광판의 상면 위에 배치되고 액정 셀 및 1개 이상의 편광판을 포함하는 액정 셔터로 이루어진다. 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치는 반사 및 투과 양 모드에서 사용될 수 있는 장치로서 바람직하게 사용된다. 도 1은 액정 디스플레이 장치의 양태를 도시한다. (1)은 도광판이고; (11)은 도광판(1)의 광 출사 수단을 형성하는 상면이고; (2)는 광원이고; (3)은 반사 편광자이고; (4)는 액정 셔터이고; (41)은 편광판이고; (42)는 액정 셀이다.
도 1의 양태에서 예시된 바와 같이, 상면(11), 상면과 대향하는 하면(12), 및 상면과 하면 사이의 측면에 의해 이루어진 입사 측면(13)을 갖고 입사 측면의 입사광이 상면(11)에 형성된 광 출사 수단을 통해 하면으로부터 출사되는 외형을 갖는 판상 물질이 도광판으로서 사용된다. 도광판은 도 1에 예시된 균일한 두께 형일 수 있거나 입사 측면(13)에 대향하는 대향 단부(14)의 두께가 입사 측면보다 더 작도록 설정된 형태일 수 있다. 대향 단부의 두께 감소는 중량의 감소, 상면의 광 출사 수단을 향한 입사 측면에의 입사광의 효율의 개선 등의 점에서 유리하다.
도광판의 상면에 제공된 광 출사 수단은 상기 출사 특성을 나타내는 적당한 부재에 의해 이루어질 수 있다. 반사 편광자를 통한 정면 지향성이 뛰어난 조명광을 얻는 점으로부터, 입사 측면과 대향하는 사면을 갖는 광 출사 수단, 특히 프리즘 형상 요철에 의해 이루어진 광 출사 수단이 바람직하다.
상기 프리즘 형상 요철은 등변면을 갖는 볼록부 또는 오목부에 의해 이루어질 수 있지만, 프리즘 형상 요철이 짧은 변면 및 긴 변면을 갖는 볼록부 또는 오목부에 의해 이루어지는 것이 광 이용 효율 등의 점으로부터 바람직하다. 도 2는 프리즘 형상 요철의 예를 도시한다. (11a)는 짧은 변면이고; (11b)는 긴 변면이다.
정면 지향성 등과 같은 상기 특성을 이루는데 바람직한 광 출사 수단은 하면의 기준 평면에 대한 경사각이 35 내지 45°인 사면과 10°이하인 평탄면으로 이루어지는 요철의 반복 구조에 의해 이루어진다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 광 출사 수단은 하면(12)의 기준 평면(12a)에 대한 경사각이 35 내지 45°로 대향 단부(14)를 향한 입사 측면(13)으로부터 밑으로 경사진 짧은 변면(11a)(θ1), 및 동일한 기준 평면(12a)에 대한 경사각이 0°초과 내지 10°로 경사진 긴 변면(11b)(θ2)를 갖는 프리즘 형상 요철의 반복 구조에 의해 이루어진다.
상기 설명에서, 대향 단부를 향한 입사 측면으로부터 밑으로 경사진 사면으로서 형성된 짧은 변면(11a)는 입사 측면으로부터 주어진 입사광 사이의 짧은 변면에 입사하는 반사광의 역할을 하여 하면(반사 편광자)에 반사광을 공급한다. 이 경우에, 짧은 변면의 경사각 θ1을 35 내지 45°로 고정시키는 것은 전송광이 도 3에서 선 화살표에 의해 나타낸 바와 같이 하면에 수직으로 잘 반사되게 한다. 그 결과로서, 정면 지향성이 뛰어난 출사 광(조명광)은 효율적으로 반사 편광자(3)을 통해 얻을 수 있다.
상기 정면 지향성 등과 같은 점으로부터 짧은 변면의 바람직한 경사각 θ1은 스넬의 굴절 법칙을 기초로 한 도광판의 내부에서 전송된 광의 전반사에 대한 조건이 일반적으로 ±41.8°인 사실을 고려하면 38 내지 44°, 특히 40 내지 43°이다.
한편, 긴 변면은 도 3에서 선 화살표에 의해 나타난 바와 같이 짧은 변면에 의해 반사되고 반사 편광자(3)을 통해 반전된 광을 투과시키는 것, 및 도 4에서 선 화살표에 의해 나타난 바와 같이 반사 모드에서 외광을 받고 반사 편광자(3)를 통해 반사된 광을 투과시키는 것을 목적으로 한다. 이 점으로부터, 하면의 기준 평면(12a)에 대한 긴 변면의 경사각(θ2)은 바람직하게는 10°이하로 고정된다. 경사각 θ2가 10°보다 크면, 굴절로 인한 광로의 변화는 커지고, 정면 방향에서의 광량의 감소를 일으켜 디스플레이가 불리해진다.
덧붙여 말하면, 긴 변면의 경사각 θ2는 0°로 고정될 수 있다. 그러나, 이것이 0°보다 크게 고정되면, 긴 변면에 입사한 전송광이 반사되어 짧은 변면에 공급되면 전송광은 평행광화된다. 따라서, 짧은 변면을 통한 반사광의 지향성은 디스플레이에 유리하게 개선될 수 있다. 정면 방향으로의 광량의 증가의 점으로부터, 긴 변면의 바람직한 경사각 θ2는 8°이하, 특히 5°이하이다.
도광판의 긴 변면의 기능 등의 점으로부터 바람직한 긴 변면은 긴 변면의 경사각 θ2사이의 차이가 도광판의 전체에서 5°이내, 특히 4°이내, 특별하게는 3°이내이고 이웃하는 긴 변면의 경사각 θ2사이의 차이가 1°이내, 특히 0.3°이내, 특별하게는 0.1°이내이도록 제공된다.
경사각 θ2사이의 상기 차이는 각각의 긴 변면의 경사각이 상기 기술한 바와 같이 10°이하인 것을 전제로 한다. 즉, 이 전제는 작은 경사각 θ2가 긴 변면을 통한 광의 투과시 굴절에 의해 일어나는 디스플레이 상의 편향을 억제하는 허용된 범위로 고정되는 것이다. 이것은 관찰점을 수직 방향 부근의 방향으로 설정하여 최적화된 액정 디스플레이 장치의 최적 시각 인식의 방향이 변화되지 않는 것을 목적으로 한다.
외광의 입사 효율이 뛰어나고 액정 셀을 통한 디스플레이 상의 광투과 효율 또는 출사 효율이 뛰어난 장치는 밝은 디스플레이 상을 얻을 수 있는 장치보다 바람직하다. 이 점에서, 프리즘 형상 요철은 하면의 기준 평면에 대한 긴 변면의 투영 면적이 짧은 변면의 투명 면적의 8배, 특히 10배, 특별하게는 15배 이상으로 제공되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 액정 셀을 통한 디스플레이 상의 대부분을 긴 변면을 통해 투과시킬 수 있다.
또, 액정 셀을 통한 디스플레이 상이 투과되면, 짧은 변면에 입사한 디스플레이 상은 입사 측면에 반사되어 상면으로부터 출사되지 않거나 대개 다른 방향, 예를 들면 하면에 대한 법선을 기준으로 긴 변면을 통해 투과된 디스플레이 상과 대향하는 방향으로 편향되어 출사된다. 따라서, 짧은 변면에 입사한 디스플레이 상은 긴 변면을 통해 투과된 디스플레이 상에 거의 영향을 미치지 않는다.
따라서, 상기 점에서 짧은 변면은 액정 셀의 화소에 대하여 극재되지 않는 것이 바람직하다. 덧붙여 말하면, 수직 방향 부근의 방향으로 긴 변면을 통한 디스플레이 상은 짧은 변면이 전체적으로 화소와 겹치면 거의 볼 수 없다. 따라서, 디스플레이 광의 투과 부족 등으로 인한 이런 부자연한 디스플레이가 되는 것을 방지하기 위한 점으로부터, 짧은 변면의 화소와의 겹침 면적이 감소되어 긴 변면을 통해 투과된 광의 충분한 투과율을 확보하는 것이 바람직하다.
액정 셀의 화소 피치(pitch)는 일반적으로 100 내지 300 ㎛이다. 상기 점 또는 프리즘 형상의 형성성 등을 고려하면, 짧은 변면은 하면의 기준 평면에 대한 각각의 짧은 변면의 투영 폭이 40 ㎛ 이하, 특히 1 내지 20 ㎛, 특별하게는 3 내지 15 ㎛가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
덧붙여 말하면, 각각의 짧은 변면의 투영 폭이 감소되면 짧은 변면의 형성을 위한 고도의 기술이 요구된다. 그 결과로서, 각각의 프리즘 형상 요철의 정부가 소정의 값 이상의 곡률 반경으로 이루어지는 원형이 되면 디스플레이 상의 산란 효과가 나타나서 디스플레이 상의 흐트러짐을 일으킬 수 있다. 또한, 일반적으로 형광관의 결합 길이가 약 20 ㎛로 설정되어 있는 점 등으로부터, 짧은 변면의 투영 폭이 감소되면 회절 등이 생기기 쉬워져서 디스플레이 질의 저하의 원인이 된다.
상기 점으로부터 짧은 변면 사이의 간격이 비교적 큰 것이 바람직하지만, 짧은 변면이 측면 입사광의 출사 기능을 갖는 부분으로서 실질적으로 작용하기 때문에 간격이 너무 크면 점등시의 조명은 빈약하여 여전히 부자연한 디스플레이를 제공할 수 있다. 이들 점을 고려하면, 도 2에 예시된 바와 같이 프리즘 형상 요철의 반복 피치 P는 50 ㎛ 내지 1.5 mm로 설정되는 것이 바람직하다. 또, 피치는 랜덤 피치 또는 소정 수의 피치 단위 등의 랜덤 또는 규칙적인 조합과 같이 불규칙적 일 수 있다. 그러나, 일반적으로는 피치를 일정하게 하는 것이 바람직하다.
프리즘 형상 요철로 이루어지는 광 출사 수단의 경우, 액정 셀의 화소의 간섭으로 인해 모이어가 발생할 수 있다. 모이어의 방지가 프리즘 형상 요철의 피치 조절로 실행될 수 있지만, 프리즘 형상 요철의 피치는 상기 기술한 바람직한 범위일 필요가 있다. 따라서, 피치 범위에도 불구하고 모이어의 발생하는 경우의 해결책이 논의의 주제가 된다.
본 발명에 따르면, 화소에 대하여 프리즘 형상 요철을 교차 상태로 배열할 수 있도록 프리즘 형상 요철을 입사 측면의 기준 평면에 대해 경사 상태로 형성하여 모이어를 방지하는 방식이 바람직할 수 있다. 이 경우, 경사 각이 너무 크면, 짧은 변면을 통한 반사에 편향이 발생한다. 그 결과로서, 출사광의 방향이 큰 기울기가 발생하여 도광판의 광 전송 방향으로의 발광 강도의 이방성이 커진다. 그 결과로서, 광 이용 효율이 또한 저하되고, 이것은 디스플레이 질의 저하를 일으키기 쉽다.
상기 점으로부터 입사 측면의 기준 평면에 대한 프리즘 형상 요철의 배열 방향, 즉 프리즘 형상 요철의 능선 방향의 경사각은 ±35°이내, 바람직하게는 ±30°이내, 보다 바람직하게는 ±25°이내인 것이 바람직하다. 또, 부호 "±"는 입사 측면을 기준으로 한 경사의 방향을 의미한다. 액정 셀의 해상도가 낮아서 모이어가 일어나지 않거나 무시할 수 있는 경우에는 프리즘 형상 요철의 배열 방향은 입사 측면과 보다 평행일수록 더 우수한 결과를 얻는다.
도광판은 상기한 바와 같이 임의의 적합한 형태가 적용될 수 있다. 또한, 도광판이 웨지(wedge) 등과 같이 형성되면, 도광판의 형태는 적합하게 결정될 수 있고, 직선면, 곡면 등과 같은 임의의 적합한 표면 형태가 도광판에 적용될 수 있다. 또한, 광 출사 수단을 이루는 사면 및 각각의 프리즘 형상 요철은 직선면, 국절면, 곡면 등과 같은 임의의 표면 형태로 형성될 수 있다.
또한, 프리즘 형상 요철은 피치 외에 형태가 다른 요철의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 프리즘 형상 요철은 연속 능선을 갖는 일련의 볼록부 또는 오목부로서 형성되거나 소정의 피치의 간격에서 능선 방향으로 불연속적으로 배열된 단속적인 볼록부 또는 오목부로서 형성될 수 있다.
도광판의 하면 또는 입사 측면의 개별적인 형태는 특별하게 제한될 필요는 없으나 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 이들 표면은 평평한 하면 및 하면에 수직인 입사 측면으로서 제공된다. 입사 측면은 예를 들면 광원의 외주 등에 따라 만곡 요형태 등으로 형성되어 입사광 효율의 개선을 이룬다. 또한, 입사 측면과 광원 사이에 있는 도입부를 갖는 입사 측면 구조가 제공될 수 있다. 그 도입부의 형태는 광원 등의 형태에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
도광판은 광원의 파장에 따라 투명도를 나타내는 임의의 적합한 재료로서 제조될 수 있다. 가시광 영역에서 사용되는 재료의 예는 예를 들면 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 에폭시 수지 등으로 대표되는 투명 수지 또는 유리 등을 포함한다. 복굴절을 나타내지 않거나 복굴절이 작은 재료로 제조된 도광판을 사용하는 것이 바람직하다.
도광판은 절삭법 또는 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 대량 생산 등의 점으로부터 바람직한 제조 방법의 예는 열가소성 수지를 소정의 형태를 형성할 수 있는 금형에 열압착시키는 조건 하에서 형태에 열가소성 수지를 전달하는 방법; 소정의 형태를 형성할 수 있는 금형을 고온 용융 열가소성 수지, 또는 열 또는 용매에 의해 유동화된 수지로 충전시키는 방법; 소정의 형태를 형성할 수 있는 금형을 연, 자외선, 방사선 등에 의해 중합시킬 수 있는 액체 수지로 충전한 후 또는 액체 수지를 금형에 주조한 후 중합 공정을 수행하는 방법 등이다.
또, 도광판은 한 종류의 재료 또는 예를 들면 광 전송의 역할을 갖는 도광부 및 그위에 형성된 프리즘 형상 등과 같은 광 출사 수단(상면)을 갖는 시이트의 적층체와 같은 다른 종류의 재료로 제조된 부품의 적층체로서 형성될 수 있다. 시이트는 도광부에 결합된다. 즉, 도광판은 한 종류의 재료로 이루어진 일체형 단일층 몸체로서 형성될 필요는 없다.
도광판의 두께는 사용 목적에 따라 도광판의 크기, 광원의 크기 등을 기준으로 적합하게 결정될 수 있다. 액정 디스플레이 장치 등을 형성하는데 사용되는 도광판의 일반적인 두께는 입사 측면을 기준으로 5 mm 이하, 특히 0.1 내지 3 mm, 특별하게는 0.3 내지 2 mm이다.
반사 편광자의 부착 전에, 밝은 디스플레이의 달성 등의 점으로부터 바람직한 도광판은 상면 및 하면의 방향으로의 입사광, 특히 하면으로부터 상면까지 수직 입사광의 총 광선 투과율이 90 % 이상, 특히 92 % 이상, 특별하게는 95 % 이상이고 헤이즈가 30 % 이하, 특히 15 % 이하, 특별하게는 10 % 이하이도록 제공된다.
상기 도광판에 따르면, 상면 및 하면으로부터의 입사광은 하면 또는 상면을 효과적으로 통과한다. 따라서, 도광판을 사용하면 도광판에 의해 정밀 평행화된 광이 시각 인식에 유리한 수직성이 뛰어난 방향으로 출사되어 광원으로부터의 광을 효율적으로 이용하기 때문에 밝고 보기 쉽고 전력 소비가 적은, 반사·투과 양용의 액정 디스플레이 장치와 같은 여러 장치를 형성할 수 있다.
반사·투과 양용의 액정 디스플레이 장치에서, 반사 모드에 의한 디스플레이를 달성하는데 반사층의 배치가 필수적이다. 본 발명에 따르면, 반사층으로서 자연광을 반사시켜 직선 편광을 공급하는 반사 편광자가 이용된다. 반사 편광자에 의해, 직선 편광은 액정 디스플레이에 사용될 수 있어 시각 인식 배면 위의 편광판을 생략할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 반사 편광자(3)는 도광판(1)의 하면(12) 위에 배치되어 있다. 이 경우에, 반사 편광자(3)는 도광판의 하면으로부터 분리 배치될 수 있다. 그러나, 반사 편광자(3)는 하면과 밀착시켜 도 1에 예시된 바와 같이 일체를 이루는 것이 바람직하다. 밀착 일체화 공정은 점착층, 다른 접착층 등에 의해 이루어진 접착 수단을 사용하는 방법과 같은 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 반사 편광자의 다른 예는 직선 편광을 소정의 편광축에 전송하고 직선 편광과는 다른 광을 반사하는 다층 필름이고, 예를 들면 많은 수, 예를 들면 10 내지 1000개의 1종의 중합체 층 또는 광탄성 계수가 다른 2종 이상의 중합체 층을 적층하고 적층체가 연신되어 평면 내의 소정의 방향으로 굴절율을 일치시키고 소정의 방향에 직교하는 방향의 굴절율을 다르게 하는 방법으로 복굴절 유기 필름으로 이루어진 다층 필름이다. 예는 복굴절 박막 및 등방성 박막 등을 갖는 반복 적층 구조물을 함유한 다층 필름일 수 있다.
상기 콜레스테릭(cholesteric) 액정은 그란진(Grandjean) 배향의 나선 피치에서의 차이를 기준으로 파장 특성이 다른 원 편광 분리 기능을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 콜레스테릭 액정은 두께 방향에 나선 피치가 변화하는 원 편광 분리층, 반사광의 중심 파장이 다른 2층 이상의 콜레스테릭 액정층의 중첩체로 이루어진 원 편광 분리층, 또는 상기 원 편광 분리층을 복합한 나선 피치가 다른 2층 이상의 콜레스테릭 액정층이 반사광의 중심 파장에 기준으로 한 장단의 순서대로 중합하여 두께 방향에 나선 피치가 변화하는 원 편광 분리층 등과 같은 적합한 형태의 원 편광 분리층일 수 있다.
나선 피치의 두께 방향의 변화 또는 반사광의 중심 파장이 다른, 즉 나선 피치가 다른 2층 또는 3층 이상의 콜레스테릭 액정층의 중첩화는 분리 기능을 넓은 파장 범위로 적용시키는 것을 목적으로 한다. 즉, 단층 소정 배향의 콜레스테릭 액정층에서, 선택 반사성(원 편광 2색성)을 나타내는 파장 범위는 일반적으로 제한된다. 파장 범위의 적층화가 예를 들면 100 nm의 넓은 범위에 도달할 수 있지만, 파장 범위는 액정 디스플레이 장치에 적용하는데 요구되는 가시광의 전체 범위에 미치지 못한다. 따라서, 중첩화는 나선 피치의 변화 범위를 확대하여 원 편광 2색성을 나타내는 파장 범위를 확대시키는 것 등을 목적으로 한다.
또, 가시광 범위를 포함할 수 있는 원 편광 분리층은 선택 반사의 중심 파장이 300 내지 900 nm의 범위에 있고 나선 피치가 동일한 방향으로의 원 편광이 반사되는 조합의 나선 피치가 다른 여러 종류의 콜레스테릭 액정층을 중첩시킴으로써 효율적으로 형성될 수 있다. 또, 조합하여 같은 방향으로 원 편광을 반사하는 콜레스테릭 액정층의 중첩은 각 층에 의해 반사되는 원 편광의 위상 상태를 균일하게하여 각 파장 범위에서 다른 편광 상태로 변화가 발생되는 것을 방지하여 이용할 수 있는 상태의 편광의 양을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
저분자량의 콜레스테릭 액정 등은 원 편광 분리층의 형성을 위해 사용될 수 있다. 생성된 반사 편광자의 취급성, 박막성 등의 점으로부터, 콜레스테릭 액정 중합체를 바람직하게 이용할 수 있다. 이 경우에, 반사 편광자는 콜레스테릭 액정 중합체 필름의 단일층체 등로서 또는 플라스틱 필름에 의해 지지된 콜레스테릭 액정 중합체 필름의 다층체 등으로서 얻을 수 있다. 액정 디스플레이 장치의 우수한 인식 시야각의 확대 등의 점으로부터 바람직한 반사 편광자는 도메인 등의 결합이 적은 상태로 그란진 배향된 콜레스테릭 액정 중합체로 이루어진다.
또, 임의의 적합한 중합체가 임의의 특별한 제한 없이 콜레스테릭 액정 중합체로서 사용될 수 있다. 따라서, 액정 배향성을 부여하는 공역성 직선형 원자단(메소겐(mesogen))이 중합체의 주쇄 또는 측쇄 등에 도입되는 주쇄형 또는 측쇄형 중합체와 같은 여러 종류의 중합체가 사용될 수 있다. 복굴절율의 차이가 증가하면 선택 반사의 파장 범위가 더 넓어진다. 따라서, 복굴절율의 차이가 큰 콜레스테릭 액정 중합체는 층수의 감소, 큰 시야각에서의 파장 쉬프트(shift)의 점으로부터 바람직하게 사용될 수 있다. 또, 취급성 또는 실용 온도에서의 배향 안정성 등의 점으로부터 바람직한 액정 중합체는 30 내지 150℃의 유리 전이 온도를 갖는 중합체이다.
덧붙여 말하면, 상기 주쇄형 액정 중합체의 예는 파라 치환된 환상 화합물로 이루어진 메소겐 기가 필요에 따라 굴곡성을 부여하는 스페이서(spacer) 부분을 통해 결합되는 구조를 갖는 중합체를 포함한다. 이 중합체의 구체적인 예는 폴리에스테르 중합체, 폴리아미드 중합체, 폴리카보네이트 중합체, 폴리에스테르-이미드 중합체 등을 포함한다.
한편, 측쇄형 액정 중합체의 예는 주쇄 골격으로서 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리실록산, 폴리말로네이트 등을 함유하고 측쇄로서 필요에 따라 공역성 원자 기로 이루어진 스페이서 부분을 통해 파라 치환된 환상 화합물 등으로 이루어진 저분자량 액정 화합물(메소겐 부분)을 함유하는 중합체를 포함한다. 이 중합체의 구체적인 예는 키랄제를 함유한 저분자 액정 중합체, 키랄 성분 도입 액정 중합체, 네마틱계와 콜레스테릭계의 혼합 액정 중합체 등을 포함한다.
아조메틴형, 아조형, 에스테르형, 비페닐형, 페닐사이클로헥산형 또는 비사이클로헥산형과 같은 파라 치환된 방향족 단위, 파라 치환된 사이클로헥실 환상 단위 등으로 이루어진 네마틱 배향을 부여하는 파라 치환 환상 화합물을 갖는 중합체는 비대칭 탄소 함유 화합물 등으로 이루어진 적합한 키랄 성분 또는 저분자 키랄제를 도입하는 방법에 의해 콜레스테릭 배향될 수 있다(일본 특허 공개공보 제 80-21479 호, 미국 특허 제 5332522 호 등). 또, 파라 치환된 환상 화합물의 파라 위치에서의 말단 치환기는 사이노기, 알킬기, 알콕시기 등과 같은 적합한 기일 수 있다.
도한, 스페이서 부분의 예는 굴곡성을 나타내는 폴리메틸렌 쇄 -(CH)n-, 폴리옥시메틸렌 쇄 -(CH2CH2O)m- 등을 포함한다. 스페이서 부분을 형성하는 구조 단위의 반복 수는 메소겐 부분의 화학적 구조 등을 기준으로 적합하게 결정된다. 폴리메틸렌 쇄의 경우, 숫자 n은 일반적으로 0 내지 20, 특히 2 내지 12이다. 폴리옥시메틸렌 쇄의 경우, 숫자 m은 일반적으로 0 내지 10, 특히 1 내지 3이다.
콜레스테릭 액정 중합체로부터 원 편형 분리층의 형성은 종래의 저분자 액정 배향 고정에 따른 방법에 의해 수행될 수 있다. 또, 이 방법의 예는 폴리이미드, 폴리비닐 알콜, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드-이미드, 폴리에테르-이미드 등의 필름을 지지 기재 위에 형성하여 필름을 레이욘 패브릭 등으로 연마처리하여 제조된 배향 필름, SiO2의 사방 증착층, 연신 가공에 의한 배향된 필름 등과 같은 적합한 배향된 필름 위에 액정 중합체를 전개하는 단계; 액정 중합체를 유리 전이 온도 이상 등방성 상 전이 온도 미만으로 가열시키는 단계; 및 액정 중합체를 액정 중합체 분자의 그라진 배향 상태에서 유리 전이 온도 미만인 온도로 냉각시켜 액정 중합체를 유리 상태로 만들어 고정 배향을 갖는 고화층을 형성하는 단계를 포함한다.
지지 기재로서 트리아세틸 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리에테르-설폰, 비정질 폴리올레핀, 변성 아크릴계 중합체 또는 에폭시 수지와 같은 플라스틱의 단일층 또는 적층 또는 연신 필름; 유리판 등과 같은 적합한 재료가 사용될 수 있다. 플라스틱 필름은 두께의 감소 등의 점으로부터 바람직하다.
예를 들면, 액정 중합체의 전개는 스핀 피복법, 롤 피복법, 유동 피복법, 프린트법, 침지 피복법, 주조 피복법 등과 같은 적합한 방법에 의해 박막의 형태로 용매에 용해된 액정 중합체의 용액을 전개시키고 필요에 따라 박막을 건조시키는 방법에 의해 수행될 수 있다. 특히, 스핀 피복법 등과 같은 방법은 두께 균일성이 뛰어난 필름이 형성되기 때문에 바람직하다. 또, 염화 메틸렌, 사이클로헥사논, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로푸란 등과 같은 적합한 용매가 용매로서 사용될 수 있다.
액정 중합체의 전개층을 배향시키기 위한 가열 공정은 상기한 바와 같이 액정 중합체를 액정 중합체의 유리 전이 온도로부터 등방성 상 전이 온도, 즉 액정 중합체가 액정 상을 나타내는 온도 범위로 가열시켜 수행될 수 있다. 또한, 배향 상태의 고정화는 액정 중합체를 유리 전이 온도 미만의 온도로 냉각시켜 수행될 수 있다. 냉각 조건은 특별히 제한되지 않는다. 가열 공정이 일반적으로 300℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있지만, 자연 냉각법이 일반적으로 사용된다. 또, 안정화제, 가소제, 금속 등과 같은 여러 첨가제는 필요에 따라 콜레스테릭 액정 중합체의 전개액과 혼합될 수 있다.
지지 기재 상에 형성된 액정 중합체의 고화층의 바람직한 두께는 배향의 어지러움 및 투과율의 저하 방지, 선택 반사의 파장 범위의 폭 등의 점으로부터 0.5 내지 50 ㎛, 특히 1 내지 30 ㎛, 특별하게는 2 내지 10 ㎛이다. 지지 기재 상의 액정 중합체 고화층은 지지 기재와 일체화되거나 지지 기재로부터 분리된 필름 등으로서 사용될 수 있다. 또, 액정 중합체 고화층은 지지 기재를 가지면, 기재를 포함하는 층의 바람직한 총 두께는 2 내지 500 ㎛, 특히 5 내지 300 ㎛, 특별하게는 10 내지 200 ㎛이다.
또, 상기 나선 피치가 두께의 방향으로 변화하는 원 편광 분리층의 제조는 예를 들면 소정의 수, 2개 또는 3개 이상의 배향된 콜레스테릭 액정 중합체층을 서로 열압착에 의해 접착시키는 조작에 의해 수행될 수 있다. 콜레스테릭 액정 중합체층을 롤 적층기를 통해 유리 전이 온도 이상 등방성 상 전이 온도 미만의 온도로 가열시켜 콜레스테릭 액정 중합체층을 서로 밀착 결합시키는 방법과 같은 적합한 방법은 열압착 공정에 사용될 수 있다. 개별적으로 지지 기재와 일체화된 액정 중합체 고화층의 경우에, 나선 피치가 두께 방향으로 변화하는 원 편광 분리층은 상기 설명에 따라 고화층을 중첩시키고 고화층을 서로 밀착시켜 얻을 수 있다.
상기 원 편광 분리층을 갖는 반사 편광자는 직선 편광의 반사광을 얻기 위해 반사 편광자의 한 표면에 그의 1/4 파장판을 부가하여 사용된다. 원 편광 분리층을 통해 투과한 원 편광을을 직선 편광화하는 것을 목적으로 하는 1/4 파장 판은 1/4 파장판 측이 도광판 측이 되도록 배치된다.
1/4 파장판은 1층 또는 2층 이상의 위상차층을 이용하여 형성할 수 있다. 가시광 범위에서, 100 내지 180 nm의 범위의 정면 위상차를 갖는 1/4 파장판이 직선 편광 효과, 기운 투과광에 의한 빛깔 변화의 보상 등의 점으로부터 바람직하게 사용된다. 즉, 사용되는 1/4 파장판은 바람직하게는 식 (nx - ny)d = Δnd = 100 내지 180 nm를 만족시킨다(상기 식에서, nx는 면내의 최대 굴절율을 나타내고, ny는 면에 직교하는 방향의 굴절율을 나타내고, nz는 1/4 판의 두께 방향의 굴절율을 나타내고, d는 1/4 판의 두께를 나타낸다).
상기 1/4 판의 기능을 나타내는 위상차층과 함께 필요에 따라 사용될 수 있는 위상차층 1/4 파장판 기능을 나타내는 위상차층을 통해 기울게 투과한 광의 빛깔 균형이 수직 투과한 광의 빛깔 균형과 보다 일치되어 덜 자연적으로 빛깔을 띤 중간의 빛깔이 흡수 편광판을 통해 시각 인식되는 것을 목적으로 제공된다. 100 내지 720 nm의 정면 위상차(Δnd)를 갖는 위상차층이 사용되는 것이 바람직하다.
위상차층은 선택적으로 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 투명성이 뛰어나고 특히 균일한 위상차를 부여하기 위해 80 % 이상의 광투과율을 나타내는 재료가 바람직하다. 일반적으로 사용되는 재료의 예는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리에스테르-설폰, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 및 폴리비닐 알콜, 셀룰로스 아세테이트 중합체, 염화 폴리비닐, 염화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아미드 등과 같은 플라스틱으로 이루어진 연신 필름 및 액정 중합체이다. 특히, 비틀리게 배향된 액정 중합체가 바람직하게 사용된다.
두께 방향의 굴절율이 큰 위상차층은 상기 중합체 등으로 형성된 필름이 필름이 열수축 필름일 때 주조법, 압출법 등과 같은 적합한 방법에 의해 단일축 또는 이축 방법에 의해 가열 하에서 연신되거나 수축되는 방법과 같은 방법에 의해 성형될 수 있다.
위상차층의 Δnd 등과 같은 상기 특성은 필름의 재질 또는 두께, 연신(수축) 배율, 연신(수축) 온도 등의 조건을 변화시켜 제어될 수 있다. 위상차층의 일반적인 두께는 단일층을 기준으로 10 내지 500 ㎛, 특히 20 내지 200 ㎛이다. 두께는 제한되지 않는다.
또, 1/4 파장판과 같은 위상차층이 액정 중합체로 이루어지면, 위상차층은 액정 중합체로 이루어지고, 위상차층은 상기 원 편광 분리층의 경우에 따라 액정 중합체 배향된 필름, 투명 기재에 의해 지지된 액정 중합체 배향층 등과 같은 적합한 형태를 갖는 판으로서 얻을 수 있다. 액정 중합체의 경우에, 목적한 위상차층은 어떠한 연신 공정 없이도 형성될 수 있다.
1/4 파장판은 상기 기술한 바와 같이 단층 위상차층에 의해 이루어지거나 위상차가 다른 2개 내지 3개 이상의 위상차층의 중첩체에 의해 형성될 수 있다. 위상차가 다른 위상차층의 중첩화는 원하는 1/4 파장판 또는 보상판으로 기능하는 파장 범위의 확대에 효과적이다. 위상차층의 중첩체가 사용되면, 상기 점으로부터 두께 방향의 굴절율이 면내 굴절율의 적어도 한 쪽보다 높은 위상차층을 1층 또는 2층 이상 배치하는 것이 바람직하다.
액정 디스플레이 장치가 형성되면, 광원(2)은 도 1에 예시된 바와 같이 도광판(1)의 입사 측면(13)의 근처에 배치되어 광원(2)은 측광형의 배면광으로서 작용한다. 바람직하게 사용될 수 있는 재료의 예는 (냉 또는 온) 음극관과 같은 선형상 광원 등; 발광 다이오드와 같은 점광원 등; 선형상, 평면상 등으로 배열된 점광원의 배열; 점광원을 일정-간격 또는 불일정-간격 선형상 발광 상태로 변화하는 시스템을 사용하는 광원 등이다.
본 발명에 따르면, 광원은 투과 모드로 가능한 시각 인식을 위해 제공된다. 다라서, 광원은 반사 모드로 시각 인식을 위해 광원을 점등할 필요가 없기 때문에 점등·소등할 수 있는 것으로 제공된다. 광원을 점등·소등하기 위한 방법으로서 임의의 방법이 사용될 수 있다. 임의의 종래의 방식이 사용될 수 있다. 또, 광원은 미리 도광판에 부착되어 도광판은 광원을 갖는 도광판의 형태로 배치될 수 있다.
액정 디스플레이 장치의 형성에 있어서, 필요에 따라 광원(2)으로부터의 발산광을 도광판(1)의 입사 측면(13)에 이끌기 위해 광원을 둘러싸는 광원 홀더와 같은 적합한 보조 수단을 배치한 조합체로서 광원은 제공될 수 있다. 광원 홀더로서 반사율이 높은 금속 박막이 부착된 수지 시이트 또는 금속 호일 등이 일반적으로 사용된다. 광원 홀더는 접착제 등을 통해 도광판의 단부에 접착되면, 그 접착부에 광 출사 수단의 형성은 생략될 수 있다.
또, 액정 디스플레이 장치는 일반적으로 도 1에 예시된 바와 같이 액정 셀(42), 액정 셀(42)에 부착된 구동 장치, 편광판(41), 배광(1) 및 (2), 반사 편광자(3) 및 필요에 따라 보상 위상차판과 같은 구성 부품을 적합하게 조립하여 형성된다. 액정 셀(42)에 액정 셔터로서 기능하기 위해 투명 전극(예시되지 않음)이 제공된다.
사용되는 액정 셀은 특별하게 제한되지 않는다. 예를 들면, 액정의 배향의 형태를 기준으로 한 분류에서, TN 액정 셀 또는 STN 액정 셀, 수직 배향 셀 또는 HAN 셀, 비틀린 셀, 예를 들면 OCB 셀 또는 비틀리지 않은 셀, 게스트-호스트형 셀 또는 강유전성 액정형 액정 셀 등이 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 액정 구동 시스템은 특별하게 제한되지 않는다. 예를 들면, 액티브(active) 매트릭스 시스템, 패시브(passive) 매트릭스 시스템 등과 같은 적합한 구동 시스템이 사용될 수 있다.
임의의 적합한 판이 편광판으로서 사용될 수 있지만, 편광도가 높은 요오드형 또는 염료형 흡수 직선 편광자와 같은 편광판이 고도의 직선 편광의 입사에 의한 우수한 콘트라스트 비를 갖는 디스플레이를 얻는 점으로부터 바람직하게 사용될 수 있다. 또, 흡수 손실의 감소에 의한 휘도 향상의 점으로부터 편광판은 일반적으로 도 1에 예시된 바와 같이 액정 셀(42)의 시각 인식 측에만 제공되나 본 발명은 한 쌍의 편광판이 액정 셀의 양측에 제공된 것을 제한하지 않는다.
액정 디스플레이 장치의 형성에 있어서, 예를 들면 광 확산층 또는 광 흡수층, 안티글레어(antiglare) 층 및 보호층, 또는 액정 셀과 편광판의 사이에 제공된 보상 위상차판과 같은 적합한 광학 소자가 적합하게 배치될 수 있다. 광 확산층은 모이어의 발생의 억제, 또는 디스플레이 광의 확산 등을 목적으로 적합한 위치로 배치될 수 있다.
모이어의 발생 억제를 목적으로 하는 광 확산층은 도 1에 예시된 바와 같이 반사 편광자(3)과 액정 셀(4) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 광 확산층은 직선 편광의 편광 상태가 해소되지 않도록 편광 유지성을 갖는 광 확산층(5)으로서 제공되는 것이 바람직하다. 그의 확산 강도는 평균 확산각에 근거하여 5 내지 15°가 바람직하나 확산 강도는 이에 제한되지 않는다. 한편, 디스플레이 광의 확산을 목적으로 하는 광 확산층은 액정 셀의 시각 인식 측에 제공되는 바람직하다.
광 확산층은 요철가공, 버프처리(buffing) 또는 금속 금형의 흠면 형태의 전달하는 방식을 사용하는 기계적 또는 화학적 가공 방법, 도전성일 수 있는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 카드뮴, 산화 안티몬, 가교 또는 비가교 중합체 등의 유기 입자 등과 같은 적합한 입자로의 함침을 수행하는 방법, 함침층의 적용 방법 등과 같은 종래의 방법에 따른 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 광 확산층은 표면 흠면화 후의 소정의 표면, 확산 시이트 등과 같은 적합한 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 반사 편광자를 통해 투과된 광의 흡수를 목적으로 한 상기 광흡수층은 필요에 따라 도 1에 예시된 바와 같이 반사 편광자(3)의 광투과 측에 배치된다. 본 발명에 따르면, 반사 편광자를 투과한 광이 산란, 반사 등에 의해 다시 반사 편광자에 입사되어 투과되면 콘트라스트와 같은 디스플레이 질이 저하될 가능성이 있기 때문에 광흡수층은 도 1에 예시된 바와 같이 제공되는 것이 바람직하다. 광흡수층은 종래 흡수층에 따른 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 광흡수층은 반투과형일 필요는 없으나 오히려 완전흡수형인 것이 바람직하다.
한편, 보상 위상차판은 복굴절의 파장 의존성 등을 보상하여 시각 인식성의 향상 등을 이루는 것을 목적으로 한다. 보상 위상차판은 필요에 따라 시각 인식 측 및/또는 시각 인식 배면과 액정 셀 사이 등에 배치된다. 본 발명에 따르면, 가능한 한 충분하게 도광판의 광 출사성을 유지시키는 점으로부터 액정 셀과 도광판 사이에 배치된 광학층은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 또, 적합한 판은 파장 범위 등에 따라 보상 위상차판으로서 사용될 수 있다. 보상 위상차판은 단일층 또는 2개 이상의 위상차판의 중첩층으로서 형성될 수 있다.
본 발명에 다른 액정 디스플레이 장치의 시각 인식은 상기 기술된 바와 같이 도광판의 긴 변면을 통해 투과된 광을 통해 수행된다. 또, 투과 모드에서, 도 3에서 화살표로 나타낸 바와 같이 광원의 점등 상태로 도광판(1)의 하면으로부터 출사한 자연광(α)는 반사 편광자(3)을 통해 반사되어 디스플레이에 필요한 직선 편광 α1을 형성한다. 직선 편광(α1)은 도광판(1)의 긴 변면(11b)를 통해 투과된다. 그 결과로서, 디스플레이 상(α2)은 액정 셀(42) 및 편광판(41)을 통해 시각적으로 인식된다. 또, 반사 편광자를 통해 투과된 광(α3)은 광흡수층(6)에 흡수된다.
한편, 반사 모드에서, 광원을 소등한 상태로 도 4에서 화살표로 나타낸 바와 같이 자연광으로 이루어진 외광(γ)는 편광판(41) 및 액정 셀(42)을 통해 도광판(1)의 상면의 긴 변면(11b)를 통해 직선 편광으로서 투과된다. 투과광 중에서, 백색 디스플레이용 직선 편광(γ1)은 반사 편광자(3)을 통해 반사된다. 이렇게 반사된 직선 편광(γ2)은 도광판(1)의 긴 변면(11b)을 통해 투과된다. 그 결과로서, 디스플레이 상(γ3)은 액정 셀(42)과 편광판(41)을 통해 시각적으로 인식된다. 한편, 검정색 디스플레이용 직선 편광(γ4)은 반사 편광자를 통해 투과되고 광흡수층(6)에 흡수된다.
본 발명에 따르면, 상기 액정 디스플레이 장치를 구성하는 도광판, 반사 편광자, 액정 셀, 편광판 등과 같은 광학 소자 또는 부품은 전체적으로 또는 부분적으로 적층되고 고정되어 서로 일체화될 수 있거나 쉽게 분리가능한 상태로 배치될 수 있다. 계면 반사의 억제로 인한 콘트라스트의 저하의 점으로부터, 광학 소자 또는 부품은 고정되는 것이 바람직하다. 접착제와 같은 적합한 투명 접착제는 고정 및 접촉법에 사용될 수 있다. 또한, 투명 접착층은 상기 미세 입자 등에 함침되어 투명 접착층이 확산 기능을 나타내는 접착층으로서 제공될 수 있다.
실시예 1
미리 소정의 형태로 가공된 폴리메틸 메타크릴레이트판의 표면을 다이아몬드 바이트로 절삭하여 상면에 광 출사 수단을 갖는 도광판을 얻었다. 도광판은 폭 40 mm이고 깊이 25 mm였다. 도광판은 그의 입사 측면에서 두께 1 mm이고 그의 대향 단부에서 두계 0.6 mm였다. 도광판의 상하면은 평평하였다. 도광판은 그의 상면에서 프리즘 형상 요철을 가졌다. 프리즘 형상 요철을 상면에 입사 측면에 평행한 210 ㎛의 피치의 간격으로 배치하였다. 각각의 프리즘 형상 요철은 짧은 변면의 경사각이 42.5 내지 43°범위로 변화하는 짧은 변면 및 긴 변면의 경사각이 1.8 내지 3.5°의 범위로 변화하는 경사를 갖는 긴 변면을 가졌다. 근처 긴 변면의 경사각 변화가 0.1°내였다. 짧은 변면의 하면에 대한 투영폭이 10 내지 16 ㎛이었다. 긴 변면/짧은 변면의 하면에 대한 투영 면적비는 12배 이상이었다. 또, 광 출사 수단을 입사 측면보다 2 mm 떨어진 위치로부터 연장되도록 형성하였다.
직경이 2.4 mm인 냉 음극관(해리슨 일렉트릭 캄파니 리미티드(HARISON ELECTRIC Co., Ltd.)에 의해 제조됨)을 도광판의 입사 측면에 근접하게 배치하였다. 냉 음극관의 가장자리를 도광판의 상하 단부 면과 밀착시키도록 백색 램프 반사 시이트로 이루어진 광원 홀더에 의해 둘러쌌다. 인버터 및 DC 전원을 냉 음극관에 접속하였다. 반사 편광자를 도광판의 하면에 배치하였다. 시각 인식 배면 상의 편광판이 제거된(시각 인식 측에만 편광판을 배치함) 흑백 TN형 액정 셀을 도광판의 상면에 배치하였다. 따라서, 액정 디스플레이 장치를 얻었다.
또, 상기 광원은 DC 전원 온/오프로 점등/소등할 수 있다. 또한, 상기 반사 편광자는 복굴절 유기 박막과 등방성(비복굴절성) 유기 박막의 교대 적층체로 이루어졌다. 반사되고 그 반사 편광자에 의해 직선 편광된 광의 진동면은 상기 기술한 바와 같이 시각 인식 배면으로부터 제거된 편광판의 투과축과 평행하였다.
실시예 2
반사 편광자를 점착층을 통해 도광판의 하면에 결합한 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 1에 따라 얻었다.
실시예 3
콜레스테릭 원 편광 분리판 및 1/4 파장판을 포함하는 적층체(PCF350, 니토 덴코 코포레이션(NITTO DENKO Corp.)에 의해 제조됨)를 반사 편광자로서 사용한 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 1에 따라 얻었다. 또, 1/4 파장판 측을 액정 셀 측으로서 설정하였다.
실시예 4
80 ㎛ 두께의 트리아세틸 셀룰로스 필름에 의해 지지된 광산란 미세 입자(GE-토시바 실리콘 캄파니 리미티드(GE-Toshiba Silicone Co., Ltd.)에 의해 제조됨)를 함유한 점착층으로 이루어진 광확산 시이트를 시각 인식 배면에서 액정 셀에 결합한 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 1에 따라 얻었다. 또, 광확산 시이트는 가교된 니콜(crossed-Nicol)의 형태로 배치된 글랜-톰슨(Glan-Thomson) 프리즘 사이에 배치하였다(이 조건은 이후 적용될 것이다).
실시예 5
반사 편광자를 알루미늄 반사판으로 대체하고 액정 셀의 시각 인식 배면 상의 편광판을 접착 상태로 유지시킨 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 2에 따라 얻었다.
실시예 6
폭 40 mm, 깊이 25 mm, 입사 측면에서 두께 1 mm, 및 대향 단부에서 두께 0.6 mm이고 그의 상면으로서 샌드 블라스팅(sand blasting) 공정을 통해 형성된 광 출사 수단을 갖는 폴리메틸메타크릴레이트판을 도광판으로서 사용한 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 1에 따라 얻었다.
실시예 7
짧은 변면의 경사각이 42.6 내지 42.8°이고 긴 변면의 경사각이 6.3 내지 9.5°이고 짧은 변면의 하면에 대한 투영폭이 25 내지 35 ㎛이고 긴 변면/짧은 변면의 하면에 대한 투영 면적비가 5 내지 7인 판을 도광판으로서 사용한 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 2에 따라 얻었다.
실시예 8
두께가 50 ㎛인 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 의해 지지된 광산란 미세 입자를 함유한 점착층으로 이루어지고 5.3 %의 투과율을 갖는 시이트를 광확산 시이트로서 사용한 것을 제외하고는, 액정 디스플레이 장치를 실시예 4에 따라 얻었다.
평가 시험
실시예 및 비교 실시예에서 각각 얻은 액정 디스플레이 장치에 대하여, 각각의 투과 모드 및 반사 모드에서 백색 디스플레이 상태에서 정면 휘도를 휘도계(BM7, 톱콘 코포레이션(TOPCON Corp.))에 의해 조사하였다. 또, 투과 모드에서의 정면 휘도를 광원을 암실에서 점등하나 장치를 그의 중심부로부터 10 cm 위의 거리에서의 위치에서 배치된 고리상 조명 장치에 의해 조명한 상태로 평가하였다.
상기 시험의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 2 3 4 5 6 7 8
정면 휘도(cd/m2) 투과 모드 405 381 375 386 338 102 251 206
반사 모드 1067 1146 1043 991 794 748 831 620
표 1로부터 실시예 1, 2, 3 및 4는 투과 및 반사 양 모드에서 휘도가 뛰어난 것이 분명하였다. 특히, 실시예 4에서, 휘도가 균일한 대단히 섬세한 디스플레이를 얻었다. 또, 실시예 5에서, 휘도의 저하는 시각 인식 측의 편광판으로 인한 흡수 손실과 크게 관련이 있었다. 실시예 6에서, 투과 모드에서 휘도의 저하는 출사광의 각도가 큰 것으로 인한 정면 어두움에 크게 관련이 있고, 반사 모드에서 휘도의 저하는 광의 확산에 의해 일어나고, 도광판에 주어진 블라스트 손상이 명확하게 관찰되고 디스플레이 질을 크게 감소시켰다.
한편, 실시예 7에서, 광원 근방이 밝으나 디스플레이는 전체적으로 밝기의 균일성이 부족하였다. 실시예 8에서, 실시예 4와 비교할 때 편광 상태의 해소로 인해 휘도가 저하되는 동시에 시각 인식 방향의 변화에 의해 물들기가 발생하여 번쩍이는 광의 시각 인식으로 인해 디스플레이는 보기 어려웠다.
상기 설명으로부터, 전원의 온/오프로 광원의 점등/소등할 수 있어 투과·반사의 양 모드에서 우수한 디스플레이 특성을 나타내는 액정 디스플레이 장치가 실현되어 있고, 투과 모드와 반사 모드의 병용은 소비 전력을 절약하여 휴대용 디스플레이 장치 등에 사용하기 위한 배터리 사용 수명을 연장시킬 수 있는 것이 분명하였다.
본 발명은 어느 정도 특수성을 갖는 바람직한 형태로 기술되지만, 바람직한 형태의 본 개시는 이후 청구된 바와 같은 본 발명의 의도 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 구성의 상세한 내용 및 부분의 조합 및 배치에서 변화될 수 있다고 생각된다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치는 반사·투과 양 모드에서 밝기가 뛰어나고 디스플레이의 반전이 일어나지 않는다.

Claims (11)

  1. 도광판의 상면에 형성된 광 출사 수단을 포함하는 도광판;
    상기 도광판의 입사 측면에 근접하게 배치되어 광원으로부터의 입사광을 상기 광 출사 수단을 통해 상기 도광판의 하면으로부터 출사시키는 광원;
    상기 도광판의 하면에 배치되어 자연광을 반사시켜 직선 편광을 제공하는 반사 편광자; 및
    상기 도광판의 상면 위에 배치되고 액정 셀 및 1개 이상의 편광판을 포함하는 액정 셔터(shutter)로 이루어진 액정 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    반사 편광자가 도광판의 하면과 밀착되어 상기 도광판과 일체를 이루는 액정 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    도광판의 입사 측면에 근접하게 배치된 광원이 점등 및 소등될 수 있는 액정 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    도광판이 그의 상면에, 입사 측면에 대향하고 하면의 기준 평면에 대하여 35 내지 45°의 각도로 경사진 사면, 및 상기 기준 평면과 10°이하의 교차각으로 경사진 평탄면으로 적어도 이루어진 광 출사 수단을 가지되, 상기 기준 평면에 대한 평탄면의 투영 면적이 상기 사면의 투영 면적의 8배 이상인 액정 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    도광판 상면에 위치한 광 출사 수단이 50 ㎛ 내지 1.5 mm의 피치 간격으로 배열된, 짧은 변면과 긴 변면을 갖는 연속 또는 불연속의 프리즘(prism) 형상 요철의 반복 구조로 이루어지고,
    상기 짧은 변면이 하면의 기준 평면에 대하여 35 내지 45°의 경사각으로 입사 측면 측으로부터 그 대향 단부를 향해 밑으로 경사진 사면으로 이루어지고,
    상기 긴 변면이 상기 기준 평면에 대하여 0° 초과 내지 10°의 경사각으로 경사진 사면으로 이루어지고,
    상기 사면 사이의 각 차이가 전체적으로 5°이내이고 이웃하는 긴 변면 사이의 경사각의 차이가 1°이내이고 상기 기준 평면에 대한 긴 변면의 투영 면적이 짧은 변면의 투영 면적의 8배 이상인 사면으로 이루어진 액정 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    도광판 상면의 광 출사 수단을 구성하는 프리즘 형상 요철의 반복 피치가 일정한 액정 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    기준평면에 대한 각각의 짧은 변면의 투영폭이 40 ㎛ 이하인 액정 디스플레이 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    프리즘 형상 요철의 능선 방향이 입사 측면의 기준 평면에 대하여 ± 35°이내인 액정 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    도광판이, 하면으로부터의 입사광을 90 % 이상의 전 광선 투과율로 상면을 통해 투과되도록 제공되는 액정 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    반사 편광자가 콜레스테릭 액정층 및 1/4 파장판을 포함하는 적층체, 1종 또는 2종 이상의 복굴절성 유기 필름을 갖는 다층 필름, 및 복굴절성 박막 및 등방성 박막을 갖는 반복 적층 구조물을 포함하는 다층 필름으로 구성된 군 중에서 선택된 1개의 부재로 이루어진 액정 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    반사 편광자와 액정 셀 사이에 배치된 편광 유지 광 확산층을 추가로 포함하는 액정 디스플레이 장치.
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