KR20010075687A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

한 쌍의 투명한 기판(32, 34)의 간극에 액정층(31)을 봉입하고, 그 액정층에 전압을 인가함으로써 입사광에 대하여 광학 변화를 부여하는 액정 셀(3)과, 그 인식측에 설치한 제1 편광판(1)과, 인식측과 반대측에 설치한 제2 편광판(5)과 보조 광원(10)을 구비한 액정 표시 장치로서, 그 제1 편광판(1)은 제1 직선 편광 성분을 투과하는 편광판으로 하고, 제2 편광판(5)은 제2 직선 편광 성분을 반사하고, 그 제2 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제3 직선 편광 성분은 투과하는 편광판으로 하고, 제2 편광판(5)과 보조 광원(10)과의 사이에는 제4 직선 편광 성분을 투과하는 제3 편광판(6)이 배치되고, 그 제3 직선 편광 성분과 제4 직선 편광 성분의 진동 방향이 교차하는 각도가 마이너스 45도 이상 플러스 45도 이하의 범위가 되도록 한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

종래의 트위스트 네마틱(TN) 액정이나 슈퍼트위스트 네마틱(STN) 액정 등을 이용한 액정 표시 장치는 2장의 편광판으로 액정 셀을 끼운 구조이다. 또한, 편광판으로서, 서로 직교하는 투과축과 흡수축을 구비하며, 그 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 투과하고, 흡수축과 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 흡수하는 특성을 갖는 흡수형 편광판을 이용하고 있었기 때문에, 빛의 이용 효율이 나빠 반사형 표시를 실행하는 경우에는 어두운 표시로 되고 있었다.

또, 보조 광원으로서 EL 소자 등의 백라이트 장치를 갖춘 반투과 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 반사형 표시와 투과형 표시에서 빛의 이용 효율이 상반되기 때문에, 어느 상태에서도 어두운 표시로 되고 있었다.

따라서, 종래부터 이용되고 있는 흡수형 편광판에 반사형 편광판을 조합시키는 방법이 제안되었다.

반사형 편광판은 서로 직교하는 투과축과 반사축을 구비하며, 그 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 투과하고, 반사축과 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 반사하는 특성을 갖는다.

여기서, 흡수형 편광판과 반사형 편광판을 겹쳐 흡수형 편광판측에서 인식하는 경우를 생각해 보자.

이 경우, 양 편광판의 투과축이 서로 평행한 경우에는 높은 투과 특성을 지니고, 투과축이 서로 직교하는 경우에는 높은 반사 특성을 지닌다. 이것은 2장의 흡수형 편광판의 투과축을 서로 직교시켜 배치한 경우에 큰 흡수 특성(흑색)을 보이는 데에 대하여 기본적으로 다른 성질이다.

2장의 흡수형 편광판을 이용하는 경우에는 액정 표시 패널에 대하여 관찰자와 대향하는 위치에 반사판을 배치함으로써, 투과 상태에서 외부광의 반사판에 의한 반사를 이용하여 밝은 표시를 행하고, 흡수 상태에서 어두운 표시를 행한다.

그러나, 이 경우, 반사판 상에 배치하는 흡수형 편광판을 2번 투과하기 때문에, 빛의 흡수가 발생하여 어두운 표시가 된다. 더욱이, 산란성을 갖는 반사판을 이용하기 때문에, 반사판에 의한 편광의 흐트러짐에 의해서, 흡수형 편광판에 의한 빛의 흡수가 발생함에 의해서도 어두운 표시로 되어 버린다.

또, 외부광이 충분하지 않은 어두운 환경에서는 액정 표시 장치의 표시의 인식성이 매우 악화되기 때문에, 액정 표시 장치 내에 보조 광원을 갖는 경우가 많다. 그 경우에는 반투과 특성을 갖는 반사판이 이용된다.

간단히, 2장의 흡수형 편광판을 겹친 경우를 고려하면, 외부광에 의한 반사 표시에 있어서의 밝은 표시는 2장의 흡수형 편광판의 투과축이 평행인 경우에 해당하고, 보조 광원을 이용하는 경우에도 밝은 표시가 된다.

이어서, 어두운 표시의 경우도 마찬가지로, 2장의 흡수형 편광판의 투과축이 직교하는 배치에 해당하며, 외부 광원에 의한 경우뿐만 아니라 보조 광원에 의한 경우에도 어두운 표시가 된다.

이에 대하여, 보다 밝은 반투과형의 액정 표시 장치를 실현하기 위해서, 최근에 와서 흡수형 편광판과 반사형 편광판을 조합시키는 방법이 제안되어 있다.

이 경우의 반투과 반사형 액정 표시 장치는 동작이 다르기 때문에, 이하, 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다.

도 8은 종래의 액정 표시 장치의 패널 구성을 도시하는 모식적인 단면도이다.

도 8에 있어서, 유리 등의 투명 재료로 이루어지는 제1 기판(32)과 제2 기판(34)을 소정 간격으로 대향시키고, 그 간격에 액정층(31)을 도시하지 않은 밀봉재에 의해서 봉입하여 액정 셀(3)을 구성한다. 액정층(31)에는 제1 기판(32)으로부터 제2 기판(34)으로 약 90°광을 선광(旋光)하는 트위스트 네마틱 액정을 이용하고 있다.

그 액정 셀(3)의 제1 기판(32)의 내면[액정층(31)과 접하는 면]에는 ITO막 등의 투명 전극막으로 이루어지는 M개의 신호 전극(36)을 갖추고 있다. 한편, 제2 기판(34)의 내면[액정층(31)과 접하는 면]에는 신호 전극(36)과 교차하는 투명 전극막으로 이루어지는 N개의 주사 전극(37)을 갖춰, M ×N의 화소부를 갖는 매트릭스형 액정 표시 패널이 된다.

그리고, 이 액정 셀(3)의 제1 기판(32)의 관찰자측인 인식측에는 제1 편광판(1)을 설치하고, 제2 기판(34)의 인식측과 반대측에는 광 산란층(4)과 제2 편광판(5)을 설치하고 있다.

그 제1 편광판(1)에는 흡수형 편광판을 이용하고, 제2 편광판(5)에는 반사형 편광판을 이용하고 있다. 여기서, 반사형 편광판에는 스미토모스리엠 주식회사 제조의 상품명 RDF-C를 이용한다. 제1 편광판(1)과 제2 편광판(5)은 서로의 투과축이 일치하는 방향으로 설치되어 있다.

그리고, 제2 편광판(5)에 대하여 제2 기판(34)의 반대측에는 보조 광원(10)을 배치하고 있다. 이 보조 광원(10)은 냉음극관(형광등: 13)을 1개 배치하여, 아크릴 수지로 이루어지는 도광판(14)에 의해 면(面)광원으로 확산되는 사이드 엣지 방식을 채용하고 있다.

또한, 산란성을 향상시키기 위해서 도광판(14) 상에 산란 필름(12)을 설치하고, 또한 그 위에 지향성을 갖게 하기 위한 프리즘 시트(11)를 겹쳐 설치하고 있다.

이어서, 이 액정 표시 장치에 의한 명암의 표시 동작을 외광 이용시와 보조 광원 이용시의 각각에 관하여 도 9를 이용하여 설명한다.

우선 맨 처음에, 도 9의 광로선(20과 21)을 이용하여 외광 이용시에 관하여 설명한다.

광로선(20)은 액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않는 경우의 광로를 나타내고, 광로선(21)은 액정 셀(3)에 전압을 인가한 경우의 광로를 나타내고 있다. 액정 표시 장치를 사용하는 환경이 밝은 경우에는 액정 표시 장치에는 관찰자측으로부터 외부광이 입사된다.

우선 광로선(20)에 관해서 설명한다.

관찰자측에서 입사한 빛은 제1 편광판(1)에 의해 투과축에 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분이 투과되어 액정 셀(3)에 입사된다. 그 입사한 직선 편광 성분은 액정 셀(3) 내에서 90도 선광되어, 제2 편광판(5)의 방향으로 출사된다.

이 때, 제2 편광판(5)에 입사되는 직선 편광 성분의 진동 방향과 제2 편광판(5)의 반사축이 평행하게 되기 때문에 전부 반사된다. 즉, 관찰자측에서부터 입사된 빛의 대략 반이 그대로 관찰자측으로 반사된다. 따라서, 이 때에 관찰자는 밝은 표시로서 인식할 수 있다.

이어서, 액정 셀(3)에 전압을 인가한 경우의 광로선(21)에 관해서 설명한다.

액정 셀(3)에 약 3V의 전압이 인가됨으로써, 액정 분자가 기립하여 90도의 선광성을 잃어버린다. 따라서, 액정 셀(3)에 입사된 직선 편광 성분은 그대로 제2 편광판(5)에 입사된다.

이 때, 제2 편광판(5)에 입사하는 직선 편광의 진동 방향은 투과축과 평행하게 되어 있기 때문에, 제2 편광판(5)을 투과하고, 이면측에 배치된 보조 광원(10)에 입사한다. 보조 광원(10)에서는 입사된 직선 편광 성분은 도광판(14)에 의해서 편광이 흐트러지면서 반사되어 제2 편광판(5)에 입사되고, 또한 일부의 직선 편광성분이 투과되어 관찰자측으로 되돌아간다.

즉, 보조 광원(10)으로 어느 정도의 편광의 흐트러짐이 있으면 관찰자측으로 되돌아가는 빛은 많지 않아 관찰자는 어두운 표시로서 인식할 수 있다.

또한, 제2 편광판(5)의 이면에 광흡수층을 설치하면, 관찰자측에게 되돌아가는 빛의 흡수량이 더욱 증가한다.

이상이 외광 이용시의 명암 표시의 동작이다. 이전부터 채용되고 있던 2장의 흡수형 편광판과 반사판을 조합시킨 액정 표시 장치에서는 왕복으로 4회 흡수형 편광판을 투과하지만, 상술한 종래의 액정 표시 장치에서는 왕복으로 2회밖에 편광판을 투과하지 않기 때문에 반사율이 높고, 밝은 표시가 가능하게 된다.

또한, 스미토모스리엠 주식회사 제조의 상품명 RDF-C가 반사형 편광판으로서 충분히 기능하고 있어 높은 반사율인 것도 밝은 표시의 이유이다.

다음에, 보조 광원(10)을 이용하는 경우에 관해서, 도 9의 광로선(22)과 광로선(23)을 이용하여 설명한다. 우선, 전압 인가가 없을 때의 광로선(22)에 관해서 설명한다.

보조 광원(10)으로부터의 출사광은 제2 편광판(5)에 입사한다. 제2 편광판 (5)에서는 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 투과하고, 투과축에 직교하는 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 반사하여 다시 보조 광원(10)으로 되돌아간다.

제2 편광판(5)을 투과한 직선 편광 성분은 액정 셀(3)에서 90도 선광되어, 제1 편광판(1)에 도달한다. 이 때, 제1 편광판(1)에 입사하는 직선 편광 성분은그 진동 방향이 투과축과 직교하기 때문에 흡수되어, 관찰자측으로는 출사되지 않는다. 따라서, 관찰자는 어두운 표시로서 인식할 수 있다.

이어서, 전압 인가시의 광로선(23)에 관해서 설명한다. 액정 셀(3)에 전압이 인가됨으로써, 그 선광성이 소실되기 때문에, 보조 광원(10)으로부터 출사되어 제2 편광판(5)을 투과한 직선 편광 성분은 그대로 선광되지 않고서 제1 편광판(1)에 입사한다.

이 때, 제1 편광판(1)에 입사하는 직선 편광 성분은 그 진동 방향이 투과축과 평행하게 되어 있기 때문에, 제1 편광판(1)을 투과하여 관찰자측으로 출사한다. 따라서, 관찰자는 밝은 표시로서 인식할 수 있다.

이상이 보조 광원(10)을 이용했을 때의 명암 표시의 동작이다. 여기서, 외광 이용시와 보조 광원 이용시의 명암 표시의 특징을 정리하면, 외광 이용시에는 액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않은 상태에서 밝은 표시, 인가하면 어두운 표시가 된다.

보조 광원(10)의 이용시에는 액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않은 상태에서 어두운 표시, 인가하면 밝은 표시가 된다.

이것을 관찰자가 인식하면, 외광 이용시와 보조 광원 이용시에 화상이 소위 계조(階調) 반전되어 보인다. 계조 반전하면 인식하기 어렵게 되는 화상을 표시하는 경우에는 보조 광원(10)의 점등에 동기하여, 표시하는 화상 자체의 계조를 반전한 화상을 액정 표시 장치에 표시시키면, 이 문제를 거의 해결할 수 있는 것을 알 수 있다.

여기서 주목하고 싶은 것은 외광 이용시의 외광 반사율이 이론적으로는 50%에 가깝고, 보조 광원의 투과율도 50%에 가깝다는 것이다. 이것은 이전의 흡수형 편광판을 이용한 반투과형 액정 표시 장치에서는 실현할 수 없었던 것이다.

이와 같이, 이 액정 표시 장치는 밝은 표시를 얻을 수 있다고 하는 점과, 보조 광원의 이용 효율이 매우 높다고 하는 이점이 있기 때문에 많이 이용되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 액정 표시 장치에는 반투과형에서 이용하려면 큰 문제가 있다. 즉, 보조 광원을 이용하여 명암 표시를 하는 경우에, 어두운 표시 부분에 있어서 어두운 정도가 다른 표시 얼룩짐이 보이게 되어 버리는 것이다.

이것은 이전부터 이용되고 있던 흡수형 편광판을 이용하는 액정 표시 장치에는 없었던 문제이며, 반사형 편광판을 사용함에 의한 특유의 문제이다.

도 5 및 도 6과 도 10 및 도 11을 이용하여 어두운 표시 상태에서의 표시 얼룩짐에 관해서 설명한다. 도 5에 있어서, 중심선에서부터 좌측에 도시하고 있는 것이 종래 기술에 따른 예의 설명도이다. 중심선에서부터 우측에 도시하고 있는 것은 후술하는 본 발명의 실시예에 의한 경우를 대비하여 설명하기 위한 것으로, 여기서는 설명을 생략한다.

도 5는 전술한 도 9에 도시한 종래 기술의 예로부터 제1 편광판(1)과 제2 편광판(5)을 빼내어 도시한 것이다.

제1 편광판(1)은 흡수형 편광판이며, 제2 편광판(5)은 반사형 편광판으로, 스미토모스리엠 주식회사 제조의 상품명 RDF-C를 이용하고 있다. 도 5에서, 원 속에 흑점이 있는 기호는 직선 편광의 진동 방향이 지면에 수직인 방향임을 나타내고, 가로 방향의 양 화살표는 그것이 지면에 평행한 방향임을 나타내고 있다.

이어서 도 6을 참조한다. 도 6은 도 5에 있어서의 제1 편광판(1)과 제2 편광판(5)의 사시도이다. 도시한 바와 같이, 제1 편광판(1)의 투과축(1a)과 제2 편광판(5)의 투과축(5a)이 직교하고 있다. 이 도 6에서, 제2 편광판(5)의 이면측으로부터 분광이 편평한 빛을 투사한다.

이 때의 제1 편광판(1)의 투과 분광 특성을 측정점 A와 측정점 B에서 각각 측정했다. 그 결과를 도 10 및 도 11에 도시하였다.

도 10 및 도 11에 있어서, 측정점 A와 측정점 B의 가시광 영역에 있어서의 투과율이 높은 곳에서 10% 이상으로, 상당히 투과하고 있음을 알 수 있다.

이상적으로는 제1 편광판(1)의 투과축(1a)과 제2 편광판(5)의 투과축(5a)을 직교시키고 있기 때문에, 투과율이 0%인 것이 바람직하다. 예컨대, 통상의 흡수형 편광판에서는 3% 이하이며, 이는 상당히 투과하는 것이다.

이것은 반사형 편광판의 반사 편광도가 85%에서 90%로 그다지 좋지 않기 때문이다. 이에 따라 소정 방향의 직선 편광 성분이 반사되지 않고서 투과하여 관찰자측에 누광(漏光)으로서 인식된다.

또, 도 10 및 도 11에 있어서, 투과율의 분광 특성이 가시광 영역에 있어서 일정하지 않고 불균일한 것을 알 수 있다. 또한, 측정점 A와 측정점 B에서는 분포가 상당히 다르다는 것을 알 수 있다. 이 투과율의 불균일량은 육안으로 충분히 인식할 수 있는 양이며, 표시 품질을 현저히 저하시켜 버린다.

특히, 이 불균일성은 소정 방향으로 신장하는 띠 형상으로 보이는 경향이 강해 육안으로도 알아보기 쉽다.

이 현상은 반사형 편광판의 구조와 편광 원리에 원인이 있다. 예컨대, 반사형 편광판을 실현하는 방법으로서, 다층막에 의한 방법이 있다. 도 12에 그 단면도를 모식적으로 도시한다.

도 12에 있어서, 굴절율 이방성을 갖는 A층과 B층이 교대로 다수장 적층되어 있다.

또한, 소정의 방향에 있어서의 A층의 굴절율과 B층의 굴절율이 다르고, 소정 방향과 직교하는 방향의 굴절율이 A층과 B층에서 같아지도록 배치한다.

이 때, 각 층에서 굴절율이 다른 소정의 방향에 있어서, 각 층에 있어서의 막 두께와 굴절율의 곱의 합이 1/2λ이 되도록 설정함으로써, 파장(λ)의 빛 중의 소정의 방향의 직선 편광 성분만이 반사되고, 소정의 방향과 직교하는 직선 편광 성분은 투과하게 된다.

이것을 가시광 영역의 모든 파장에 있어서 실현하도록, A층과 B층을 다수장 적층함으로써 반사형 편광판을 실현할 수 있다. 이러한 것은 국제 공개 공보 WO 95/17692에 개시되어 있다.

그런데, 실제로는 제조상의 변동에 의해, 넓은 면적에서 균일한 막 두께를 유지하는 것은 곤란하다. 이 막 두께의 불균일성이 투과 분광 특성의 불균일화를 유인한다.

실제의 막 두께는 100nm 정도이기 때문에, 이 막 두께를 수십 cm 에 걸쳐 균일하게 형성하는 것은 현실적으로는 상당히 곤란하다.

또, 가시광 영역에서 균일한 분광 특성을 얻기 위해서는 층수가 많을수록 편광 특성에 우수하지만, 실제의 양산상에서는 100층 정도가 이상적이다. 이 층수를 충분히 얻을 수 없는 것도 불균일성의 원인이 된다.

이상과 같이, 반사형 편광판에는 그 제조상의 변동이나 다층막 층수의 한계에서부터 유인되는 반사 편광도의 저하와 분광 특성의 불균일성이 있다.

이것이 원인으로, 보조 광원을 이용할 때에, 관찰자측에서는 표시 얼룩짐이 발생하여, 표시 품질을 현저히 저하시키고 있다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 반사형 편광판을 사용하는 액정 표시 장치에 있어서의 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 보조 광원을 이용하는 투과형의 표시를 행하는 경우에, 표시 얼룩짐을 발생시키지 않고서, 품질이 높은 표시를 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 투명한 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 봉입(封入)하고, 그 액정층에 전압을 인가함으로써 입사광에 대하여 광학 변화를 주는 액정 셀과, 그 액정 셀의 인식측과 그 반대측에 각각 설치한 편광판으로 이루어지는 액정 표시 패널과, 그 인식측과 반대측에 설치한 보조 광원을 구비한 액정 표시 장치, 즉 투과형 액정 표시 장치 및 반투과 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 제1 실시예의 패널 구성을 도시하는 모식적인 단면도이다.

도 2는 마찬가지로 그 동작을 설명하기 위한 주요 부분의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 제2 실시예의 패널 구성을 도시하는 모식적인 단면도이다.

도 4는 마찬가지로 그 동작을 설명하기 위한 주요 부분의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 기본적인 작용을 종래 기술의 예와 비교하여 설명하기 위한 설명도이다.

도 6은 도 5에 있어서의 제1 편광판과 제2 편광판의 사시도이다.

도 7은 도 5에 있어서의 본 발명 B의 경우에 관찰자측에서 측정한 투과 분광 특성을 도시하는 선도이다.

도 8은 종래의 액정 표시 장치의 패널 구성을 도시하는 모식적인 단면도이다.

도 9는 마찬가지로 그 동작을 설명하기 위한 주요 부분의 단면도이다.

도 10 및 도 11은 도 5의 종래 기술의 예의 경우의 도 6에 도시하는 측정점 A와 측정점 B에 있어서 각각 측정한 투과 분광 특성을 도시하는 선도이다.

도 12는 반사형 편광판의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

본 발명은 투명한 제1 기판과 제2 기판을 소정의 간격으로 대향시켜 배치하고, 그 간격에 액정층을 봉입하여 이루어지며, 그 액정층에 전압을 인가함으로써 입사광에 대하여 광학 변화를 주는 액정 셀과, 그 액정 셀의 인식측에 있는 제1 기판의 외측에 설치한 제1 편광판과, 액정 셀의 인식측과 반대측에 있는 제2 기판의 외측에 설치한 제2 편광판과, 그 제2 편광판의 액정 셀과 반대측에 설치한 보조 광원을 구비한 액정 표시 장치에 있어서, 상기 한 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 편광판은 제1 직선 편광 성분을 투과하는 편광판으로 하고,

상기 제2 편광판은 제2 직선 편광 성분을 반사하여, 상기 제2 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제3 직선 편광 성분은 투과하는 편광판으로 하고,

상기 제2 편광판과 상기 보조 광원과의 사이에, 제4 직선 편광 성분을 투과하는 제3 편광판을 배치하고,

상기 제3 직선 편광 성분과 제4 직선 편광 성분의 진동 방향이 교차하는 각도가 마이너스 45도 이상 플러스 45도 이하의 범위가 되도록 한다.

상기 제3 편광판은 제4 직선 편광 성분을 투과하고, 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제5 직선 편광 성분은 흡수하는 흡수형 편광판으로 하면 좋다.

상기 제3 편광판은 제4 직선 편광 성분을 투과하고, 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제5 직선 편광 성분은 반사하는 반사형 편광판이라도 좋다.

상기 보조 광원은 냉음극관, 발광 다이오드, 혹은 전장 발광 소자를 이용한 백라이트 장치로 하면 좋다.

상기 제3 편광판과 제2 편광판을 접착하더라도 좋다.

상기 제3 편광판이 상기 보조 광원 또는 그 보조 광원을 구성하는 부재에 고정되고, 상기 제2 편광판과는 분리되어 있도록 하더라도 좋다.

상기 제2 편광판의 인식측 중 어느 한 위치에 광 산란층을 설치하면 좋다.

상기 제2 편광판과 제3 편광판의 사이, 제3 편광판과 보조 광원과의 사이,및 보조 광원의 구성 부품의 사이 중 어느 하나에 광 반흡수층을 설치하여, 상기 제3 직선 편광 성분과 제4 직선 편광 성분의 진동 방향이 거의 일치하도록 할 수도 있다.

상기 광 반흡수층은 가시광 영역의 거의 전 영역에서 균일한 흡수 특성을 지니고, 흡수율이 60% 이하인 것이 바람직하다.

상기 제2 편광판의 인식측 중 어느 한 위치에 광 산란층을 설치하면 좋다.

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해서, 첨부 도면에 따라서, 본 발명의 실시예를 설명한다.

〔본 발명의 기본적인 작용의 설명 : 도 5 내지 도 7〕

본 발명의 구체적인 실시예의 설명에 앞서서, 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 기본적인 작용에 관해서, 도 5 내지 도 7을 이용하여 설명한다.

도 5는 배경 기술의 설명에서도 이용한 도면으로, 종래 및 본 발명에 의한 액정 표시 장치에 있어서의 액정 셀 등은 생략하고, 보조 광원(10)과 각 편광판(편광 분리기)만을 빼내어 도시한 도면이다. 또한, 원 내에 흑점이 있는 기호는 직선 편광의 진동 방향이 지면에 수직인 방향임을 나타내고, 가로 방향의 양 화살표는 그것이 지면에 평행한 방향임을 나타내고 있다.

도 5에 있어서의 중심선에서부터 좌측의 종래예의 경우는 아래에서부터 보조 광원(10)과, 제2 편광판(5)과, 제1 편광판(1)이 배치되어 있다.

한편, 중심선에서 우측의 본 발명의 경우는 보조 광원(10)과, 제3 편광판(6)과, 제2 편광판(5)과, 제1 편광판(1)이 배치되어 있다.

이 도 5에 있어서, 제2 편광판(5)에는 반사형 편광판을 이용하고, 그 투과축은 지면에 평행하게 배치하고 있다.

제1 편광판(1)에는 흡수형 편광판을 이용하고, 그 투과축은 지면에 수직으로 배치하고 있다. 또, 본 발명 A에서는 제3 편광판(6)으로서 반사형 편광판(61)을 이용하여, 그 투과축이 지면에 평행하게 되도록 배치하고 있다. 본 발명 B에서는 제3 편광판(6)으로서 흡수형 편광판(62)을 이용하여, 그 투과축이 지면에 평행하게 되도록 배치하고 있다.

이 도 5에 있어서의 각 편광판의 투과축의 배치는 액정층을 개재하지 않고 있기 때문에, 제1 편광판(1)의 투과축을 90도 회전하고 있다. 즉, 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태에 해당한다.

도 6에, 제1 편광판(1)과 제2 편광판(5)을 사시도로 나타내고, 그 제1 편광판(1)에 투과축(1a)과 제2 편광판(5)의 투과축(5a)이 직교하도록 배치되어 있는 것을 나타내고 있다.

이 구성에 의해, 외광 이용시에는 외광이 제2 편광판(5)에서 반사되어 관찰자측으로 되돌아가 밝은 표시로 되고, 보조 광원(10)의 사용시에는 보조광이 제1 편광판(1)에서 흡수되어 관찰자측으로 출사되지 않아 어두운 표시가 된다. 도 5에는 보조 광원(10)으로부터의 보조광에 대해서만 도시하고 있다.

우선, 종래예에 관해서 설명한다. 종래예에서는 보조광의 광로선(24)을 따르는 출사광은 제2 편광판(5)에 입사되고, 지면과 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)을 투과하여 제1 편광판(1)에 흡수된다.

그런데, 지면과 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 반사형 편광판의 반사 편광도가 나쁘기 때문에 10% 정도가 제2 편광판(5)을 투과하여 제1 편광판(1)에 입사한다. 또한, 그 직선 편광 성분은 진동 방향이 제1 편광판(1)의 투과축과 일치하기 때문에, 관찰자측으로 투과되어 버린다. 더욱이, 이 투과량은 반사형 편광판인 제2 편광판(5)의 반사 편광도의 변동에 의존하며, 관찰자측에서는 표시 얼룩짐으로서 인식된다.

이에 대하여, 본 발명에 의한 액정 표시 장치에서는 보조 광원과 제2 편광판(5)의 사이에 제3 편광판(6)을 배치하고 있다.

이 때의 동작을, 본 발명 A와 본 발명 B에 관해서 각각 설명한다.

우선, 본 발명 A에서는 제3 편광판(6)에 반사형 편광판(61)을 이용한다. 보조 광원(10)으로부터의 광로선(25)을 따르는 출사광은 반사형 편광판(61)에 의해 지면에 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 투과하고, 제2 편광판(5)에 입사하며, 그 직선 편광 성분의 진동 방향과 투과축이 평행하기 때문에, 제2 편광판(5)도 투과하고, 제1 편광판(1)에 입사하여 여기서 흡수된다.

또, 광로선(25)을 따르는 지면에 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 반사형 편광판(61)에서 약 90%가 반사되어 보조 광원(10)으로 되돌아간다. 나머지 약 10%는 반사형 편광판(61)을 투과하여 버리지만, 그 진동 방향이 제2 편광판(5)의 투과축과 직교하는 방향이기 때문에, 또한 90% 이상이 반사되고, 제2 편광판(5)을 빠지는 것은 불과 2% 이하이다. 따라서, 관찰자측에는 보조 광원(10)으로부터의 출사광은 거의 빠져 오지 않는다.

보조 광원(10)으로부터의 보조광이 관찰자측으로 출사되지 않는다는 것은 당연하지만, 가령 제2 편광판(5)의 편광도가 불균일하더라도 표시 얼룩짐이 전혀 발생하지 않게 된다.

이어서, 본 발명 B의 경우에는 제3 편광판(6)으로서 흡수형 편광판(62)을 이용하고 있다. 그 때문에, 보조 광원(10)으로부터의 광로선(26)을 따르는 출사광은 맨 처음에 흡수형 편광판(62)에 입사하고, 지면과 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 그 흡수형 편광판(62)에서 흡수된다. 일반적으로 흡수형 편광판의 흡수 편광도는 높아 95% 이상이다.

따라서, 관찰자측에는 지면에 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 출사되지 않기 때문에, 제2 편광판(5)의 편광도가 불균일하더라도, 표시 얼룩짐이 전혀 발생하지 않는다.

도 7에 본 발명 B의 경우에 관찰자측에서 측정한 투과 분광 특성을 도시한다. 종축은 투과율을 나타내고, 횡축이 파장을 나타낸다. 실제로는 보조 광원(10)이 불균일한 분광 특성을 갖지만, 균일한 분광 특성으로서 다시 계산한 선도를 나타내고 있다.

이 도 7에 따르면, 투과율은 평균 1% 이하이며, 또한 고유의 파장 영역에서 투과율이 높아지는 현상도 볼 수 없다. 이것은 반사형 편광판을 이용한 경우에 생기는 고유의 표시 얼룩짐이 완전히 소멸되고 있음을 나타낸다.

또한, 제2 편광판(5)과 보조 광원(10)의 사이에서, 제3 편광판(6)의 양측의 어느 쪽인가에 광 반흡수층을 배치함으로써, 관찰자측으로부터의 외광 이용시의 콘트라스트가 향상된다.

이 경우라도, 제3 편광판(6)을 배치하는 효과에 영향은 없으며, 표시 얼룩짐은 발생하지 않는다.

〔제1 실시예 : 도 1 및 도 2〕

이어서, 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 제1 실시예에 관해서 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

도 1은 그 액정 표시 장치의 패널 구성을 도시하는 모식적인 단면도, 도 2는 그 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 이들 도면에 있어서 전술한 도 8 및 도 9와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 놓고, 이들의 설명은 간단히 한다.

이 실시예에서의 액정 셀(3)은 액정층(31)으로서 STN 액정을 봉입한 STN 셀로 하고 있다.

이 액정 셀(3)은 투명한 유리 기판인 제1 기판(32)과 마찬가지로 투명한 유리 기판인 제2 기판(34)에 의해서 STN 액정에 의해 액정층(31)을 끼우고 있다. 제1, 제2 기판(32, 34)은 밀봉 부재(도시 생략)에 의해서 접합되어 있다.

또, 제1 기판(32)의 내면에는 투명 전극에 의한 다수의 신호 전극(36)이 지면에 수직인 방향으로 형성되고, 제2 기판(34)의 내면도 투명 전극에 의한 다수의 주사 전극(37)이 지면에 평행한 방향으로 형성되어, 그 신호 전극(36)과 주사 전극(37)의 각 교점이 화소로 되고 있다. 또한, 제2 기판(34)과 주사 전극(37)의 사이에는 컬러 필터(35)가 형성되어 있다.

이 액정 셀(3)의 관찰자측(인식측)에는 위상차 필름(2)이 배치되고, 또한 그 위에는 제1 편광판(1)으로서 흡수형 편광판이 배치되어 있다. 또, 이 액정 셀의인식측과 반대측에는 광 산란층(4)이 설치되고, 그 아래쪽에는 제2 편광판(5)으로서 반사형 편광판이, 제3 편광판(6)으로서 흡수형 편광판이 순차적으로 설치되어 있다.

또한, 제3 편광판(6)의 아래쪽에는 보조 광원(10)이 배치되어 있다. 그 보조 광원(10)은 냉음극관(13)과 도광판(14) 및 그 위에 점착된 프리즘 시트(11)와 산란 필름(12)으로 백라이트 장치를 구성하고 있다.

이 형태에 있어서의 액정 셀(3)의 STN 액정층은 240도 트위스트된 것을 사용했지만, 이것에 한정되는 것이 아니다.

제1 편광판(1)인 흡수형 편광판의 투과축은 지면에 평행한 방향으로 배치하고 있다. 위상차 필름(2)은 위상차의 수치가 540nm 인 것을 사용하여, 지상축이 흡수형 편광판(1)에 대하여 40도 회전한 위치에 배치하고 있다.

또, 액정 셀(3)의 반대측에 배치하는 제2 편광판(5)인 반사형 편광판의 투과축은 지면에 평행하게 배치하고, 그 아래쪽의 제3 편광판(6)인 흡수형 편광판의 투과축도 지면에 평행하게 배치하고 있다.

이 실시예의 액정 표시 장치의 구성은 위상차 필름(2)과 제3 편광판(6)을 설치한 것 이외에는 도 6에 도시한 종래의 액정 표시 장치와 동일하다.

또한, 제2 편광판(5)은 일반적으로 입수 가능한 스미토모스리엠사 제조의 상품명 RDF-C를 이용했다. 이 상품에는 반사형 편광판에 산란 기능을 갖게 한 점착제가 이미 도포되어 있고, 제2 기판(34)에 접착함으로써, 광 산란층(4)과 반사형 편광판을 한번에 형성할 수 있다.

또, 컬러 필터(35)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 필터가 교대로 신호 전극(36)을 따라서 세로 스트라이프형으로 배치되어 있다. 이에 따라 이 실시예는 반투과 반사형 컬러 액정 표시 장치로서의 기능을 한다.

물론, 컬러 필터는 본 발명과는 직접 관계 없고, 흑백 표시의 경우에는 컬러 필터(35)를 배치하지 않으면, 본 실시예와 같은 식의 구성을 이용하여 실시할 수 있다.

여기서, 컬러 필터(35)는 종래의 투과형에서 이용하는 것보다도 투과율을 높게 설정하고 있다. 이것은 반사형인 경우에는 관찰자측으로부터의 입사광이 컬러 필터(35)를 2번 투과하기 때문에 투과율이 저하되는 것을 막기 위해서이다.

그런데, 이 실시예의 동작에 관해서 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 제1 실시예에 있어서의 동작을 설명하기 위한 주요 부분의 단면도이다.

도 2에 있어서, 인식측으로부터, 제1 편광판(1)의 흡수형 편광판(1)과, 위상차 필름(2)과, 액정 셀(3)과, 광 산란층(4)과, 제2, 제3 편광판(5, 6), 백라이트 장치에 의한 보조 광원(10)이 순서대로 배치되어 있다.

중심선에서부터 좌측이 액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않은 상태의 설명도이며, 우측이 전압을 인가한 상태의 설명도이다. 광로선(20)과 광로선(21)은 보조 광원(10)을 점등하지 않은 경우에, 관찰자측에서 입사하는 외광에 의한 반사형 표시시의 광로를 모식적으로 도시한 것으로, 광로선(20)은 전압 인가가 없는 경우를, 광로선(21)은 전압 인가가 있는 경우를 각각 나타내고 있다.

광로선(22)과 광로선(23)은 보조 광원(10)을 점등하여 투과형 표시시의 보조광원(10)으로부터 출사하는 광로를 모식적으로 도시한 것으로, 광로선(22)은 전압 인가가 없는 경우를, 광로선(23)은 전압 인가가 있는 경우를 각각 나타내고 있다.

또, 광로선 중에 직선 편광의 편광 방향을 도시해 놓고, 화살표가 지면에 평행한 직선 편광 성분을 나타내고, 이중 동그라미가 지면에 수직방향의 직선 편광 성분을 나타낸다.

그런데, 이 실시예에서는 충분한 양의 외광을 얻을 수 있는 환경에서는 반사형 액정 표시 장치로서의 기능을 한다. 이 경우는 보조 광원(10)을 점등하지 않더라도 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다.

액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않을 때의 동작을, 광로선(20)에 의해서 설명한다.

관찰자측에서 입사하는 외광은 제1 편광판(1)에 입사되어, 지면에 평행한 투과축 방향으로 진동하는 직선 편광 성분만이 투과하고, 그것에 직교하는 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 흡수된다.

투과한 직선 편광 성분은 위상차 필름(2)과 액정 셀(3)에 입사된다. 이 때 위상차 필름(2)과 액정 셀(3)을 지나서 입사한 직선 편광 성분은 거의 90도 선광한 지면에 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분으로 간주할 수 있는 타원 편광으로서 출사된다.

출사한 편광은 광 산란층(4)에서 산란하지만, 그 편광 상태는 변화되지 않고서 제2 편광판(5)에 입사된다. 이 때 입사하는 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)의 투과축과 직교 방향으로 진동하기 때문에, 여기서 반사되어 다시 액정 셀(3)로 되돌아가, 같은 식의 광로에서 관찰자측으로 되돌아간다. 이 때 관찰자측에는 외광의 약 20% 이상이 반사되어 되돌아가, 관찰자는 밝은 표시로서 인식할 수 있다.

이어서, 액정 셀(3)에 전압을 인가했을 때는 제1 편광판(1)을 투과한 입사광은 액정 셀(3)에서 90도 선광하지 않고서 지면에 평행한 직선 편광을 유지한 채로 광 산란층(4)과 제2 편광판(5)에 입사된다. 이 때, 그 직선 편광의 진동 방향이 제2 편광판(5)의 투과축과 일치하기 때문에 이것도 투과하고, 제3 편광판(6)인 흡수형 편광판에 입사한다. 여기서도 그 진동 방향이 흡수형 편광판(6)의 투과축과 일치하기 때문에, 이것도 투과하여 보조 광원(10)에 입사된다.

보조 광원(10)은 도 1에 도시한 바와 같이, 도광판(14)과 프리즘 시트(11)와 산란 필름(12)을 갖추고 있기 때문에, 입사한 직선 편광 성분은 거의 완전히 편광 해소되어 치우침이 없는 빛이 되어 반사되어, 제3 편광판(6)으로 되돌아간다. 이 때, 제3 편광판(6)의 투과축 방향으로 진동하는 직선 편광 성분만이 투과하여, 관찰자측으로 되돌아진다.

발명자의 측정에 의하면, 이 때 관찰자측으로 복귀되는 빛의 양은 입사 외광의 5% 이하였다. 따라서 관찰자는 어두운 표시로서 인식할 수 있다. 이상이 외광 이용시의 명암 표시의 동작이다.

다음에, 환경이 어둡고 충분한 양의 외광을 얻을 수 없는 경우에는 보조 광원(10)을 점등하여, 보조광을 이용한 투과형 액정 표시 장치로서의 기능을 한다. 보조 광원(10)을 점등함으로써, 어두운 환경에서도 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다.

우선, 액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않을 때의 동작을 광로선(22)에 의해서 설명한다.

보조 광원(10)으로부터의 출사광은 제3 편광판(6)에 입사하여, 지면에 평행한 투과축 방향으로 진동하는 직선 편광 성분만이 투과하고, 그것과 직교하는 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 흡수된다. 투과한 직선 편광 성분은 진동 방향이 제2 편광판(5)의 투과축과 일치하기 때문에, 광 산란층(4)을 통해 액정 셀(3)에 입사한다.

이 때, 위상차 필름(2)과 액정 셀(3)에 의해 입사한 직선 편광 성분은 거의 90도 선광한 지면에 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분으로 간주할 수 있는 타원 편광으로서 출사된다.

출사한 편광은 제1 편광판(1)의 투과축에 직교하는 방향으로 진동하기 때문에, 그 직선 편광 성분은 흡수되어, 관찰자측으로는 출사되지 않는다. 이 때 관찰자는 어두운 표시로서 인식할 수 있다.

이어서, 액정 셀(3)에 전압을 인가했을 때에 관하여, 광로선(23)을 이용하여 설명한다.

보조 광원(10)으로부터의 출사광은 제3 편광판(6)에서 지면에 평행한 직선 편광 성분이 투과하고, 제2 편광판(5)과 광 산란층(4)을 투과하며, 액정 셀(3)에서 90도 선광하지 않고서 지면에 평행한 직선 편광을 유지한 채로, 제1 편광판(1)에 입사된다. 이 때, 그 직선 편광 성분의 진동 방향은 투과축과 일치하기 때문에, 이것도 투과되어 관찰자측으로 출사된다.

발명자의 측정에 의하면, 관찰자측으로 출사하는 빛의 양은 보조 광원(10)의 출사광의 20% 이상이었다. 따라서, 관찰자는 밝은 표시로서 인식할 수 있다. 이상이 보조 광원 이용시의 명암 표시의 동작이다.

이상의 설명으로부터, 이 실시예에서도 종래의 액정 표시 장치와 변함없이, 외광 이용시와 보조 광원 이용시의 양방에 있어서 콘트라스트가 높은 명암 표시가 가능한 것을 알 수 있다.

한편, 다음에, 본 발명의 목적인 보조 광원 이용시에 발생하는 표시 얼룩짐의 경감에 관해서, 다시 도 2의 광로선(22)을 이용하여 설명한다.

우선, 이 실시예에서는 종래와 달리, 제3 편광판(6)을 갖추었기 때문에, 보조 광원(10)의 출사광은 맨 처음에 제3 편광판(6)에 입사된다.

제3 편광판(6)에서는 투과축에 평행한 직선 편광 성분은 투과하고, 수직인 방향의 직선 편광 성분은 흡수된다.

여기서, 제3 편광판(6)과 제2 편광판(5)에서는 투과축을 일치시키고 있기 때문에 제3 편광판(6)의 흡수형 편광판을 투과한 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)의 반사형 편광판도 투과한다.

한편, 지면에 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)에 대부분 입사하지 않기 때문에, 제2 편광판(5)의 투과율의 파장 의존성이 면내에서 불균일하여도, 투과한 빛은 면내에서 불균일하게 되는 일은 없다.

따라서, 관찰자측에도 표시 얼룩짐은 전혀 보이지 않는다. 이와 같이 제2 편광판(5)에 입사하기 전에 그 반사축과 평행한 직선 편광 성분을 경감함으로써,제2 편광판(5)의 반사 편광도의 면내 불균일성에 의한 화상 품질의 열화를 방지할 수 있다.

여기서, 효과의 정도를 발명자의 실험 데이터를 기초로 하여 설명한다. 이전에 작용의 란에서 설명한 도 10과 도 7을 다시 참조하면, 도 10에서 투과율이 10% 이상이었던 것이 도 7에서는 2% 이하로 되고 있다.

이와 같이 차광성이 현저히 향상하고 있음이 실제의 측정으로부터 알 수 있다.

또, 도 10에서 현저히 나타나고 있던 투과율의 파장 의존성이 도 7에서는 전혀 보이지 않는 것도 실제의 측정으로부터 알 수 있다. 이것은 액정 셀(3)을 개재하더라도 거의 같은 결과를 얻을 수 있음을 용이하게 추측할 수 있다.

이상과 같이 실제의 측정에서도 제3 편광판(6)으로서 흡수형 편광판을 배치하는 효과가 큰 것을 알 수 있다.

이 실시예에서는 반사형 편광판 아래에 흡수형 편광판을 배치했지만, 흡수형 편광판 대신에 반사형 편광판을 배치하더라도 좋다. 이 경우에는 각각의 투과축을 일치시킨 방향으로 반사형 편광판이 2장 겹치는 구조로 한다.

2장 겹침으로써 반사형 편광판의 편광도가 실질적으로 향상되기 때문에, 반사형 편광판의 편광도의 파장 의존성이 완화된다. 발명자의 실험에 의하면 흡수형 편광판을 배치하는 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 이 실시예에서는 반사형 편광판의 바로 아래에 흡수형 편광판을 배치했지만, 이 장소에만 한정되는 것은 아니다.

전술한 작용의 란의 설명으로부터 용이하게 추측할 수 있는 것과 같이, 제3 편광판(6)인 흡수형 편광판은 제2 편광판(5)인 반사형 편광판에 대하여 보조 광원(10)측 중 어딘가에 배치하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.

예컨대, 보조 광원(10)은 도광판(14) 위에 프리즘 시트(11)와 산란 필름(12)을 배치하고 있지만, 제3 편광판(6)을 프리즘 시트(11)의 아래나, 산란 필름(11)의 아래에 배치하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이 경우에는 제2 편광판(5)과의 사이에 개재하는 소재가 굴절율 이방성 등을 지니면 직선 편광이 타원 편광이 되어, 효과가 경감되어 버린다.

그런데, 타원 편광이 됨으로써, 외광 이용시에는 관찰자측으로부터의 편광의 흡수가 증가되어 콘트라스트가 향상되는 이점이 있다.

발명자의 실험에 따르면 제2 편광판(5)과 제3 편광판(6)의 사이에 1/4λ판을 둔 경우라도, 품질적으로 문제가 되지 않는 레벨까지 표시 얼룩짐을 경감할 수 있음을 확인할 수 있었다.

또, 이 실시예에서는 반사형 편광판과 흡수형 편광판의 각각의 투과축을 일치시켜 배치했다. 이 경우에 표시 얼룩짐을 경감하는 효과가 가장 높아지지만, 투과축 위치를 바꾸더라도 표시 얼룩짐을 경감할 수 있는 것은 전술한 설명으로부터 추측할 수 있다.

실제로 5도마다 각도를 변화시켜 실험한 바, 45도까지는 표시 얼룩짐을 인식할 수 없는 정도까지 개선할 수 있었다. 35도까지는 표시 얼룩짐이 거의 완전히 소멸되었다.

또한, 흡수형 편광판의 투과축을 반사형 편광판의 투과축에 대하여 위치를 바꿈으로써, 외광 이용시의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

다시, 도 2의 광로선(23)을 참조하면, 제2 편광판(5)을 투과한 지면에 평행한 방향의 직선 편광 성분은 제3 편광판(6)에 입사하지만, 여기서 투과축이 일치하고 있지 않기 때문에 직교하는 흡수축에 의한 흡수가 발생한다.

이 때의 흡수량은 서로의 투과축의 각도가 클수록 많아진다. 흡수되지 않은 직선 편광 성분은 보조 광원(10)에 입사하여 편광이 흐트러져 다시 제3 편광판(6)으로 되돌아가, 투과축과 평행한 성분만이 투과된다.

투과한 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)의 투과축과 일치하지 않기 때문에 더욱 일부의 빛밖에 투과하지 않는다. 따라서 관찰자측으로 되돌아가는 빛은 많지 않아 투과축을 일치시킨 경우보다도 콘트라스트가 향상된다.

다만, 투과축의 위치를 바꾸면 보조 광원 이용시에 보조 광원(10)의 흡수량도 증가하기 때문에, 화면 휘도가 저하되어 버린다.

따라서, 투과축을 위치를 바꾸어 배치하는 경우는 외광 이용시의 콘트라스트와 보조 광원의 투과율이 상반 관계에 있기 때문에, 사용 환경이나 백라이트의 소비 전력 등을 고려하여 최적의 각도를 선정할 필요가 있다.

어떻든 간에, 제3 편광판(6)을 배치함으로써 표시 얼룩짐을 경감할 수 있고, 그 경감 정도와 표시 품질을 알맞게 설정하는 것이 가능하다고 하는 것이다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 반사형 편광판을 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 콘트라스트나 화면 휘도를 손상하는 일없이, 표시 얼룩짐을 거의 완전히소멸시킬 수 있었다.

〔제2 실시예 : 도 3 및 도 4〕

도 3은 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 제2 실시예의 패널 구성을 도시하는 모식적인 단면도이며, 도 1과 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 놓고, 이들의 설명은 생략한다.

이 제2 실시예에서 도 1에 의해서 설명한 제1 실시예와 다른 점은 제2 편광판(5)과 제3 편광판(6)과의 사이에 광 반흡수층(7)을 배치한 점뿐이다.

이 광 반흡수층(7)은 반사형 편광판인 제2 편광판(5)의 이면에 카본을 흡수제로 이용한 잉크를 인쇄법에 의해 인쇄하여 형성하고 있다. 이 광 반투과층(7)의 광 투과율은 가시광 영역에서 거의 균일하며 평균 60%이다.

일반적으로 입수 가능한 것에서는 스미토모스리엠 주식회사 제조의 상품명 TDF가 있다.

이것은 반사형 편광판의 한쪽의 면에 점착제에 비드를 분산한 광 산란층을 갖추고, 다른 쪽의 면에는 블랙 잉크를 도포하여 광 반투과층을 갖추고 있다. 반투과층의 투과율은 50% 정도이다.

이것을 이용하면, 광 산란층(4)과 제2 편광판(5)과 광 반흡수층(7)을 한번에 형성할 수 있기 때문에 편리하다.

이 실시예의 동작에 관해서 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 제2 실시예에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도 2와 같은 식의 단면도이다.

이 도 4에서, 제1 편광판(1)과, 위상차 필름(2)과, 액정 셀(3)과, 광산란층(4)과, 제2 편광판(5)과, 광 반흡수층(7)과, 제3 편광판(6)과, 보조 광원(10)이 이 순서대로 배치되어 있다.

중심선으로부터 좌측이 액정 셀에 전압을 인가하지 않은 상태의 설명도이며, 우측이 전압을 인가한 상태의 설명도이다.

광로선(20)과 광로선(21)은 보조 광원(10)을 점등하지 않은 경우에, 관찰자측으로부터 입사하는 외광에 의한 반사형 표시시의 외광의 광로를 모식적으로 도시한 것으로, 광로선(20)은 전압 인가가 없는 경우를, 광로선(21)은 전압 인가가 있는 경우를 각각 나타내고 있다.

광로선(22)과 광로선(23)은 보조 광원(10)을 점등하여 보조광에 의한 투과형 표시시의 보조 광원(10)으로부터 출사되는 광로를 모식적으로 도시한 것으로, 광로선(22)은 전압 인가가 없는 경우를, 광로선(23)은 전압 인가가 있는 경우를 각각 나타내고 있다.

또, 광로선 중에 직선 편광의 편광 방향이 도시되어 있으며, 화살표는 지면에 평행한 직선 편광 성분을 나타내고, 원은 지면에 수직 방향의 직선 편광 성분을 나타낸다.

그런데, 본 실시예에서는 충분한 양의 외광을 얻을 수 있는 환경에서는 반사형 액정 표시 장치로서의 기능을 한다. 이 경우는 보조 광원(10)을 점등하지 않더라도 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다.

액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않을 때의 동작을 광로선(20)을 이용하여 설명한다.

관찰자측에서부터 입사하는 외광은 제1 편광판(1)에 입사하고, 지면에 평행한 투과축 방향의 직선 편광 성분만이 투과하며 직교하는 직선 편광 성분은 흡수된다. 투과한 직선 편광 성분은 위상차 필름(2)과 액정 셀(3)에 입사된다.

이 때, 위상차 필름(2)과 액정 셀(3)에 의해 입사한 직선 편광 성분은 거의 90도 선광한 지면에 수직인 직선 편광 성분으로 간주할 수 있는 타원 편광으로서 출사된다.

출사한 편광은 광 산란층(4)에서 산란하지만 그 편광 상태는 변화되지 않고서 제2 편광판(5)에 입사된다.

이 때, 입사하는 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)의 투과축과 직교 방향이기 때문에 반사하여 다시 액정 셀(3)로 되돌아가, 같은 광로에서 관찰자측으로 복귀된다.

이 때 관찰자측은 외광의 약 20% 이상이 반사되어 되돌아가, 관찰자에게는 밝은 표시로서 인식할 수 있다.

이어서, 액정 셀(3)에 전압을 인가했을 때는 액정 셀(3)에서 90도 선광하지 않고서 지면에 평행한 직선 편광을 유지한 채로 광 산란층(4)과 제2 편광판(5)에 입사된다.

이 때, 제2 편광판(5)의 투과축과 일치하기 때문에 이것도 투과하여, 광 반흡수층(7)에 입사된다.

광 반흡수층(7)은 투과율이 가시광 영역에 있어서 약 60%이기 때문에 약 40%가 여기서 흡수된다. 나머지 60%의 직선 편광 성분은 제3 편광판(6)에 입사된다.

입사하는 직선 편광 성분은 제3 편광판(6)의 투과축과 일치하기 때문에 이것도 투과하여, 보조 광원(10)에 입사하고, 보조 광원(10) 내에서 다소 편광 해소되어 반사하여, 제3 편광판(6)으로 되돌아간다.

이 때, 제3 편광판(6)의 투과축 방향의 직선 편광 성분만이 투과하고, 또한 광 반흡수층(7)에 입사하고, 40%가 흡수되어, 관찰자측으로 되돌아간다.

발명자들의 측정에 의하면 관찰자측으로 복귀되는 광량은 입사 외광의 2% 이하였다.

따라서, 관찰자는 어두운 표시로서 인식할 수 있다. 제1 실시예와 비교하면 5%였던 반사율이 광 반흡수층(7)을 배치함에 의해서 2% 이하까지 저하되었다.

이에 따라, 관찰자는 보다 검은 표시를 인식할 수 있다. 즉 외광 이용시의 표시 콘트라스트가 향상하고 있음을 의미한다. 이상이 외광 이용시의 명암 표시의 동작이다.

이어서, 환경이 어둡고 충분한 양의 외광을 얻을 수 없는 경우에는 보조 광원(10)을 점등하여, 보조광을 이용한 투과형 액정 표시 장치로서의 기능을 한다.

이 경우의 동작은 제1 실시예와 마찬가지지만, 하나만 다른 것은 광 반흡수층(7)을 한번 통과하는 것이다. 여기서 투과 광량의 40%가 흡수되어 버리기 때문에, 관찰자측에 보조 광원(10)으로부터의 출사광의 약 10%가 투과된다.

도 4의 광로선(22)과 광로선(23)이 각각 액정 셀(3)에 전압을 인가하지 않은 경우와 인가한 경우의 광로를 나타내고 있는데, 광 반흡수층(7)에서 제3 편광판(6)을 투과한 직선 편광 성분이 흡수되는 것을 알 수 있다.

그러나, 광로선(22)과 광로선(23) 모두 약 40% 가 흡수되기 때문에, 관찰자측에는 밝은 표시시와 어두운 표시시의 어느 쪽이나 40% 가 흡수되기 때문에, 화면 휘도는 감소하지만 콘트라스트는 감소하지 않는다. 이상이 보조 광원 이용시의 명암 표시의 동작이다.

이상의 설명으로부터, 이 실시예에 있어서도, 종래 기술과 변함없이, 외광 이용시와 보조 광원 이용시의 양방에 있어서 콘트라스트가 높은 명암 표시가 가능한 것을 알 수 있다.

또한, 이어서 본 발명의 목적인 보조 광원 이용시에 발생하는 표시 얼룩짐의 경감에 관해서 설명한다.

우선, 본 실시예에서도 제1 실시예와 마찬가지로 제3 편광판(6)을 갖추었기 때문에, 보조 광원(10)의 출사광은 투과축에 평행한 직선 편광 성분은 투과하고, 수직인 방향의 직선 편광 성분은 흡수된다.

여기서, 제3 편광판(6)과 제2 편광판(5)에서는 투과축이 일치하고 있기 때문에 제3 편광판(6)을 투과한 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)도 투과한다.

한편, 지면에 수직인 방향의 직선 편광 성분은 제2 편광판(5)에 대부분 입사하지 않기 때문에, 제2 편광판(5)의 투과율의 파장 의존성이 면내에서 불균일하더라도, 투과한 빛은 면내에서 불균일하게 되는 일은 없다.

이 실시예와 같이, 제2 편광판(5)과 제3 편광판(6)의 사이에 광 반흡수층(7)이 개재하더라도, 편광 상태에 변화는 없고, 지면에 평행한 직선 편광 성분이 감쇠할뿐 아니라 반사형 편광판(5)에 지면에 수직 방향의 편광 성분이 입사하지 않는것에는 변함이 없다.

따라서, 관찰자측에는 표시 얼룩짐은 전혀 보이지 않는다.

이와 같이, 제2 편광판(5)에 입사하기 전에, 그 반사축과 평행한 직선 편광 성분을 경감함으로써, 제2 편광판(5)의 반사 편광도의 면내 불균일성에 의한 화상 품질의 열화를 방지할 수 있다.

또한, 광 반흡수층(7)을 배치함으로써 외광 이용시의 콘트라스트를 향상시키면서 표시 얼룩짐이 없는 표시를 실현할 수 있다.

이 실시예에서는 반사형 편광판과 흡수형 편광판 사이에 광 흡수층(7)을 배치했지만, 이 장소에만 한정되는 것이 아니다.

전술한 설명으로부터 용이하게 추측할 수 있는 바와 같이, 광 반흡수층(7)은 도 4에서 관찰자측에서 보아 제2 편광판(5)의 아래쪽이며, 광로선(21) 상이라면 어느 위치라도 좋다.

예를 들면, 보조 광원(10)의 구성 부재인 프리즘 시트의 아래나, 또한 하부에 배치하는 광 산란판의 아래나, 도광판 아래 중 어느 쪽의 위치에 배치하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제3 편광판(6)에 관해서도 이 장소에만 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제3 편광판(6)을 프리즘 시트의 아래나 광 산란층의 아래에 배치하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이 경우에는 제2 편광판(5)과의 사이에 개재하는 소재가 굴절율 이방성 등을 지니면 직선 편광이 타원 편광이 되어, 효과가 경감되어 버리기 때문에 주의가 필요하다.

또, 이 실시예에서는 제3 편광판으로서 흡수형 편광판을 배치했지만, 대신에 반사형 편광판을 배치하더라도 좋다.

그 경우에는 각각의 투과축을 일치시켜, 반사형 편광판이 광 반흡수층(7)을 끼우는 구조로 한다. 반사형 편광판을 2장 이용함으로써, 그 편광도가 실질적으로 향상되기 때문에, 반사형 편광판의 편광도의 파장 의존성이 완화된다. 발명자의 실험에 의하면, 흡수형 편광판을 배치하는 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 반사형 편광판이 보조 광원(10)의 바로 위쪽에 배치되기 때문에, 보조 광원(10)의 출사광 중 반사형 편광판의 반사축 방향의 직선 편광 성분이 보조 광원(10)으로 되돌아가고, 또한, 편광 해소하면서 반사되어, 투과축 방향의 직선 편광 성분으로서 일부가 투과한다. 이와 같이 광원의 리사이클이 발생하여, 관찰자측의 표시 휘도가 실질적으로 향상된다. 보조 광원(10)의 도광판(14)의 두께 등을 알맞게 선택하면, 약 1. 6배로 향상한다.

이와 같이, 이 실시예에 따르면, 반사형 편광판을 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 콘트라스트나 화면 휘도를 손상시키지 않고서, 표시 얼룩짐을 거의 완전히 소멸시킬 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 액정 표시 장치는 보조 광원의 출사광을 제3 편광판에 의해 소정의 직선 편광 성분으로 편광 분리한 후에, 제2 편광판인 반사형 편광판에 입사하는 구조를 채용하고, 이에 따라 반사형 편광판의 반사 분광 특성에파장 의존성이 있고, 또한 면내에서 반사 분광 특성이 불균일하더라도, 그 반사축 방향으로 입사하는 직선 편광 성분은 충분히 감쇠하고 있기 때문에, 반사 특성에는 관계없게 되어, 표시 품질에의 나쁜 영향도 없어진다.

따라서, 반사형 편광판 이용시의 표시 얼룩짐이 전혀 생기지 않는 높은 표시 품질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

1. 투명한 제1 기판과 제2 기판을 소정의 간격으로 대향시켜 배치하고, 그 간격에 액정층을 봉입하여 이루어지며, 그 액정층에 전압을 인가함으로써 입사광에 대하여 광학 변화를 부여하는 액정 셀과,

   상기 액정 셀의 인식측에 있는 상기 제1 기판의 외측에 설치한 제1 편광판과,

   상기 액정 셀의 상기 인식측과 반대측에 있는 상기 제2 기판의 외측에 설치한 제2 편광판과,

   상기 제2 편광판의 상기 액정 셀과 반대측에 설치한 보조 광원을 구비한 액정 표시 장치로서,

   상기 제1 편광판은 제1 직선 편광 성분을 투과하는 편광판이며,

   상기 제2 편광판은 제2 직선 편광 성분을 반사하고, 상기 제2 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제3 직선 편광 성분은 투과하는 편광판이며,

   상기 제2 편광판과 상기 보조 광원과의 사이에는 제4 직선 편광 성분을 투과하는 제3 편광판이 배치되고,

   상기 제3 직선 편광 성분과 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향이 교차하는 각도가 마이너스 45도 이상 플러스 45도 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 편광판은 상기 제4 직선 편광 성분을 투과하고, 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제5 직선 편광 성분은 흡수하는 흡수형 편광판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3 편광판은 상기 제4 직선 편광 성분을 투과하고, 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제5 직선 편광 성분은 반사하는 반사형 편광판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 보조 광원은 냉음극관을 이용한 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 보조 광원은 발광 다이오드를 이용한 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 보조 광원은 전장 발광 소자를 이용한 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제3 편광판과 상기 제2 편광판이 접착하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제3 편광판이 상기 보조 광원 또는 이 보조 광원을 구성하는 부재에 고정되고, 상기 제2 편광판과는 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 제2 편광판의 인식측 중 어느 한 위치에 광 산란층을 설치한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
10. 투명한 제1 기판과 제2 기판을 소정의 간격으로 대향시켜 배치하고, 그 간격에 액정층을 봉입하여 이루어지며, 그 액정층에 전압을 인가함으로써 입사광에 대하여 광학 변화를 부여하는 액정 셀과,

    상기 액정 셀의 인식측에 있는 상기 제1 기판의 외측에 설치한 제1 편광판과,

    상기 액정 셀의 상기 인식측과 반대측에 있는 상기 제2 기판의 외측에 설치한 제2 편광판과,

    상기 제2 편광판의 상기 액정 셀과 반대측에 설치한 보조 광원을 구비한 액정 표시 장치로서,

    상기 제1 편광판은 제1 직선 편광 성분을 투과하는 편광판이며,

    상기 제2 편광판은 제2 직선 편광 성분을 반사하고, 상기 제2 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제3 직선 편광 성분은 투과하는 편광판이며,

    상기 제2 편광판과 상기 보조 광원과의 사이에는 제4 직선 편광 성분을 투과하는 제3 편광판이 배치되고,

    상기 제2 편광판과 상기 제3 편광판의 사이, 상기 제3 편광판과 상기 보조 광원과의 사이 및 상기 보조 광원의 구성 부품 사이 중 어느 하나에는 광 반흡수층이 설치되고,

    상기 제3 직선 편광 성분과 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향이 실질적으로 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 제3 편광판은 상기 제4 직선 편광 성분을 투과하고, 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제5 직선 편광 성분은 흡수하는 흡수형 편광판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 제3 편광판은 상기 제4 직선 편광 성분을 투과하고, 상기 제4 직선 편광 성분의 진동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 제5 직선 편광 성분은 반사하는 반사형 편광판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 보조 광원은 냉음극관을 이용한 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 보조 광원은 발광 다이오드를 이용한 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
15. 제10항에 있어서, 상기 보조 광원은 전장 발광 소자를 이용한 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
16. 제10항에 있어서, 상기 제3 편광판과 상기 제2 편광판이 접착하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
17. 제10항에 있어서, 상기 제3 편광판이 상기 보조 광원 또는 이 보조 광원을 구성하는 부재에 고정되고, 상기 제2 편광판과는 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
18. 제10항에 있어서, 상기 광 반흡수층은 가시광 영역의 거의 전 영역에서 균일한 흡수 특성을 지니고, 흡수율이 60% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
19. 제10항에 있어서, 상기 제2 편광판의 인식측 중 어느 한 위치에 광 산란층을 설치한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.