KR20010072446A - 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

특히 OCB형 액정표시소자 등의 액정층의 복굴절량을 제어하여 표시를 행하는 모드 등의 액정표시장치에 있어서, 소자의 콘트라스트를 개선한다.

그 해결수단으로서, 소자내부의 광의 반사를 저하시킨다. 또한, 소자 각 부의 경계면 재료의 굴절율의 상이에 의거하여 반사광의 저하를 도모한다. 또한, 백라이트 광 등 내부광은, 극력 기판면에 직교하도록 한다.

구체적으로는, 예를 들면 기판의 적어도 한쪽에 형성한 블랙 매트릭스, 능동소자, 배선의 액정층측의 재료를 광흡수체로 한다.

Description

액정표시소자{Liquid Crystal Display Device}

(일반적인 배경기술)

일반적으로 많이 사용되고 있는 액정표시소자는, TN형(트위스트 네마틱형) 액정을 사용한 표시소자이다. 근래에는, OCB형(Optical Compensated Bend mode) 액정을 사용한 표시소자(π셀이라 불리고 있는 것도 포함한다)도 여러 가지로 보고 되어 있으며, 이것은 고속응답이나 광시야각성 등에 이점이 있다.

또한, OCB형 액정이나 이것을 사용한 표시소자나 표시장치에 대해서는, 예를 들면 「사단법인 전기통신학회 신학기보 EDI 98-144 199 페이지」, 그 이외에 일본특허공개 평 7-84254호, 일본특허공개 평 9-96790호 등에 기재되어 있는 주지 기술이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

그런데, 일반적인 OCB형 액정표시소자는 도 1과 같은 구조로 되어 있다. 즉, 다른 많은 형태의 액정을 사용한 소자와 동일하게, 액정패널(113)의 배면에 백색광원인 백라이트 유닛(unit)(103)이 배치되어 있다. 백라이트 유닛은, 도광판(101)과 사이드 라이트(102) 등으로 이루어져 있다. 그리고, 상하 2개의 기판(111, 107) 사이에 소정 두께의 액정(재료)(114)을 유지(기판이 2개이면 협지(挾持))하고 있다. 그리고, 한쪽의 기판(111)상에는 화소에 대응하여 각 색(적(R), 녹(G), 청(B))용의 컬러필터(112)를 형성하고 있다. 또한, 다른 쪽의 기판은, TFT(108)와 같은 능동소자를 형성하고 있는 액티브 매트릭스 기판이다. 또한, 각 색의 컬러필터 사이에는, 이른바 블랙 매트릭스(201, 202)가 형성되어 있다. 그리고 이 블랙 매트릭스의 재료는, 기판측(202)이 산화크롬이고, 액정측(201)이 금속크롬이다. 더욱이, 상하의 액정패널에는, 전압을 인가하는 수단으로서, ITO제의 투명전극(109)이 형성되어 있다.

단, 이들은 말하자면 주지 기술이므로, 이 이상의 상세한 설명은 생략하고, 이하 본 발명에 관계하는 부분에 대하여 설명한다.

그런데, OCB형의 액정소자는, 전압을 인가함으로써 액정층의 복굴절량을 변화시키고, 리타데이션(retardation)(광학적 위상차)을 변경함으로써 표시를 행한다. 이 때문에, 상술의 TN형 액정소자에서는 액정의 배향방향을 결정하는 러빙은, 그 방향이 상하기판에서 90°다른 트위스트 상태이지만, OCB형 액정표시소자에서는 상하 기판에서 동일한 방향을 향하여 패럴렐 러빙이다.

또한, 상하 기판의 외측에는 광학 보상필름(106, 105)이 배치되어 있다. 필름은, 예를 들면 디스코틱(discotic) 액정을 하이브리드(hybride) 배향시킨 광학보상필름(106)과, 2축 방향으로 연신(延伸)된 광학보상필름(105) 등이 이용된다. 또한 가장 외측에는 편광판(104)이 배치된다. 그리고, 이 편광판의 편광축은, 액정을 배열시키는 러빙방향에 대하여 45°어긋나게 배치하는 경우가 많다. 이 때, 예를들면 상측의 편광판을 +45°어긋나게 하고 하측의 편광축을 -45°어긋나게 한다. 이 때 상하의 편광판이 이루는 각도는 90°가 된다.

이상은, 주로 액정 텔레비젼 표시장치나 워드프로세서 등에 이용되는 이른바 투과형의 경우이다. 휴대형의 기기에 많이 이용되는 반사형에서는, 백라이트 라이트 유닛으로 변경하여 반사판이 설치되며, 또한 하부의 위상차 필름 등에도 다소의 차이가 있다. 단, 이들의 차이에 대해서도, 이른바 주지 기술이므로, 그 설명은 생략한다.

(발명이 해결하고자 하는 과제면에서 본 배경기술)

그러나, 상기 구조의 OCB형의 액정표시소자에서는, 우선 첫째로, 근래의 표시특성에 대한 요구의 고도화에 기초해서는, 콘트라스트(명(明)표시시의 광도/ 암(暗)표시시의 광도)가 반드시 충분하다고는 말하기 어렵다.

둘째, 흑(黑)표시인 경우, 보는 각도에 따라 편광판의 교차각이 다르기 때문에 청색을 띠는 것이 발생하고, 이것도 근래 사용자의 보는 각도에 의존하여 표시특성이 열화하지 않는 등 요구의 고도화의 기초에서는 무시할 수 없다.

셋째, 동일하게 표시면의 명도(明度) 등도, 보다 한층 우수한 편이 바람직하다.

이 때문에, 보다 콘트라스트비가 크고, 보는 각도에 의해 색을 띠는 것도 없으며, 그 밖에 각종 표시특성이 양호한 것으로 하는 기술의 개발이 요망되고 있다.

[발명의 개시]

본 발명은, 이상의 과제를 해결하기 위한 연구의 결과 이루어진 것이다. 그리고, OCB형 뿐만 아니라 복굴절량을 제어하여 도형이나 연산결과 등의 표시를 행하는 모드의 액정을, 원칙으로서 2개의 기판 사이에 협지(挾持)한 액정표시소자(포함하는, 액정 스위치나 액정논리소자)에 있어서, 상기의 과제달성에 저해가 될 지도 모르는 사항을 하나 하나 발견하여 배제하고, 그 결과 상술한 과제를 해결한 것이다. 구체적으로는, 이하와 같이 하고 있다.

첫번째 발명군에서는, 액정표시소자를 구성하는 각부에서의 반사광의 저감을 도모하고 있다. 즉, 복굴절량을 제어하여 표시를 행하는 모드의 액정(층)을 원칙으로 하여 2개의 기판 사이에 협지(挾持)한, 특별한 경우에는 첫번째 기판상에 액정(층)과 상부 경계 수지막을 설치하는 등으로 한 액정표시소자에 있어서, 그 기판의 적어도 한쪽에는, 이른바 블랙 매트릭스나 표시부 주변의 차광부(광을 통과시키지 않는 부분)로서 차광층이 형성되지만, 그 차광층의 적어도 일부(제조상의 사정 등에 의해 일부를 남기는 경우도 있을 수 있지만, 바람직하게는 전부)를 단순한 차광성을 갖는 물질이 아닌, 적어도 액정층측을 광흡수체로 하고 있다.

이것에 의해, 사용자가 보아 기판 배면측에서의 백라이트 광 등이 상부기판에 설치된 차광층의 액정면측 표면에서 하부 기판측으로 반사되고, 하부기판측에서 상부 기판측으로 재차 반사되어 표시면측으로 빠져나오고, 나아가서는 암표시인데 반사광이 사용자의 눈에 들어오므로 콘트라스트에 악영향을 미치게 되는 것을 방지한다.

또한, 액정표시소자 기판의 적어도 한쪽, 특히 사용자 반대측이 되는 하방은, 다결정 실리콘 등 백색이나 반사제가 높은 재료로 이루어지는 능동소자나 반사제가 좋은 금속제 배선이 형성된 액티브 매트릭스 기판이다. 이 때문에, 상기 적어도 한쪽의 액티브 매트릭스 기판(만약 양쪽 모두 액티브 매트릭스 기판이라면 원칙으로서 양쪽의 기판 모두)상의 배선이나 능동소자의 상면 등의 적어도 일부(제조상의 사정 등에 의해 일부를 남기는 경우도 있을 수 있지만, 바람직하게는 전부)의 액정측에 광흡수체층 혹은 광흡수체제 박막의 띠 등을 형성하고 있다.

그리고, 이것에 의해, 반사측 기판측에서의 광, 특히 반사광을 반사측 기판으로 반사하는 등, 최종적으로 사용자의 눈에 들어가, 콘트라스트를 저하시키는 것을 방지한다.

또한, 첫번째 발명군에서는, 동일한 액정표시소자에 있어서, 기판, 투명전극, 위상차 필름 등의 (특히 광이 통과하는 영역에서의) 경계면에 발생하는 계면반사의 저하를 도모하고, 이것에 의해 특히 암표시시에 반사광이 사용자의 눈에 들어가, 콘트라스트를 저하시키거나, 암표시에서 색을 띠는 것이 발생하는 것을 방지하거나, 혹은 저하시키고 있는 것에 착안하여, 이들 광의 저감화를 도모하고 있다. 즉, 기판의 적어도 한쪽에는 투명전극이 형성되지만, 그 투명전극의 표면에 기판과 투명전극과의 중간에 굴절율의 막을 형성하거나, 반사 방지막을 형성하는 등 하여 반사 방지처리를 행하고 있다.

또한, 적어도 한쪽의(원칙은 양쪽의) 기판상에 위상차 필름이 적어도 1개(원칙은 2개) 설치되지만, 이 위상차 필름의 계면 반사율이 1% 이하가 되도록 하고 있다. 또한, 위상차 필름의 성질에도 연구를 집중시키고 있다.

또한, 첫번째의 발명군에서는, 동일한 액정표시소자에 있어서, 능동소자나배선이 형성된 액티브 매트릭스 기판에 광흡수체와 컬러필터가 형성되어 있지만, 이 컬러필터 재료층(막)을 화소 밖에 형성된 능동소자나 배선상에도 게시되게 설치하고, 이것에 의해 컬러필터의 보색광을 흡수시켜, 일부러 수지 매트릭스로 이루어진 광흡수체층을 형성하지 않고 반사광을 저감시키고 있다.

또한, 동일하게 상하의 기판과 공기층 계면에 반사 방지막을 형성하고 있다.

또한, 첫번째의 발명군에서는, 동일한 액정표시소자에 있어서, 백라이트 광을 정면부근, 혹은 사용자에게 직면하는 방향으로 집광하거나, 그와 같이 집광하여 반사하는 집광수단이나 집광(반사)수단을 설치하고 있다. 이것에 의해, 기판의 블랙 매트릭스 이면측, 액티브 매트릭스 기판의 능동소자나 배선의 액정측 등의 광 불투과부를 향한 본래 사용자의 눈을 향하지 않는 광을 극히 작게 하고, 이들의 광이 블랙 매트릭스 이면측 등에서 반사되어 최종적으로 사용자의 눈에 들어가, 콘트라스트의 저하를 초래하는 것을 방지하는 광의 이용효율의 향상을 도모하고 있다.

또한, 첫번째 발명군에서는, 액정은 흑(黑)표시시 리타데이션(retardation)이 0이 아닌 것으로 하고 있다.

또한, 첫번째의 발명군에서는, 액정은 OCB 모드의 것으로 하고 있다.

본 발명은, 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 액정 텔레비젼 수상기나 휴대용 OA기기 등에 사용되는 액정표시소자에 관한 것이다.

도 1은, 종래의 OCB형 액정표시소자의 단면 구조도,

도 2는, 본 발명의 제1 실시형태인 액정표시소자의 단면 구조를 나타내는 도면,

도 3은, 종래의 OCB형인 액정표시소자에서의 콘트라스트 저하의 원인을 나타내는 개념을 설명하기 위한 도면,

도 4는, 본 발명의 제2 실시형태인 액정표시소자의 단면구조를 나타내는 도면,

도 5는, 본 발명의 제3 실시형태인 액정표시소자의 단면구조를 나타내는 도면,

도 6은, 본 발명의 제4 실시형태인 액정표시소자의 단면구조를 나타내는 도면,

도 7은, 본 발명의 제5 실시형태인 액정표시소자의 단면구조를 나타내는 도면,

도 8은, 본 발명의 제6과 제8 실시형태인 액정표시소자의 단면구조를 나타내는 도면,

도 9는, 본 발명의 제7 실시형태에서인 2개의 위상차 필름간의 접착층겸 계면반사 방지막을 나타내는 도면,

도 10은, 본 발명의 제9 실시형태인 액정표시소자의 단면구조를 나타내는 도면,

도 11은, 본 발명의 제10 실시형태인 액정표시소자의 제조의 상태와 완성품의 단면을 나타내는 도면,

도 12는, 본 발명의 제11 실시형태인 액정표시소자의 시스템 구성도이다.

(부호의 설명)

101 도광판

102 사이드 라이트

103 백라이트

104 편광판

105 2축 연신형 광학 보상필름

106 하이브리드 디스코틱 광학 보상필름

107 하부 기판

108 TFT, 배선

109 투명전극

1091 반사전극

110 수지 블랙 매트릭스

111 상부 기판

1111 상부 투명수지막겸 기판

112 컬러필터

1121 컬러필터의 게시부

113 액정패널(투과형)

1131 액정패널(반사형)

114 액정

1141 액정과 수지막의 원료

200 수지 블랙 매트릭스

201 크롬

202 산화크롬

210 프리즘 시트

211 집광 반사수단

220 반사 방지층

2201 반사 방지막

221 반사 방지막(공기, 편광판)

230 접착제층(막)

301 광 흡수재층, 띠

42 광 논리소자

[발명의 실시형태]

이하, 본 발명을 그 실시형태에 의거하여 설명한다.

(제1 실시형태)

본 실시형태는, 블랙 매트릭스 외표면의 반사방지에 관한 것이다.

도 2는, 본 실시형태의 액정표시소자의 단면도이다. 본 도에 나타내는 바와 같이, 이 액정표시소자는, 기판 사이에 액정을 협지한 액정패널를 가지며, 상기 액정패널은 그 외측에 위상차 필름을 가지고, 또한 기판의 한쪽에는 컬러필터가 형성되며, 다른 쪽의 기판은 TFT 소자 등이 형성되고, 또한 액정패널의 배면에는 백라이트 유닛을 배치하고 있다는 기본적인 구조는, 도 1에 나타내는 종래의 것과 동일하다. 단, 도면상 상부(사용자측) 기판의 컬러필터 기판에 차광층으로 형성된 블랙 매트릭스(200)에 수지 BM(수지제의 블랙 매트릭스)을 이용한 점이 다르다. 따라서여기서, 수지 BM은 흑색 안료를 함유시킨 아크릴계 수지로 하고 있다.

그런데, 본원 발명자의 연구에 의하면, 액정표시장치에서는 각 화소간의 색채의 선명화, TFT의 실리콘막으로의 차광 등을 위해 화소간에 격자모양(이른바 모자이크인 경우)의 블랙 매트릭스를 설치하지만, 이 블랙 매트릭스(차광층)의 이면에서 백라이트 광이 반사하고, 이것이 콘트라스트를 크게 저하시키는 원인이 되는 것을 판명하였다.

이하, 도 3을 참조하면서 이것을 개념적으로 설명한다. 상술의 이유에서, 일반적으로 블랙 매트릭스(601)는, 산화크롬과 크롬의 적층구조로 만들어져 있다. 그리고 상부기판측 내면(액정측)에 색채의 선명화가 우수한 흑색의 산화크롬(202)을 증착하고, 그 하측에 차광성이 양호한 금속광택을 갖는 크롬(201)을 적층하고 있다. 이 때문에, 블랙 매트릭스의 액정층에 접한 면은 금속광택을 갖고, 어떻게 하더라도 내부에서 상부 방향으로 가는 광을 내부로 반사하게 된다.

그런데, 본래의 설계에서는, 백라이트에서 액정패널로 입사한 광은, 하측 편광판(104), 하측의 위상차 필름(105, 106)을 통과한 후, 액정층을 한번만 통과하고, 또한 상측의 위상차 필름(106, 105), 상측 편광판(104)을 통과하여 밖으로 나가도록 설계하고 있다. 이것을 모식적으로 나타낸 것이 본 도 3의 (1)이다. 그런데, OCB형 액정표시와 같은 복굴절을 이용한 모드에서는, 광이 통과할 때에 광이 받는 리타데이션의 총량을 제어하는 방식이다.

본 실시예에서 흑표시를 행하는 경우에는, 흑표시의 전압을 인가한 상태에서의 액정층의 리타데이션을 기판의 상하 외측으로 배치한 위상차 필름의 리타데이션으로 상쇄하는 조건이 되어 있다. 여기서, 상하의 편광판은 서로 직교하고 있는 크로스니콜(cross nicol) 상태로 하고 있다.

그런데, 도 1이나 도 3과 같이 블랙 매트릭스의 이면(201)이 금속광택을 가지고 있으면, 여기서 광이 반사된다. 또한 도면중의 하측 기판에도 TFT나 배선 등 백색이나 금속광택을 갖는 부위가 존재하고, 또한 ITO 투명전극 표면에서도 적지만 반사는 존재한다.

이 때문에, 상부기판 블랙 매트릭스의 이면에서 하방으로 반사되고, 또 하부기판의 TFT나 배선 등에서 반사된 광은 재차 상방으로 가며, 그 적지 않은 비율(량)이 그대로 정면에서 빠져나와, 관찰자 혹은 사용자의 눈에 들어온다. 이것을 나타내는 것이 본 도 3의 (2)이다. 즉, 이 광은 액정층(114)을 3회 통과하게 되므로, 통상의 3배의 리타데이션을 받는다. 그 결과, 상하의 위상차 필름에서 리타데이션을 모두 보상하는 것은 불가능하며, 광이 상부로 누설되어버리게 된다.

그런데, 액정표시장치의 경우에는, 표시면에 대하여 블랙 매트릭스, 능동소자나 배선의 투영면적이 점유하는 비율은, 규모가 큰 것에 더하여 그들의 반사율도 또한 크다. 그리고 이것이 표시면의 콘트라스트 저하의 하나의 원인이었다. 구체적으로는, 본 실시예에서는, 상하의 위상차 필름의 리타데이션이 30nm이고, 액정층의 라타데이션이 60nm이다. 그리고, 통상은, 필름과 액정의 리타데이션은 상쇄하지만, 광이 액정층을 3회 통과하면 액정층의 리타데이션은 180nm(= 60nm×3)가 되고, 필름을 통과한 후에도 120nm의 리타데이션이 잔류한다. 이것은 λ/4판으로서 작용하게 되고, 이 성분의 투과율은 최대의 백(白)에 대하여 50%의 밝기에도 도달한다.

그런데, 이 반사광이 콘트라스트를 저하시킨다는 현상 혹은 문제는, 흑(黑)상태에서 액정층은 복굴절을 가지고, 더욱이 액정층의 리타데이션이 0이 아닌 모드에서 현저하게 나타난다. 리타데이션 값이 0이면, 복수회 액적층을 통과해도 문제는 발생하지 않는다. OCB형 액정표시소자에서는 흑(黑)전압에서의 액정층의 리타데이션이 존재하고, 이것을 보상하도록 필름의 리타데이션을 조정하고 있다. 이와 같은 소자에서는 계면반사를 고려하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같은 구성인 경우에는, 패널의 상하에 위상차 필름을 붙여두고, 이 위상차 필름의 정면방향의 리타데이션이 0이 아닌 것이 특징이 된다. 예를 들면, 수직 배향형의 액정표시소자에서는, 수직배향 상태에서 흑표시를 행한다. 이 때에는, 액정층의 복굴절율은 거의 없으며, 패널의 외측에도 리타데이션을 갖는 위상차 필름은 붙어있지 않다. 이 때문에, 수직 배향형의 액정에서는, 상술한 설명의 반사광에 의한 콘트라스트의 저하라는 문제는 사실상 발생하지 않는다.

또한, 종래에 주류였던 TN(트위스트 네마틱)형의 액정소자에서는, 복굴절을 조정하지 않고 선광성(旋光性)을 이용하여, 액정분자의 트위스트 방향에 따라 광파면(光波面)이 전파한다. 이 때문에, 역시 상술한 설명의 반사광에 의한 콘트라스트의 저하는 사실상 발생하지 않는다.

그런데, 상술한 바와 같이 본 실시형태의 액정표시소자는, 도 2에 나타내는 바와 같이 블랙 매트릭스의 흑색 안료를 분산한 수지(이하, 이 블랙 매트릭스를 형성한 재료를 수지 BM이라고도 부른다)로 형성하였지만, 이 수지 BM은 종래의 블랙 매트릭스와 다른 상면뿐만 아니라 그 이면도 흑색이다. 이 때문에, 내부에서 상방을 향하는 광의 반사는 거의 없다. 그 결과, 흑표시의 경우, 백라이트 불빛이 블랙 매트릭스 배면에서 반사하고, 재차 하부기판 상면에서 반사하여 사용자쪽을 향하는 일이 거의 없어져, 콘트라스트가 크게 향상하게 된다.

본 실시형태의 액정표시소자는, 이것에 의해 콘트라스트 200을 얻었다.

다시 생각하기 위해 기재하지만, 컬러 표시 등에 있어서, 각 색채의 선명도 등이 열화하지 않았던 것은 물론이다. 또한, 종래 기술과 달리, 블랙 매트릭스의 형성도 2번에 나누어 이루어질 필요도 없으므로, 비용이 증가하지 않고, 또한 상하층의 어긋남이 발생하지 않는 면에서도 바람직하게 되었다.

다음에, 이상의 설명으로 이해되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 블랙 매트릭스의 이면반사를 저감시키는데 포인트가 있고, 이 때문에 블랙 매트릭스로서는 어느 수지 BM에 한정되지 않는다. 즉, 일반적인 산화크롬 - 크롬 적층구조 대신에, 공정적으로 다소 귀찮지만, 산화크롬 - 크롬 - 산화크롬의 3중의 적층구조로 해도 된다. 또한, 다소 두껍게 형성할 필요가 있지만 산화크롬 단층구조라도 된다.

또한, 수지 BM은, 안료로서는 흑색의 물질이 아니고, 각색의 물질을 혼입하여 결과적으로 광을 흡수하도록 해도 된다.

또한, 수지도 액정에 악영향을 미치지 않고, 형성이 용이한 것이라면, 다른 재료라도 된다.

또한, 이상의 설명에서는, 표시영역의 블랙 매트릭스에 대하여 설명해 왔지만, 액정의 콘트라스트에 악영향을 미치는 반사광은, 블랙 매트릭스의 것에 한정되지 않는다. 즉, 일반적으로 액정표시소자의 표시영역 주변에는, 차광층에 의한 폭2∼5mm 정도의 검은 프레임이 형성되는 경우가 많다. 그러나, 종래의 이 검은 프레임은, 제조공정의 사정 등으로 블랙 매트릭스와 동일한 재료로 형성되어 있으므로, 이 검은 프레임의 이면도 금속광택을 가지고 있었다. 이 때문에, 이 검은 프레임의 주변에서도 광 누설이 발생한다. 따라서, 이 검은 프레임의 이면도 광을 흡수하는 재료로 함으로써, 표시주변에서의 광 누설을 저감할 수 있다.

또한, 사용하는 액정은 어느 것이든 OCB형의 모드의 액정에 한정되는 것이 아니다. 즉, 복굴절성을 이용하여 표시하는 모드의 액정, 혹은 이러한 액정을 사용하는 표시소자이면 어떠한 것이라도 된다. 예를 들면, 평행 방향으로 러빙된 ASV(advanced super-v) 모드라도 관계없다.

또한, 본 실시형태에서는 투과형의 표시소자에서 설명하였지만, 반사형이어도 된다. 이 때에, 문제가 되는 반사광은, 액정층을 4회 통과하게 된다.

본 발명은, 미묘한 반사광의 영향을 문제로 하기 때문에, 콘트라스트가 높을 수록 문제가 된다. 콘트라스트가 100이상의 표시소자에서 효과가 있고, 콘트라스트 200 이상에서는 명료하게 효과가 있다. 또한, STN형 표시소자에서도 효과는 볼 수 있었지만, STN형 액정소자는 기본적으로 콘트라스트가 낮기 때문에, 그 효과는 그다지 크지 않았다.

(제2 실시형태)

본 실시형태는, 어레이 기판측의 반사 방지대책에 대한 것이다.

앞의 실시형태에서는, 상부기판에서의 반사의 방지책으로서 블랙 매트릭스의 이면을 광흡수성 재료로 하였다. 그러나, 상부기판에는 ITO 투명전극이 형성되어있고, 또한 액정 - ITO 계면, ITO - 기판계면의 쌍방에서도, 이후의 실시형태에서 상세하게 설명하지만, 재료 굴절율의 차이를 기초로, 미소하지만 반사가 발생한다. 이 때문에, 예를 들면 상부기판의 블랙 매트릭스부 등에 수지 BM을 이용해도, 상부기판에서의 하부기판측으로의 광의 반사를 완전히 없애는 것은 불가능하다. 그리고, 이 액정 - ITO 계면 등에서의 반사광이 하부기판에서 재차 상부로 반사되면, 이 반사광에 의해 결국 정도의 차이는 있을 수 있지만 상술의 이유에 의한 콘트라스트 저하의 원인이 된다.

그런데, 본 실시형태에 한정하지 않고, 액정표시소자에서는 일반적으로 하부기판은 액티브 매트릭스 기판이고, 이 때문에 기판상에는 다수의 TFT 트랜지스터나 금속배선 등이 표시부에 대하여 매우 넓은 비율의 면적을 점유하여 형성되어 있어, 이들이 상술의 이유에서 이 반사광을 재차 상부로 반사한다. (또한, 참고로 기재한다면, 면적적으로는 능동소자보다도 배선쪽이 크다) 또한, 그들에 한정하지 않고 상부기판측에서 침입해 온 광도 상부기판측으로 반사한다.

그래서 본 실시형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하부기판(107)의 TFT나 배선(108)의 상부에 광흡수성의 안료를 분산시킨 수지층, 본 발명에서 말하는 수지 BM(301)을 형성하였다. 이것에 의해, 하부기판에서 상부로의 광의 반사가 저감되며, 콘트라스트가 향상하여 콘트라스트 250을 얻을 수 있었다.

또한, 본 실시형태에서도, 이 광흡수 물질은 수지 BM 이외의 물질이어도 되는 것은 물론이다.

(제3 실시형태)

본 실시형태에서는, 상부의 기판에는 ITO제 투명전극만을 형성하고, 하부의 기판에 TFT나 전극이나 배선으로 이루어지는 어레이와 컬러필터를 형성한 것이다. 도 5에 본 실시형태의 액정표시장치의 요부를 개념적으로 나타낸다. 본 도의 중앙부에 나타내는 바와 같이, 하부의 기판(107)상에 수지 BM으로서의 녹색(G)의 컬러필터(112)를 화소 사이즈보다도 조금 크게 형성하였다. 이 때문에, 이 컬러필터는, 하부기판의 어레이나 금속배선(108)상에도 게시부(1121)를 가지고 있다.

본 실시형태에서는, 첫번째, 상부기판(111)상에는 투명전극(109)만을 형성하고 있으므로, 반사에 기여하는 부재(部材)가 적고, 앞의 제2 실시형태보다도 한층 콘트라스트를 향상시킬 수 있어, 콘트라스트 300을 얻을 수 있었다.

다음에, 하부기판에서는 재료가 금속인 것만으로 특히 배선의 반사가 문제가 되지만, 본 실시형태에서는, 모든 반사광을 흡수하는 상태는 아니지만, 녹색의 컬러필터를 금속 배선상에 형성하는 것만으로, 실용상 충분한 효과가 보여졌다. 즉, 컬러필터가 사람의 눈의 감도에 영향을 미치는 보색의 반사광을 흡수하는 것에 기인한다.

또한, 본 실시형태에서는 수지 BM을 별도로 형성할 필요가 없으므로, 비용 저감의 이점이 있다.

물론, 도 4에 나타내는 바와 같이, 능동소자나 배선의 상부에 완전하게 광을 흡수하는 수지 BM을 형성해도 된다. 또한, 화소의 배치 등의 사정에 따라서는, 다른 색채의 컬러필터에도, 일부의 수지 BM의 역할을 담당하게 해도 된다.

또한, 완전히 광을 흡수하는 수지 BM을 형성하면, 제조 프로세스는 증가하지만 완전한 반사광의 흡수가 행해진다.

(제4 실시형태)

본 실시형태는, 반사광의 입사각에 주목한 것이며, 이 때문에 집광수단을 사용하는 것이다.

그리고, 상술의 3개의 실시형태에서는, 블랙 매트릭스의 이면과 어레이 배선에 의한 반사광을 저감시키는 것이다. 그런데, 통상의 액정표시장치에서는, 대향기판의 블랙 매트릭스와 어레이 기판의 어레이 배선은, 완성품의 액정표시장치를 실제로 사용자가 사용할 때에 표시면을 보는 방향인 기판면에 직교하는 방향에서 본 경우에는, 정확히 중첩되도록 설계되어 있다. 따라서, 블랙 매트릭스 배면과 어레이 배선에 수직방향으로 입사하는 광은 거의가 서로 반사하여 최종적으로는 감쇄하게 되므로, 콘트라스트의 저하에는 그다지 영향을 미치지 않는다.

즉, 내부에서 반사함으로써, 콘트라스트에 악영향을 미치는 광은, 기판면에 경사진 방향으로 입사한 광이다. 이 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 액정패널(113)과 도광판(101)의 사이에 프리즘 시트(210)와 같은 집광수단을 배치함으로써, 백라이트 광을 극력 기판면에 직교하는 방향, 즉, 정면방향을 향해, 경사진 방향의 광 자체를 작게 하고, 그 반사에 의한 콘트라스트 저하를 저감시킬 수 있게 한 것이다. 본 도의 (1)에서, 210이 프리즘 시트이며, (2)가 그 기능 발휘를 나타내는 도면이다.

(제5 실시형태)

본 실시형태에서는, 앞의 실시형태와 비슷하여도, 기판면에 경사진 방향에서입사하는 광을 감소시키는 수단으로서, 도 7에 나타내는 바와 같이 도광판(101)의 배면(반정면)측에 백라이트 광을 정면방향을 향해 반사하는 집광 반사수단(211)을 설치한 것이다.

이것에 의해서도, 앞의 실시형태와 동일한 효과가 얻어졌다.

(제6 실시형태)

본 실시형태는, 굴절율이 다른 층 사이에서의 반사방지를 도모하는 것이다.

앞의 제1에서 제3 실시형태에서는, 액정층을 향하고 있는 측의 금속광택부를 수지 BM으로 덮어, 금속표면에서의 반사광에 의한 콘트라스트의 저감을 방지하였다. 그러나, 근래, 고도의 콘트라스트비의 요구를 기초로, 이 대책만으로는 사용자의 고도의 요망을 충족시키는데는, 반드시 완전하다고는 말할 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 특히 광이 통과하는 영역에서 굴절율이 다른 면 사이에서의 반사의 방지를 도모한 것이다.

그런데, 투명전극에 이용하고 있는 ITO는 굴절율이 1.9∼2.0 정도이며, 그것에 접하는 기판 및 액정층의 굴절율은 대개 1.5 정도이다. 그런데, 일반적으로 진폭 반사율 = {(n1 - n2) / (n1 + n2)} 2로 나타나고(예를 들면, 상화방(裳華房) 간행 「광학」이시쿠로 히로미 저(箸)), n1과 n2의 값이 1.5∼1 정도 또한 n1과 n2의 차가 크면 반사율이 커진다. 그 때문에, ITO와 액정의 계면, ITO와 기판의 계면의 각각에서 약 2%의 반사가 발생한다. 그리고, 이것에 의해서도, 상술의 실시형태와 동일하게 반사광이 액정층을 3회 통과하여 콘트라스트를 저하시킨다. 더욱이 이 경우, 표시면에 대하여 ITO와 액정층, 기판과의 접촉부, 즉 화소부가 점유하는 면적은 매우 크기 때문에, 이 콘트라스트 저하로의 기여는 중요하다.

도 8에 본 실시형태의 액정표시장치의 요부를 개념적으로 나타낸다. 이 액정표시소자에서는, 상하의 기판(107, 111) 쌍방의 ITO층(109)에 관하여, ITO - 액정계면과 ITO - 기판계면에, 굴절율이 그들 중간의 1.7의 아크릴계 수지층을 도포하고 경화시켜 어레이 기판상의 요철(凹凸)을 감소시키는 평탄화막과 동시에 반사 방지층(220)으로서 삽입하고 있다. 이것에 의해 ITO 계면의 반사율이 저감하고, 콘트라스트가 더욱 향상하여, 콘트라스트 400을 달성하였다.

이하, 이것을 설명한다. 예를 들면 입사광을 100%로 한 경우, 반사광이 최종적으로 패널 밖으로 나왔을 때의 강도를 0.03% 이하로 하는 것이 특히 효과적이다. 그런데, 예를 들면 양면의 BM이나 어레이 배선의 반사를 완전히 0으로 하고, 필름반사를 무시할 수 있을 때까지 저감시킨 경우에는, ITO 반사만이 현재화(顯在化)하는, ITO의 상하계면에서 각 2%의 반사가 각각의 기판에서 발생하여, 반사율은 4%×4% = 0.16%가 된다. 여기서 반사한 광의 리타데이션은 120nm만 과잉(過剩)으로 되어 있으므로, 흑(黑)상태의 투과율은 10%이다. 이 때의 종합적인 반사광의 강도는, 입사광을 100%로 했을 때에 0.016%였다고 한다. 실제로는, 이것에 TFT 배선의 반사나 BM 이면의 반사가 가미되게 된다. 이 때문에, 종래의 OCB 패널에서는 0.05%에도 도달해 갔다.

그러나, 본 실시형태를 다른 각 실시형태와 조합하여 0.03% 이하로 함으로써 TN과 같은 정도의 콘트라스트를 실현할 수 있었다. 또한, 각종 재료 등을 엄선함으로써 0.02% 이하로 하는 것도 가능하고, 이것에 의해 더욱 높은 콘트라스트를 실현할 수 있었다.

또한, 본 실시형태에서는, ITO 투명전극의 상하 함께 반사 방지처리를 행하였지만, 상측만 또는 하측만이라도, 그것에 상응하는 효과가 발생하는 것은 물론이다.

또한, 아크릴 수지로 변경하여, 동일하게 굴절율이 1.7 정도의 유기 도전막이어도 된다. 이것에 의해, 더욱 ITO막의 전기저항 저하를 겸하게 하는 것도 가능하다.

(제7 실시형태)

본 실시형태는, 위상차 필름 내에서의 계면반사 대책에 관한 것이다.

그런데, 위상차 필름은, 본 실시형태의 액정표시장치에서는 2층 구조로 하였지만, 이 계면에서도 광의 반사가 발생한다. 또한 특히, 디스코틱 액정을 하이브리드 배향시킨 필름은, 굴절율 1.5의 베이스 필름상에 형성되어 있으므로, 액정분자의 배열의 상이에 기초하여, 상면과 하면의 굴절율이 다르다.

그런데, 본원 발명자의 연구에 의하면, 디스코틱 액정이 수평배향시킨 면의 굴절율은 1.7∼2.0 정도이며, 이 면과 베이스 필름이나 유리면과의 계면이 광을 반사하는 비율이 높았다. 그래서, 이들의 계면 사이에 굴절율 1.6의 접착층을 이용하거나 굴절율 1.6의 접착제의 층을 설치하여 양 필름을 접착하는 등 함으로써, 계면의 반사를 저감시켰다. 이 모양을 도 9에 나타낸다.

본 도면에서, 104는 편광판이다. 1061은, 굴절율 1.7의 디스코틱 액정을 수평배향시킨 막이다. 230은, 굴절율 1.6의 접착층이다. 1062는, 굴절율 1.5의 베이스 필름이다. 1063은, 굴절율 1.6의 디스코틱 액정을 하이브리드 배향시킨 필름이다. 111은, 상부기판 유리이다.

이 때, 계면의 반사율이 0.2%까지 저감할 수 있었다. OCB 모드의 액정표시장치에서는, 콘트라스트를 향상시키기 위해서는 반사율을 1% 이하로 할 필요가 있지만, 그것에 대하여 충분한 반사율이라 말할 수 있다.

(제8 실시형태)

본 실시형태는, 액정표시소자의 최외부(最外部)의 편광판과 공기와의 계면에 반사 방지처리를 행하는 것이다. 상술한 이유에 의해, 공기와 편광판과의 굴절율의 상이를 기초로, 그 상태에서는, 즉 반사 방지처리를 행하지 않을 경우에는, 편광판의 외측에서 광이 반사된다. 그런데 이 때, 수직방향의 광이면 문제는 적다. 그러나, 경사진 방향의 광은 편광판의 교차각이 정면의 것과 다른 것이 되기 때문에 완전히 소실하지 않는다. 이것에 의해, 리타데이션이 다른 내부 반사광이 발생한다. 이 내부 반사광은 청색을 띠고 있으므로, 흑표시일 때에 경사진 방향에서 보면 청색을 띠고 있는 것으로 보인다.

이 때문에, 본 실시예의 액정표시장치에서는, 편광판 표면에 반사방지 처리를 행하고, 이것에 의해, 경사진 광에 대한 내부 반사광을 저감시켰다. 도 7의 221에 나타내는 것이, 그 반사 방지막이다. 그 결과, 흑표시일 때에 경사진 방향에서 관찰했을 때의 색을 띠는 것도 없게 되었다.

(제9 실시형태)

본 실시형태는, 반사형의 액정표시소자에 관한 것이다. 도 10에, 본 실시형태의 액정표시소자의 단면 구조를 나타낸다. 본 도면에서, 1091은, 반사형의 하부 전극막이다. 단, 액정은 편측이 수평배향, 편측이 수직배향인 하이브리드 배향으로 하였다. 일반적으로, ROCB라 불리는 구조이다.

또한, 본 실시형태에서는, 상부 기판면측의 블랙 매트릭스를 전부 광 흡수제 재료로 이루어지는 수지 BM(200)으로 하고 있다.

또한, 상부를 어레이 기판으로 해도 되는 것은 물론이다.

또한, 컬러필터는 없어도 된다.

(제10 실시형태)

본 실시형태는, 기판의 정의 여하에도 의거하지만, 기판이 1개인 경우에 관한 것이다.

근래, 제조 합리화의 일환, 제품 경량화의 한 수단으로서, TFT나 배선이 미리 형성된 기판상에 액정 형성재료와 투명 수지막 형성재료의 혼합액층을 형성, 자외선의 조사 등에 의해 하부에 액정층을 상부에 상부기판의 역할을 겸하게 되는 투명한 수지막을 형성하는 것이 이루어져 있다. 도 11의 (1) ∼ (3)에 이것을 나타낸다. (1)에서, 107은 하부기판이며, 109는, 그 상면의 하부 화소용 투명전극이고, 108은 동일하게 능동소자나 배선 등의 어레이이다. 또한 그 상부의 301은, 거의 격자 모양의 광 흡수성 물질제막이다. 1071은, 측벽부이다. 1141은, 액정원료와 투명수지막 원료의 혼합물이다.

그리고, (2)에 나타내는 바와 같이 자외선을 조사함으로써 원료 혼합물이 분리하여, (3)에 나타내는 바와 같이 하부기판측에 액정층(114)이 형성되며, 그 상부에 투명 수지막(1111)이 형성되어 있다.

(4)는, 완성한 상태이며, 1091은, 유기 도전성 수지제의 상부 투명전극이다. 2201은, 공기와 유기 도전성 수지막과의 중간의 굴절율(약 1.3)을 갖는 투명수지로 이루어지는 반사 방지막겸 절연막이다.

또한, 본 실시형태에서, 분리한 투명 수지막이 도전성을 갖고 있으며, 그 상면에 반사 방지막겸 절연막이 형성되는 등으로 해도 되는 것은 물론이다.

(제11 실시형태)

본 발명은, 액정논리소자의 경우이다.

근래, 도 12에 나타내는 바와 같이 입사광(40)에 대하여 그 연산결과를 통과광(41)으로서 출력하는 광 논리소자(42)가 개발되고 있다. 이것은, 광 컴퓨터로의 응용에 있어서 높은 콘트라스트비가 요구된다. 이 경우에도, 상술의 실시형태에서 설명한 기술을 조합하여, 응답성이 높은 OCB 액정을 채용한 소자에서의 내부 반사를 감소함으로써, 높은 콘트라스트비가 얻어졌다.

이상, 본 발명을 그 몇개의 실시형태에 의거하여 설명해 왔지만, 본 발명은 다양한 계면반사 등을 저감시킴으로써, 매우 우수한 콘트라스트비 등의 OCB 타입 등의 액정표시장치를 제공하는데 있다. 이 때문에, 이상의 몇 개의 실시형태를 조합하여 반사광을 저감시키도록 해도 된다.

이상의 것 이외에, 예를 들면 이하와 같이 하고 있다.

1) ITO막으로 변경하고, 혹은 이것에 병합하여 유기 도전막을 사용하고 있다.

2) 제3 실시형태에서, 3색의 컬러필터의 주변 게시부를 적층하여 보다 효과적인 블랙 매트릭스를 겸할뿐만 아니라, 경사진 방향의 광선을 차단하는 벽으로 하고 있다.

3) 각 색의 화소의 배열은 델타나 스트라이프이다.

이상의 설명으로 이해하는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 특히 OCB 모드의 액정을 사용한 경우에, 높은 콘트라스트 등 우수한 표시특성을 갖는 액정표시소자의 제공이 가능해진다.

Claims (27)

1. 기판과 밴드배향을 이루는 액정과 배면광원을 갖는 액정표시소자에 있어서,

   배면광원에서 발사된 광의 액정표시소자 내부에서의 반사를 저감하는 반사저감수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
2. 기판과 밴드배향을 이루는 액정과 배면광원을 갖는 액정표시소자에 있어서,

   기판 혹은 2개의 기판의 적어도 한쪽에는, 액정층측이 광흡수체인 차광부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 기판의 적어도 한쪽은 액티브 매트릭스 기판이며,

   상기 액티브 매트릭스 기판상의 능동소자상, 배선상의 적어도 한쪽의 적어도 일부에 광흡수체인 차광부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
4. 제2항에 있어서,

   상기 기판의 적어도 한쪽은 액티브 매트릭스 기판이며,

   상기 액티브 매트릭스 기판상에 컬러필터 및 차광부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
5. 제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판은 2개이며, 상기 2개의 기판의 쌍방의 적어도 일부에 광흡수체인 차광부 혹은 반사 저감수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
6. 제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 차광부는, 광흡수성 수지로 이루어지는 광흡수 수지제 차광부인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
7. 제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 차광부는, 광흡수성 재료를 분산한 수지로 이루어지는 광흡수재료 분산 수지제 차광부 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
8. 제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 차광부는, 광흡수성 금속박막으로 이루어진 광흡수성 금속박막 차광부인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
9. 제2항 내지 제4항중 어느 한항 에 있어서,

   상기 차광부는, 컬러필터 재료와 동일한 컬러필터 겸용 차광부인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
10. 제1항에 있어서,

    그 표면에 반사 방지처리를 실시한 반사 방지형 투명전극이 상기 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
11. 제1항에 있어서,

    적어도 일부의 적층부에 계면의 반사 저감처리를 실시한 적층구조의 위상차 필름을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
12. 제11항에 있어서,

    상기 위상차 필름은, 그 계면반사율이 1% 이하인 저반사 위상차 필름인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
13. 제1항 ∼제4항, 제10항∼제12항중 어느 한 항에 있어서,

    액정표시소자부의 적어도 하나의 공기층 계면에 반사방지 처리부를 가지고 있는 것을 특징으로 한는 액정표시소자.
14. 제1항 ∼제4항, 제10항∼제12항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 배면광원에서의 광을 정면방향으로 집광하는 집광수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
15. 제1항 ∼제4항, 제10항∼제12항중 어느 한 항에 있어서,

    도광판에 광을 정면방향으로 집광하는 집광수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
16. 기판과 밴드배향을 이루는 액정을 갖는 액정표시소자에 있어서,

    투명 전극부, 공기 계면층 등 광이 통과하는 부분에는, 당해 부를 통과하는 광이나 외부광이 반사하는 것을 방지하는 반사 방지수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
17. 제16항에 있어서,

    상기 액정표시소자는, 반사형인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,

    그 표면에 반사 방지처리를 실시한 반사 방지형 투명전극이 상기 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
19. 제16항 혹은 제17항에 있어서,

    적어도 일부의 적층부에 계면의 반사 저감처리를 실시한 적층구조의 위상차 필름을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
20. 제19항에 있어서,

    상기 위상차 필름은, 그 계면반사율이 1% 이하인 저반사 위상차 필름인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
21. 제16항 혹은 제17항에 있어서,

    액정표시소자부의 적어도 하나의 공기층 계면에 반사방지 처리부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
22. 제1항∼제4항, 제10항∼제13항, 제16항 및 제17항중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 1개의 위상차 필름을 가지며,

    상기 위상차 필름의 정면에서의 리타데이션(retardation) 값이 0이 아닌 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
23. 제1항∼제4항, 제10항∼제13항, 제16항 및 제17항중 어느 한 항에 있어서,

    흑표시를 행했을 때의 상기 액정의 리타데이션 값이 0이 아닌 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
24. 제1항∼제4항, 제10항∼제13항, 제16항 및 제17항중 어느 한 항에 있어서,

    콘트라스트 값이, 100 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
25. 제1항∼제4항, 제10항∼제13항, 제16항 및 제17항중 어느 한 항에 있어서,

    내부에서의 반사를 거쳐 출사된 광이, 전체광량의 0.03% 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
26. 기판과 밴드배향을 이루는 액정과 광원을 갖는 액정광 논리소자에 있어서,

    광원에서 발사된 광의 액정표시소자 내부에서의 반사를 저감하는 반사 저감수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정논리소자.
27. 기판과 밴드배향을 이루는 액정과 광원을 갖는 액정광 논리소자에 있어서,

    기판 혹은 2개의 기판의 적어도 한쪽에는, 액정층측이 광흡수체인 차광부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정광 논리소자.