KR20030034010A - 액정 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성(視認性)이 우수한 반투과 반사형 액정 장치를 제공한다.
본 발명의 반투과 반사형 액정 장치(10)는, 컬러 필터 기판(하부 기판)(11)의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층(12)과, 액정층(30)에 대하여 대향 기판(상부 기판)(21)측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한 액정층(30)의 트위스트각이 0∼12°, Δnㆍd 값이 0.37 ± 0.05㎛, 혹은, 액정층(30)의 트위스트각이 130 ± 20°, Δnㆍd 값이 0.76 ± 0.05㎛ 이며, 액정층(30)이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성되어 있다.

Description

액정 장치 및 전자 기기{LIQUID CRYSTAL APPARATUS AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은 액정 장치 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히 반사 표시시 뿐만 아니라, 투과 표시시에도 충분히 밝은 표시가 가능한, 표시 품질이 우수한 반투과 반사형 액정 장치의 구성에 관한 것이다.
반사형 액정 장치는, 백 라이트 등의 광원을 가지지 않기 때문에 소비 전력이 작아, 종래부터 여러가지의 휴대 전자 기기 등에 많이 이용되고 있다. 그러나, 반사형 액정 장치는, 자연광이나 조명광 등의 외광을 이용하여 표시하기 때문에, 어두운 곳에서는 표시를 시인(視認)하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 그래서, 밝은 곳에서는 통상의 반사형 액정 장치와 마찬가지로 외광을 이용하고, 어두운 곳에서는 내장한 광원에 의해 표시를 시인할 수 있도록 한 액정 장치가 제안되어 있다. 즉, 이 액정 장치는, 반사형과 투과형을 겸비한 표시 방식을 채용하고 있어, 주위의 밝기에 따라 반사 모드 또는 투과 모드중 어느 하나의 표시 방식으로 전환하는 것에 의해, 소비 전력을 저감하면서, 어두운 곳에서도 명료한 표시를 할 수 있는 것이다. 이하, 본 명세서에서는, 이러한 종류의 액정 장치를「반투과 반사형 액정 장치」라고 한다.
반투과 반사형 액정 장치로서, 알루미늄 등의 금속막에 광투과용의 개구부를 형성한 반사층을 하부 기판의 내면(본 명세서에서는, 기판의 액정측의 면을「내면」, 그것과 반대측의 면을「외면」이라고 함)에 구비하고, 이 반사층을 반투과 반사층으로서 기능시키는 액정 장치가 제안되어 있다.
도 14에 근거하여, 이러한 종류의 반투과 반사층을 이용한 종래의 패시브 매트릭스형의 반투과 반사형 액정 장치의 일례에 대하여 설명한다.
도 14에 나타내는 반투과 반사형 액정 장치(100)는, 한 쌍의 기판(101, 102) 사이에 액정층(103)이 유지된 액정 셀을 주체로 하여 구성되어 있다. 여기서, 하부 기판(101)의 내면에는, 반투과 반사층(104), 절연막(106), 투명 전극(108), 배향막(107)이 순차적으로 적층 형성되어 있고, 상부 기판(102)의 내면에는, 투명 전극(112), 배향막(113)이 순차적으로 적층 형성되어 있다. 또, 반투과 반사층(104)은, 도트마다 개구부(110)를 갖는 반사층으로 이루어져, 개구부(110)가 광투과부, 그 이외의 부분이 광 반사부로서 기능하는 막이다.
또한, 하부 기판(101)의 외면에는, 위상차판의 하나인 1/4파장판(115)과, 하측 편광판(116)이 순차적으로 접착되어 있고, 상부 기판(102)의 외면에는, 상측 위상차판(119)과, 상측 편광판(114)이 순차적으로 접착되어 있다. 또한, 하측 편광판(116)의 아래쪽에는, 백 라이트가 배치되어 있지만 도시를 생략하고 있다.
반투과 반사형 액정 장치(100)는 이상과 같이 개략적으로 구성되어 있어, 이러한 구성의 반투과 반사형 액정 장치(100)를 반사 모드로 사용할 때에는, 태양광, 조명광 등의 외광이 상부 기판(102)측에서 액정 셀내에 입사되고, 액정층(103)을 투과하여 하부 기판(101) 상의 반투과 반사층(104)의 표면에서 반사된 후, 재차 액정층(103)을 투과하고, 상부 기판(102)측으로 출사되어 표시가 행하여진다. 이에 반해, 투과 모드로 사용할 때에는, 백 라이트로부터 출사된 광이, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)를 투과한 후, 액정층(103)을 투과하고, 상부 기판(102)측으로 출사되어 표시가 행하여진다.
그러나, 도 14에 도시한 바와 같은 종래의 반투과 반사형 액정 장치에 있어서는, 외광의 유무에 관계없이 표시를 시인(視認)하는 것이 가능하지만, 반사 모드의 표시에 비하여, 투과 모드의 표시 밝기가 훨씬 저하된다고 하는 문제가 있었다. 이것은, 투과 모드에서 표시를 할때에는, (a) 액정층에 입사된 광중의 약 절반만을 표시에 이용하고 있는 점, (b) 하부 기판의 외면측에 1/4파장판 및 하측 편광판이 마련되어 있는 점, (c) 반투과 반사층의 개구부를 통과한 광만을 이용하고 있는 점등에 기인하는 문제이다.
이것을 도 14에 근거하여 설명한다. 단, 이하의 설명에서는, 비 선택 전압 인가시에 암 표시, 선택 전압 인가시에 명 표시를 하는 구성에 대하여 설명한다.
도 14에 나타내는 반투과 반사형 액정 장치(100)에 있어서, 비 선택 전압 인가시에 반사 모드의 암 표시를 실행하는 경우, 상측 편광판(114)의 투과축을 지면에 평행으로 하면, 상부 기판(102)측으로부터 입사한 외광중, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광만이 상측 편광판(114)을 투과하지만, 이 직선 편광은 상측 위상차판(119)과 액정층(103)을 투과하는 사이에 액정층(103)의 복굴절 효과에 의해 원편광으로 변환된다.
이 원편광은, 하부 기판(101) 상의 반투과 반사층(104)의 표면에서 반사되면, 회전 방향이 반전한 원편광으로 되고, 다시 액정층(103)과 상측 위상차판(119)을 투과할 때에, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광으로 되어 상측 편광판(114)에 도달한다. 여기서, 상측 편광판(114)은, 지면에 평행한 투과축을 갖는 편광판이므로, 반투과 반사층(104)에서 반사된 광은, 상측 편광판(114)에 흡수되어, 관찰자측으로 출사되지 않기 때문에, 암 표시(暗表示)로 된다.
반대로, 선택 전압 인가시에 반사 모드의 명 표시(明表示)를 하는 경우에는, 액정층(103)내의 액정 분자가, 대체로 발생한 종(縱) 전계에 따라 배향을 변화시키지만, 그 잔류 위상차를 상측 위상차판(119)의 위상차와 적합하도록 설계하면, 상측 편광판(114)을 투과한 직선 편광이, 직선 편광 인채로 액정층(103)을 투과하고, 반투과 반사층(104)에서 반사되며, 상측 편광판(114)을 투과하여, 관찰자측으로 출사되기 때문에, 명 표시로 된다.
한편, 투과 모드에서 표시를 하는 경우에는, 백 라이트로부터 출사된 광이, 하부 기판(101)측에서 액정 셀에 입사하지만, 이 광중, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)를 통과한 광만이 표시에 기여하는 광으로 된다.
여기서, 비 선택 전압 인가시에 암 표시를 실행하기 위해서는, 반사 모드의 암 표시시와 마찬가지로, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)로부터 액정층(103)을 향하는 광이 원편광일 필요가 있다.
그 때문에, 선택 전압 인가시에 명 표시를 할때에도, 액정층(103)에 원편광이 입사하기 때문에, 액정층(103)과 상측 위상차판(119)을 통해 원편광이 출사되지만, 이 원편광중의 절반은 상측 편광판(114)에서 흡수되어 버리기 때문에, 결과적으로는 액정층(103)에 입사된 광중의 약 절반밖에 표시에 기여하지 않게 된다. 이와 같이, 종래의 반투과 반사형 액정 장치(100)에서는, 반사 표시시와 투과 표시시에 다른 표시 모드를 채용하지 않을 수 없기 때문에, 표시 기구부터가, 투과 모드에서의 표시가 어둡게 되는 요인을 가지고 있었다.
또한, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)로부터 상부 기판(102)으로 향하는 광을 원편광으로 하기 위해서는, 백 라이트로부터 출사되고, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)를 통과하는 광이 원편광으로 되어 있을 필요가 있으므로, 하측 편광판(116)을 투과한 후의 직선 편광을 원편광으로 변환하기 위한 1/4파장판(115)이 필요하게 된다. 1/4파장판이란, 어떤 파장에 있어서 직선 편광을 원편광으로 변환하는 것이 가능한 위상차판이다.
여기서, 백 라이트로부터 출사된 광중, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)를 통과하지 않는 광에 주목하면, 하측 편광판(116)의 투과축을 지면에 수직으로 한 경우, 백 라이트로부터 출사된 광중, 지면에 수직인 직선 편광만이 하측 편광판(116)을 투과하고, 1/4파장판(115)에 의해 원편광으로 변환되어 반투과 반사층(104)에 도달한다. 또한 반투과 반사층(104)의 하면에서 반사되면, 회전 방향이 반전한 원편광으로 되고, 다시 1/4파장판(115)을 투과할 때에, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된다. 이 직선 편광은, 지면에 수직인 투과축을 갖는 하측 편광판(116)에 의해서 흡수된다. 즉, 백 라이트로부터 출사된 광중, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)를 통과하지 않은 광은 반투과 반사층(104)의 하면에서 반사된 후, 하측 편광판(116)에 의해서 거의 모두가 흡수되어 버린다.
이와 같이, 반투과 반사형 액정 장치(100)에 있어서는, 투과 모드에서 표시를 할 때에, 액정층(103)에 입사된 광중의 약 절반밖에 표시에 기여하지 않고 있는 것에 더하여, 반투과 반사층(104)의 개구부(110)를 통과하지 않고서 반투과 반사층(104)에서 반사된 광은 거의 모두 하측 편광판(116)에 흡수되어 버리기 때문에, 투과 모드의 표시가 어둡게 되어 있었다.
또, 반투과 반사층(104)의 개구율을 크게 하면, 투과 모드의 표시를 밝게 할 수 있지만, 개구율을 크게 하면 반투과 반사층(104)의 광 반사부의 면적이 감소하기 때문에, 반사 모드의 표시가 어둡게 되어 버린다. 따라서, 반사 모드의 밝기를 확보하기 위해서는, 반투과 반사층(104)의 개구율을 어느정도 이상으로 크게 할 수는 없어, 투과 모드의 밝기를 향상시키는 데는 한계가 있었다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치, 및 이 액정 장치를 구비한 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 부분 개략 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 표시 모드를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 표시 모드를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 표시 모드를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 표시 모드를 설명하기 위한 도면,
도 7(a)는 상기 실시예의 반투과 반사형 액정 장치를 구비한 휴대 전화의 일례를 나타내는 도면이고, 도 7(b)는 상기 실시예의 반투과 반사형 액정 장치를 구비한 휴대형 정보 처리 장치의 일례를 나타내는 도면이며, 도 7(c)는 상기 실시예의 반투과 반사형 액정 장치를 구비한 손목 시계형 전자 기기의 일례를 도시하는 도면,
도 8은 실시예 1에 있어서, 550nm 파장의 광에 관한 ΔE(550nm)값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도시하는 도면,
도 9는 실시예 1에 있어서, 각 색광에 관한 ΔE값의 평균치 ΔEm 값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도시하는 도면,
도 10은 실시예 2에 있어서, 550nm 파장의 광에 관한 ΔE(550nm)값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도시하는 도면,
도 11은 실시예 2에 있어서, 각 색광에 관한 ΔE값의 평균치 ΔEm 값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도시하는 도면,
도 12(a),(b)는 각각, 실시예 3에 있어서 얻어진 액정 장치의, 투과 표시시의 인가 전압(V)과 광투과율(T)과의 관계의 일례를 나타내는 도면으로서, 투과 표시시에, 액정 셀로부터 출사된 광의 분광 특성의 일례를 도시하는 도면,
도 13(a),(b)는 각각, 실시예 4에 있어서 얻어진 액정 장치의, 투과 표시시의 인가 전압(V)과 광투과율(T)과의 관계의 일례를 나타내는 도면으로서, 투과 표시시에, 액정 셀로부터 출사된 광의 분광 특성의 일례를 도시하는 도면,
도 14는 종래의 반투과 반사형 액정 장치의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 반투과 반사형 액정 장치(액정 장치)
40 : 액정 셀11 : 컬러 필터 기판(하부 기판)
21 : 대향 기판(상부 기판)12 : 콜레스테릭 반사층
13 : 컬러 필터13R, 13G, 13B : 착색층
30 : 액정층18 : 하측 편광판
17 : 하측 위상차판25 : 상측 편광판
24 : 상측 위상차판15, 22 : 투명 전극(전압 인가 수단)
50 : 백 라이트(조명 장치)
본 발명자는, 반사형 액정 장치에 있어서 최근 제안되고 있는 콜레스테릭 반사층을 이용하여 반투과 반사형 액정 장치를 구성하여, 액정층에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하는 것에 의해, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다.
또, 「콜레스테릭 반사층」은, 적어도 1층의 콜레스테릭 액정층에 의해 구성된 층을 뜻하고 있다. 또한, 콜레스테릭 액정층은, 파장이 콜레스테릭 액정층을 구성하는 액정 분자의 나선형 피치에 그 굴절율을 곱한 값과 같고, 또한, 나선의 감김 방향과 같은 회전 방향의 원편광을 선택적으로 반사하여, 파장이 콜레스테릭 액정층을 구성하는 액정 분자의 나선형 피치에 그 굴절율을 곱한 값과 같지 않은 광, 및 파장이 액정 분자의 나선형 피치에 그 굴절율을 곱한 값과 같더라도, 나선의 감김 방향과 반대의 회전 방향을 갖는 원편광을 투과하는 성질을 갖는다. 따라서, 예컨대, 적어도, 같은 회전 방향을 갖는 적색, 녹색, 청색의 원편광을 각각 선택 반사하는 3종류의 콜레스테릭 액정층을 적층 형성하는 것에 의해, 특정한 회전 방향을 갖는 가시광의 거의 전역(백색)의 원편광을 선택 반사하는 콜레스테릭 반사층이 얻어진다.
또한, 이와 같이 액정층에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하는 경우에는, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화하기 위해서, 액정층에 직선 편광을 입사시켜 표시를 하는 TN(Twisted Nematic) 모드나 STN(Super Twisted Nematic) 모드 등과는 다른 액정 모드가 필요하게 된다. 그래서, 본 발명자는 여러가지 검토를 한 결과, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 최적인 표시 특성이 얻어지는 액정 모드를 발견하였다. 또한, 이 액정 모드는, 콜레스테릭 반사층을 이용하여, 액정층에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하는 반사형 액정 장치에도 적용 가능한 것을 발견하였다.
본 발명자는, 이상의 점에 주목하여, 이하의 액정 장치를 발명하기에 이르렀다. 또, 본 발명의 액정 장치는, 반투과 반사형 액정 장치로서 특히 바람직한 것이지만, 반사형 액정 장치에도 적용 가능한 것이다.
본 발명의 제 1 액정 장치는, 서로 대향 배치된 상부 기판과 하부 기판과의 사이에 액정층이 유지된 액정 셀을 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 하부 기판의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층과, 상기 액정층에 대하여 상기 상부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한 상기 액정층의 트위스트각이 0∼12°, Δnㆍd 값이 0.37 ± 0.05㎛ 이며, 상기 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전방향을 변화시키지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 액정 장치는, 서로 대향 배치된 상부 기판과 하부 기판과의 사이에 액정층이 유지된 액정 셀을 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 하부 기판의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층과, 상기 액정층에 대하여 상기 상부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한 상기 액정층의 트위스트각이 130 ± 20°, Δnㆍd 값이 0.76 ± 0.05㎛ 이며, 상기 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는 것을 특징으로 한다.
또, 본 명세서에 있어서, 「Δnㆍd 값」이란, 액정의 이상(異常) 광굴절율 ne와 정상 광굴절율 no의 차이인 Δn 값과, 액정층의 셀두께 d 값과의 곱을 뜻하고 있는 것으로 한다. 또한, 「비 선택 전압 인가시」,「선택 전압 인가시」란, 각각「액정층으로의 인가 전압이 액정의 임계값 전압 근방일 때」,「액정층으로의 인가 전압이 액정의 임계값 전압에 비하여 충분히 높을 때」를 뜻하고 있는 것으로 한다.
이와 같이, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치에서는, 하부 기판의 내면에 콜레스테릭 반사층을 구비하고, 액정층에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하는 구성을 채용하고 있다. 또한, 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성되어 있고, 이것을 이용하여 표시가 행하여지게 되어 있다.
본 발명자는, 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치를 반투과 반사형 액정 장치에 적용했을 경우에, 반사 표시시와 투과 표시시에 표시 모드를 같게 할 수 있어, 표시 기구적으로 투과 모드의 표시가 어둡게 되지 않도록 할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 콜레스테릭 반사층의 선택 반사에 의해 하부 기판측에 반사된 광은, 하부 기판의 외면측의 구성을 종래와 마찬가지로 한 상태로 재이용할 수 있기 때문에, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 그 결과, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치를 실현할 수 있는 것을 발견하였다. 또, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치의 표시 기구, 및 이러한 효과가 얻어지는 이유에 관해서는, 「발명의 실시예」의 항에 있어서 상술한다.
여기서, 비 선택 전압 인가시에, 액정 분자의 장축(長軸)이 기판면에 대하여 완전히 수평으로 된다고 가정한 경우에는, 액정층의 Δnㆍd 값이 λ/2(단, λ는 액정층에 입사하는 광의 파장)의 기수배일 때에, 액정층에 입사한 타원 편광의 회전 방향을, 액정층으로부터 출사시킬 때에 반전시킬 수 있다. 이에 반해, 선택 전압 인가시에는, 액정층내의 액정 분자가, 대체로 발생한 전계 방향에 따라 배향을 변화시키기 때문에, 액정층 위상차가 작게 되어, 액정층에 입사한 타원 편광의 회전 방향은, 액정층을 투과하더라도 변화하지 않는다. 따라서, 이들 특성을 이용하면, 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고,선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성할 수 있다.
구체적으로는, 예컨대, 550nm 파장의 광(녹색광)을 고려한 경우, λ/2는 0.275㎛ 이다. 따라서, 이론적으로는, Δnㆍd 값을 0.275㎛의 기수배로 하면, 비 선택 전압 인가시의 액정층에 입사한 550nm 파장의 타원 편광의 회전 방향을, 액정층으로부터 출사시킬 때에 반전시킬 수 있다. 그러나, 실제로는, 비 선택 전압 인가시의 액정 분자에는 경사각이 있는 것이라던가, 액정층에 입사하는 광의 파장은 하나가 아니라, 거의 모든 가시광이 입사하는 것 등에 기인하여, Δnㆍd 값을 0.275㎛의 기수배로부터 조금 어긋난 값으로 설정했을 때에, 비 선택 전압 인가시의 액정층에 입사한 타원 편광의 회전 방향을, 액정층으로부터 출사시킬 때에 반전시킬 수 있게 된다.
그래서, 본 발명자가, 「액정층이 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는다」라고 하는 조건을 만족하면서, 표시 특성의 최적화의 검토를 한 바, 트위스트각이 150° 미만의 저 트위스트 조건에서는, 트위스트각이 0∼12°, Δnㆍd 값이 λ/2보다도 상당히 큰 값인 0.37 ± 0.05㎛, 혹은, 트위스트각이 130 ± 20°, Δnㆍd 값이 λ/2의 3배에 가까운 값인 0.76 ± 0.05㎛일 때에, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성이 최적으로 되는 것을 발견하였다. 또, 이러한 조건으로 하는 것에 의해, 표시 특성을 최적화할 수 있는 근거에 관해서는, 「실시예」의 항에 있어서 설명한다.
이와 같이, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치에서는, 액정 모드(트위스트각, Δnㆍd 값)를 최적화하고 있기 때문에, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치에 의하면, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화할 수 있어, 표시 품질이 우수한 반투과 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이 액정 모드는, 반사형 액정 장치에도 적용 가능하고, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치에 의하면, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화할 수 있어, 표시 품질이 우수한 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명자는, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치에 있어서, 상기 상부 기판측 타원 편광 입사 수단이, 상기 액정층에 대하여, 상기 콜레스테릭 반사층에 의해 반사되는 원편광과 회전 방향이 다른 타원 편광을 입사시키도록 구성하는 것에 의해, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 보다 최적화할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 이 조건은, 본 발명을 반투과 반사형 액정 장치에 적용하는 경우에 특히 바람직한 조건인 것을 발견하였다. 또, 이외의 구성, 예컨대, 콜레스테릭 반사층에 의해 반사되는 원편광과 회전 방향이 같은 타원 편광을 입사시키는 구성에서는, 표시하고 싶지 않은 색이 혼합되어 표시되는 등의 염려가 있기 때문에, 바람직하지 못하다.
본 발명의 제 3 액정 장치는, 서로 대향 배치된 상부 기판과 하부 기판과의 사이에 액정층이 유지된 액정 셀을 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 하부 기판의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층과, 상기 액정층에 대하여 상기 상부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한 상기 액정층의 트위스트각이 150° 이상 270° 이하이며, Δnㆍd 값이, 트위스트각을 θ(°)로 했을때, 하기 식(1)에 의해 표시되고, 상기 액정층이, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시중 어느 하나의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 다른쪽의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는 것을 특징으로 한다.
Δnㆍd값(㎛) ＝ -6.7 ×10-6×θ2+ 4.3 × 10-3×θ+ 0.39 ± 0.1 ㆍㆍㆍ(1)
이와 같이, 본 발명의 제 3 액정 장치에서는, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치와 마찬가지로, 하부 기판의 내면에 콜레스테릭 반사층을 구비하고, 액정층에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하는 구성을 채용하고 있다. 또한, 액정층이, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시중 어느 하나의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 다른쪽의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성되어 있고, 이것을 이용하여 표시가 행하여지도록 되어 있다.
이러한 구성을 채용하고 있기 때문에, 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치와 마찬가지로, 반투과 반사형 액정 장치에 적용했을 경우에, 반사 표시시와 투과 표시시에 표시 모드를 같게 할 수 있어, 표시 기구적으로 투과 모드의 표시가 어둡게 되지 않도록 할 수 있다. 또한, 콜레스테릭 반사층의 선택 반사에 의해 하부 기판측에 반사된 광은, 하부 기판의 외면측의 구성을 종래와 같게 한 상태로 재이용할수 있기 때문에, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치를 실현할 수 있다. 또, 본 발명의 제 3 액정 장치의 표시 기구에 관해서는, 「발명의 실시예」의 항에 있어서 상술한다.
여기서, 본 발명자가, 「액정층이, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시중 어느 하나의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 다른쪽의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는다」라고 하는 조건을 만족하면서, 표시 특성의 최적화의 검토를 한 바, 트위스트각이 150° 이상 270° 이하의 고 트위스트 조건에서는, 트위스트각을 θ로 했을때, Δnㆍd 값이 상기 식(1)에 의해 표시될 때에, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성이 최적으로 되는 것을 발견하였다. 또, 이러한 조건으로 하는 것에 의해, 표시 특성을 최적화할 수 있는 근거에 관해서는, 「실시예」의 항에 있어서 설명한다.
이와 같이, 본 발명의 제 3 액정 장치에 있어서도, 액정 모드(트위스트각, Δnㆍd 값)를 최적화하고 있기 때문에, 본 발명의 제 3 액정 장치에 의하면, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화할 수 있어, 표시 품질이 우수한 반투과 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이 액정 모드는, 반사형 액정 장치에도 적용 가능하여, 본 발명의 제 3 액정 장치에 의하면, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화할 수 있어, 표시 품질이 우수한 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다.
또, 고 트위스트 조건에서는, 상기의 본 발명의 제 1, 제 2 액정 장치와 마찬가지로, 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성하는 것도 가능하지만, 반대의 구성으로 하는 것도 가능하다.
예컨대, 비 선택 전압 인가시에 있어서, Δnㆍd 값을 λ/2의 우수배에 가까운 값으로 하는 것에 의해, 액정층에 입사한 타원 편광은, 회전 방향을 우수회 반전시켜 본래의 회전 방향으로 되돌아가기 때문에, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성할 수 있다.
단, 본 발명자는, 상기 상부 기판측 타원 편광 입사 수단이, 상기 액정층에 대하여, 상기 콜레스테릭 반사층에 의해 반사되는 원편광과 같은 회전 방향의 타원 편광을 입사시키도록 구성하는 것에 의해, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 보다 최적화할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 이 조건은, 본 발명을 반투과 반사형 액정 장치에 적용하는 경우에 특히 바람직한 조건인 것을 발견하였다.
또, 본 발명의 제 1∼제 3 액정 장치를 반투과 반사형 액정 장치에 적용하는 경우에는, 상기 콜레스테릭 반사층이, 소정의 회전 방향을 갖는 타원 편광중의 일부를 반사시키고, 일부를 투과시키는 반투과 반사층으로서 기능하고, 또한 상기 액정 셀에 대하여 상기 하부 기판측으로부터 광을 입사시키는 조명 장치와, 상기 액정층에 대하여 상기 하부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 하부 기판측 타원 편광 입사 수단을 더 구비하는 구성으로 하면 좋다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 하부 기판측에서 액정층에 타원 편광을 입사시킬 수 있어, 투과 표시시와 반사 표시시의 표시 모드를 같게 할 수 있다.
여기서, 상기 상부 기판측 타원 편광 입사 수단 및 상기 하부 기판측 타원 편광 입사 수단의 구체적 형태로서는, 특정 방향의 편광축을 갖는 직선 편광을 투과하는 편광판과, 이 편광판을 투과한 직선 편광을 타원 편광으로 변환하는 위상차판을 갖는 것을 예시할 수 있다. 이들 2개의 광학 소자를 이용하는 것에 따라, 태양광, 조명광 등의 외광과, 내장한 조명 장치로부터의 조명광을 용이하게 타원 편광으로 변환할 수 있다.
또한, 이상의 본 발명의 제 1∼제 3 액정 장치를 구비하는 것에 의해, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성이 우수한 본 발명의 전자 기기를 제공할 수 있다.
(발명의 실시예)
다음에, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또, 이하의 실시예에 있어서는, 도면을 참조하면서 설명하지만, 각 도면에 있어, 각 층이나 각 부재를 도면상에서 인식 가능한 정도의 크기로 하기 위해서, 각 층이나 각 부재마다 축척을 다르게 하고 있다.
(액정 장치의 구조)
도 1, 도 2에 근거하여, 본 발명에 따른 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 구조에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 패시브 매트릭스형 액정 장치로의 본 발명의 적용예를 나타낸다.
도 1은 본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 전체 구성을 나타내는 개략사시도이다. 도 2는 본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치의 부분 개략 단면도로서, 도 1에 나타내는 반투과 반사형 액정 장치의 액정 셀을 취출하여, A-A’ 선에 따라 절단했을 때의 단면도이다. 또, 도 1, 도 2에 있어서는, 상측을 관찰자측(시인측)으로서 도시하고 있다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)는, 대향 배치된 컬러 필터 기판(하부 기판)(11)과 대향 기판(상부 기판)(21)과, 이들 컬러 필터 기판(11)과 대향 기판(21)에 유지된 액정층(30)(도 1에서는 생략)으로 이루어지는 액정 셀(40)과, 액정 셀(40)의 시인측과 반대측에 배치된 백 라이트(조명 장치)(50)를 구비하여 구성되어 있다.
컬러 필터 기판(11)은, 유리, 투명 수지 등으로 이루어지고, 그 내면에는, 콜레스테릭 반사층(12)과, 안료 분산형의 컬러 필터(13)와, 오버코팅층(14)과, 투명 전극(15)과, 배향막(16)이 순차적으로 적층 형성되어 있으며, 외면에는, 하측 위상차판(17)과 하측 편광판(18)이 순차적으로 접착되어 있다. 또한, 대향 기판(21)은, 유리, 투명 수지 등으로 이루어지고, 그 내면에는, 투명 전극(22)과 배향막(23)이 순차적으로 적층 형성되어 있고, 외면에는, 상측 위상차판(24)과 상측 편광판(25)이 순차적으로 접착되어 있다. 그리고, 이들 컬러 필터 기판(11)과 대향 기판(21)과는, 각각의 기판의 주연부에 형성된 밀봉재(도시 생략)를 거쳐서 접착되어 있다. 또, 도 1에 있어서는, 컬러 필터 기판(11), 대향 기판(21)에 형성된 층중, 투명 전극만을 취출하여 도시하고 있다.
또한, 백 라이트(50)는, 냉음극관 등으로 이루어지는 광원(51), 및 광원(51)으로부터의 광을 효율적으로 액정 셀(40)에 조사하기 위해서, 광원(51)으로부터 출사된 광을 관찰자측으로 인도하는 구조를 갖는 도광판(52)으로 구성되어 있다.
보다 상세하게는, 컬러 필터 기판(11)의 내면에 마련된 콜레스테릭 반사층(12)은, 적어도, 같은 회전 방향을 갖는 적색, 녹색, 청색의 원편광을 각각 선택 반사하는 3종류의 콜레스테릭 액정층이 적층 형성된 것으로, 특정한 회전 방향을 갖는 가시광의 거의 전역(백색)의 원편광을 선택 반사시키고, 그 이외의 광을 투과하도록 구성되어 있다. 또한, 콜레스테릭 반사층(12)은, 특정한 회전 방향을 갖는 가시광의 거의 전역의 원편광을 전부 반사하는 것은 아니고, 특정한 회전 방향을 갖는 가시광의 거의 전역의 원편광중, 일부를 반사시키고, 일부를 투과시키도록 구성되어 있어, 반투과 반사층으로서 기능한다. 또, 편광판(18, 25)을 투과한 광은 가시광이기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하는 광은 파장에 관계없이, 특정한 회전 방향을 갖는 원편광만이 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되게 된다.
또한, 컬러 필터 기판(11), 대향 기판(21)에는, 각각, 액정층(30)에 전압을 인가 하기 위해서, 인듐 주석 산화물(ITO) 등으로 이루어지는 복수의 투명 전극(15, 22)이, 스트라이프 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 투명 전극(15)과 각 투명 전극(22)과는 서로 교차하는 방향으로 연장하고 있고, 각 투명 전극(15)과 각 투명 전극(22)이 교차하는 영역이 1도트로 되어 있다. 또한, 다수의 도트가 매트릭스형상으로 배열된 영역이 표시 영역으로 되어 있다.
컬러 필터(13)는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 각각 착색된 착색층(13R,13G, 13B)을 구비하여 구성되어 있고, 각 착색층(13R∼13B)은, 각 도트에 대응하여 주기적으로 마련되어 있다. 그리고, 반투과 반사형 액정 장치(10)에서는, 이들 적색, 녹색, 청색의 착색층(13R∼13B)이 형성된 3도트로, 1 화소의 표시를 하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다.
또한, 컬러 필터(13) 상에는, 유기막 등으로 이루어지고, 컬러 필터(13)가 형성된 컬러 필터 기판(11)의 표면을 평탄화하며, 또한 컬러 필터(13)의 착색층(13R∼13B)을 보호하기 위한 오버코팅층(14)이 형성되어 있다.
또한, 컬러 필터 기판(11), 대향 기판(12)의 액정층(30)측의 가장 표면에는, 비 선택 전압 인가시의 액정층(30)내의 액정 분자의 배향을 제어하기 위해서, 배향막(16, 23)이 형성되어 있다. 배향막(16, 23)으로서는, 폴리이미드 등의 배향성 고분자로 이루어지고, 표면에 연마 처리가 실시된 것을 예시할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 반사 모드, 투과 모드의 어느쪽의 모드에서 표시를 할 때에 있어서도, 액정층(30)에, 특정한 회전 방향을 갖는 타원 편광이 입사되도록 되어 있다.
구체적으로는, 반사 모드에서 표시를 할 때에, 액정층(30)에 특정한 회전 방향을 갖는 타원 편광을 입사시키는 상측 타원 편광 입사 수단으로서, 대향 기판(21)의 외면측에, 상측 편광판(25), 상측 위상차판(24)이 마련되어 있다. 또한, 마찬가지로, 투과 모드에서 표시를 할 때에, 액정층(30)에 특정한 회전 방향을 갖는 타원 편광을 입사시키는 하측 타원 편광 입사 수단으로서, 컬러 필터 기판(11)의 외면측에, 하측 편광판(18), 하측 위상차판(17)이 마련되어 있다. 여기서, 하측 편광판(18), 상측 편광판(25)은, 모두 특정 방향의 편광축을 갖는 직선 편광만을 투과하고, 그 이외의 광을 흡수하도록 구성되어 있고, 하측 위상차판(17), 상측 위상차판(24)은, 각각, 하측 편광판(18), 상측 편광판(25)을 투과한 직선 편광을, 특정한 회전 방향을 갖는 타원 편광으로 변환하도록 구성되어 있다. 그리고, 이들을 조합시키는 것에 의해, 반사 모드, 투과 모드의 어느쪽의 모드에서 표시를 할 때에 있어서도, 액정층(30)에 특정한 회전 방향을 갖는 타원 편광을 입사시키는 것이 가능한 구성으로 되어 있다.
또, 위상차판(17, 24)으로서는, 직선 편광을 타원 편광으로 변환할 수 있는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 하측 위상차판(17)에는 1/4파장판을 이용하는 것이 바람직하다. 하측 위상차판(17)으로서 1/4파장판을 이용하는 것에 의해, 하측 편광판(18)을 투과한 직선 편광을, 넓은 의미에서의 타원 편광중에서도, 특히 원편광으로 바꿀 수 있기 때문에, 광의 이용 효율을 가장 높게할 수 있어, 바람직하다. 또, 상측 위상차판(24)에 관해서는, 색보상의 기능도 갖게 하고자 할 경우가 있으므로, 임의의 위상차를 갖는 위상차판을 선택하면 된다.
본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)는 이상과 같이 개략적으로 구성되어 있고, 본 실시예에서는, 반투과 반사층으로서 콜레스테릭 반사층(12)을 구비하고 있는 점과, 액정층(30)에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하도록 구성되어 있는 점이, 특징적인 것으로 되어 있다. 또, 금속막 등을 이용한 종래의 반투과 반사층과, 콜레스테릭 반사층(12)과의 큰 차이는, 금속막으로 이루어지는 반투과 반사층에서는, 타원 편광을 반사했을 때에, 회전 방향이 반전되는 데 반하여, 콜레스테릭반사층(12)에서는, 회전 방향을 변화시키지 않고서, 타원 편광을 반사할 수 있다고 하는 점이다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 액정층(30)에 타원 편광을 입사시켜 표시를 하기 때문에, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화하기 위해서는, 액정층에 직선 편광을 입사시켜 표시를 하는 TN 모드나 STN 모드 등과는 다른 액정 모드가 필요하게 되지만, 액정층(30)의 트위스트각이 150° 미만의 저 트위스트 조건과, 액정층(30)의 트위스트각이 150° 이상 270°이하의 고 트위스트 조건에서는, 최적인 액정 모드와 표시 모드가 다르다.
(저 트위스트 조건에 있어서의 최적인 액정 모드)
처음에, 저 트위스트 조건에 있어서의 최적인 액정 모드에 대하여 설명한다.
저 트위스트 조건에서는, 「발명의 구성」의 항에 있어서 기술한 바와 같이, 액정층(30)의 트위스트각을 0∼12°, Δnㆍd 값을 0.37 ±0.05㎛로 설정하는 것이 바람직하다. 또는, 액정층(30)의 트위스트각을 130 ± 20°, Δnㆍd 값을 0.76 ±0.05㎛로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 액정 모드를 설정하는 것에 의해, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적으로 할 수 있다.
또한, 이와 같이 액정층(30)의 Δnㆍd 값을 규정한 경우에는, 비 선택 전압 인가시의 액정층(30)에 입사한 타원 편광의 회전 방향을, 액정층(30)으로부터 출사시킬때에 반전시킬 수 있다. 이에 반해, 선택 전압 인가시에는, 액정층(30)내의액정 분자가, 투명 전극(15, 22)사이에 발생한 종 전계의 방향에 따라 배향을 변화시키기 때문에, 액정층(30) 위상차가 작게 되고, 액정층(30)에 입사한 타원 편광의 회전 방향은, 액정층(30)을 투과하더라도 변화하지 않는다. 따라서, 저 트위스트 조건에서는, 이것을 이용하여 표시를 할 수 있다.
또한, 대향 기판(21)측에서 액정층(30)에 입사하는 타원 편광과, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되는 원편광이 다른 회전 방향을 갖도록 구성하는 것이 보다 바람직하고, 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 보다 최적화할 수 있어, 바람직하다.
다음에, 도 3, 도 4에 근거하여, 본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)의 저 트위스트 조건에 있어서의 표시 모드에 대하여 설명한다. 도 3, 도 4는 본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)에 구비된 주된 구성 요소를 취출하여 도시하는 도면으로, 각각, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시의 표시 모드를 도시하는 도면이다.
또, 이하, 컬러 필터(13)의 적색의 착색층(13R)이 형성된 도트를 예로서 설명하지만, 다른 색의 착색층이 형성된 도트에 있어서도, 표시 모드는 완전히 마찬가지이다.
상술한 바와 같이, 콜레스테릭 반사층(12)은, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하는 광중, 특정한 회전 방향을 갖는 원편광의 일부를 반사시키고, 일부를 투과시키도록 구성되어 있다. 여기서, 선택 반사하는 원편광의 회전 방향이나, 그 반사율, 투과율에 관해서는 적절히 설계하는 것이 가능하지만, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하는 광중, 우 원편광을 선택 반사시키고, 그 반사율이 80%, 투과율이 20%가 되도록 구성되어 있는 것으로 한다. 또, 이러한 구성의 콜레스테릭 반사층(12)에서는, 선택 반사하는 우 원편광과 다른 회전 방향을 갖는 원편광, 즉, 좌 원편광에 관해서는 100% 투과시키도록 되어 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 대향 기판(21)측에서 액정층(30)에 입사하는 타원 편광과, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되는 원편광이 다른 회전 방향을 갖도록 구성하는 것이 바람직하기 때문에, 상측 타원 편광 입사 수단(상측 편광판(25) 및 상측 위상차판(24))이 좌 타원 편광을 발생하도록 구성한다. 예컨대, 상측 편광판(25)이 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광만을 선택적으로 투과하고, 상측 위상차판(24)이 상측 편광판(25)을 투과한 직선 편광을 좌 타원 편광으로 변환하도록 구성한다.
또한, 투과 모드의 명 표시시에는, 백 라이트(50)로부터 출사된 광이 콜레스테릭 반사층(12)을 투과하도록 구성해야 하기 때문에, 하측 타원 편광 입사 수단(하측 편광판(18) 및 하측 위상차판(17))이 우 원편광을 발생하도록 구성한다. 예컨대, 하측 편광판(18)이 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광만을 선택적으로 투과하고, 하측 위상차판(17)이 하측 편광판(18)을 투과한 직선 편광을 우 원편광으로 변환하도록 구성한다.
이상과 같이 구성하면, 비 선택 전압 인가시에는, 반사 모드, 투과 모드의 어느쪽의 모드에서 표시를 하더라도 명 표시가 얻어지고, 선택 전압 인가시에는,반사 모드, 투과 모드의 어느쪽의 모드에서 표시를 하더라도 암 표시가 얻어진다.
이하, 도 3에 근거하여, 비 선택 전압 인가시의 표시 모드에 대하여 상술한다.
비 선택 전압 인가시에 반사 모드에서 표시를 할때에는, 관찰자측에서 액정 셀(40)로 입사한 외광중, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광만이 상측 편광판(25)을 투과하고, 상측 위상차판(24)에 의해 좌 타원 편광으로 변환되기 때문에, 액정층(30)에 좌 타원 편광이 입사한다.
여기서, 비 선택 전압 인가시에는, 액정층(30)내의 액정 분자는, 배향막(16, 23)에 의해 그 배향이 제어되고, 장축을, 기판면에 대하여 거의 수평 방향으로 향한 상태에서, 0∼12°, 혹은 130 ± 20° 트위스트하여 배열하지만, 상술한 바와 같이, 액정층(30)에 입사한 좌 타원 편광은, 우 원편광으로 변환되어 액정층(30)으로부터 출사된다.
그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 우 원편광중, 적색의 우 원편광만이 컬러 필터(13)의 착색층(13R)을 투과하여, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하지만, 콜레스테릭 반사층(12)은 우 원편광을 80% 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 적색의 우 원편광중 80%가 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 반사된다. 여기서, 상술한 바와 같이, 콜레스테릭 반사층(12)은, 회전 방향을 변화시키지 않고서, 원편광을 반사시킬 수 있기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 적색의 우 원편광은, 같은 회전 방향대로 반사되고, 다시 컬러 필터(13)의 착색층(13R)을 투과하여, 액정층(30)에 입사한다.
액정층(30)에 입사한 적색의 우 원편광은, 액정층(30)에 의해 좌 타원 편광으로 변환되고, 액정층(30)으로부터 출사된다. 그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 적색의 좌 타원 편광은, 상측 위상차판(24)에 의해, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 상측 편광판(25)을 투과하여, 관찰자측으로 출사되기 때문에, 명 표시(적색 표시)로 된다.
한편, 비 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할때에는, 백 라이트(50)로부터 액정 셀(40)에 입사된 광중, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광만이 하측 편광판(18)을 투과하고, 하측 위상차판(17)에 의해 우 원편광으로 변환되기 때문에, 우 원편광이 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한다.
콜레스테릭 반사층(12)은 우 원편광을 20% 투과하도록 구성되어 있기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광중 20%는 콜레스테릭 반사층(12)을 투과할 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한 우 원편광중, 적색의 우 원편광만이 컬러 필터(13)의 착색층(13R)을 투과하여, 액정층(30)에 입사한다.
상술한 바와 같이, 비 선택 전압 인가시의 액정층(30)에 입사한 적색의 우 원편광은, 좌 타원 편광으로 변환되어, 액정층(30)으로부터 출사된다. 그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 적색의 좌 타원 편광은, 상측 위상차판(24)에 의해, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 상측 편광판(25)을 투과하여, 관찰자측으로 출사되기 때문에, 명 표시(적색 표시)로 된다.
또, 비 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할때에는, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광중, 80%가 반사되어, 백 라이트(50)측으로 되돌아가지만, 콜레스테릭 반사층(12)은, 회전 방향을 변화시키지 않고서, 원편광을 반사시킬 수 있기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 반사된 원편광은, 우 원편광 인채로, 하측 위상차판(17)에 입사한다. 그리고, 하측 위상차판(17)에 입사한 우 원편광은, 하측 위상차판(17)에 의해, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환되기 때문에, 하측 편광판(18)을 투과할 수 있다. 이렇게 하여, 하측 편광판(18)의 투과축과 같은 편광축을 갖는 직선 편광이, 컬러 필터 기판(11)측에서 액정 셀(40)의 외부로 출사되기 때문에, 이 광을 예컨대 백 라이트(50)에 구비된 반사판 등에 의해 액정 셀(40)측에 반사시키는 것에 의해, 액정 셀(40)측에 재차 도입하여, 표시에 재이용할 수 있다.
또한, 비 선택 전압 인가시에 반사 모드에서 표시를 할때에는, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광의 20%가 콜레스테릭 반사층(12)을 투과하지만, 이 광에 관해서도, 마찬가지로, 컬러 필터 기판(11)측에서 일단 액정 셀(40)의 외부로 출사시킨 후, 재차 액정 셀(40)에 도입시킬 수 있다. 이 광은 표시에 기여하기 때문에, 반사 모드의 표시도 밝게 유지할 수 있다.
다음에, 도 4에 근거하여, 선택 전압 인가시의 표시 모드에 대하여 상술한다.
선택 전압 인가시에 반사 모드에서 표시를 할때에는, 비 선택 전압 인가시와 마찬가지로 액정층(30)에 좌 타원 편광이 입사한다. 여기서, 선택 전압 인가시에는, 액정층(30)내의 액정 분자는, 투명 전극(15, 22)사이에 발생한 종 전계에 따라 배향을 변화시켜, 액정층(30)의 위상차가 작게 되기 때문에, 액정층(30)에 입사한좌 타원 편광은, 같은 회전 방향대로 거의 좌 원편광으로 변환되어 액정층(30)으로부터 출사된다.
그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 좌 원편광은, 컬러 필터(13)를 투과한 후, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하지만, 콜레스테릭 반사층(12)은 좌 원편광을 100% 투과하도록 구성되어 있기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 좌 원편광은 전부 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한다. 또한, 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한 좌 원편광은, 하측 위상차판(17)에 의해, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 하측 편광판(18)에 의해 흡수되어, 관찰자측으로 출사되지 않기 때문에, 암 표시로 된다.
한편, 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할때에는, 비 선택 전압 인가시와 마찬가지로, 액정층(30)에 우 원편광이 입사하지만, 선택 전압 인가시에는, 액정층(30) 위상차는 작게 되기 때문에, 액정층(30)에 입사한 우 원편광은, 같은 회전 방향대로 조금 타원율을 바꿔 액정층(30)으로부터 출사된다. 그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 우 타원 편광은, 상측 위상차판(24)에 의해, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 상측 편광판(25)에 의해 흡수되어, 관찰자측으로 출사되지 않기 때문에, 암 표시로 된다.
또, 백 라이트(50)측에서 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광중, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 반사되는 80%의 광을, 컬러 필터 기판(11)측에서 일단 액정 셀(40)의 외부로 출사시킨 후, 재차 액정 셀(40)에 도입시키도록 구성하더라도, 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할 때에, 최종적으로는 상측편광판(25)에서 흡수되어 버리기 때문에, 암 표시에 있어서 특별히 지장은 없다.
이상 설명한 바와 같이 표시를 하는 것에 의해, 반사 표시시와 투과 표시시에 같은 표시 모드를 이용할 수 있다. 또한, 투과 모드의 명 표시에 주목한 경우, 종래의 반투과 반사형 액정 장치와 마찬가지로 하부 기판측으로부터 입사된 광의 일부가 상측 편광판에서 흡수되는 일이 없어, 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한 광의 거의 모두가 표시에 기여한다. 또한, 콜레스테릭 반사층(12)에서 반사되어, 관찰자측과 반대측(백 라이트(50)측)으로 향하는 광은, 표시에 재이용할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또, 이상의 설명에서는, 편의상, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되는 우 원편광의 반사율, 투과율이, 각각 80%, 20%인 경우에 대하여 설명했지만, 선택 반사되는 원편광의 반사율과 투과율의 비율은 어떻게도 바꿀 수 있다. 그러나, 어떠한 비율이라도, 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한 원편광을 최대한으로 이용할 수 있다는 것과, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 반사된 원편광을 표시에 재이용할 수 있다는 효과가 맞물려, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 실현할 수 있다.
(고 트위스트 조건에 있어서의 액정 모드)
다음에, 고 트위스트 조건에 있어서의 최적인 액정 모드에 대하여 설명한다.
액정층(30)의 트위스트각이 150° 이상 270° 이하의 고 트위스트 조건에서 는, 「발명의 구성」의 항에 있어서 기술한 바와 같이, 트위스트각을 θ(°)로 했을 때, Δnㆍd 값이 하기 식(1)에 의해 표시되도록 액정 모드를 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 액정 모드를 설정하는 것에 의해, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적으로 할 수 있다.
Δnㆍd값(㎛) ＝ -6.7 ×10-6×θ2+ 4.3 × 10-3×θ+ 0.39 ± 0.1 ㆍㆍㆍ(1)
또, 고 트위스트 조건에서는, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 액정층(30)이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성하는 것도 가능하지만, 반대의 구성으로 하는 것도 가능하다.
이와 같이, 고 트위스트 조건에서는, 액정층(30)이, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시중 어느 하나의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 다른쪽의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는 것을 이용하여 표시가 행하여지도록 되어 있다.
또한, 고 트위스트 조건에서는, 대향 기판(21)측에서 액정층(30)에 입사하는 타원 편광과, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되는 원편광이 같은 회전 방향을 갖도록 구성하는 것이 보다 바람직하고, 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 보다 최적화할 수 있어, 바람직하다.
따라서, 이하, 도 5, 도 6에 근거하여, 대향 기판(21)측에서 액정층(30)에 입사하는 타원 편광과, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되는 원편광이 다른 회전 방향을 갖도록 구성한 경우의, 고 트위스트 조건에 있어서의 표시 모드에 대하여 설명한다. 도 5, 도 6은, 저 트위스트 조건의 표시 모드의 설명에 이용한 도 3, 도 4에 대응하는 도면이며, 각각, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시의 표시 모드를 도시하는 도면이다.
또, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 컬러 필터(13)의 적색의 착색층(13R)이 형성된 도트를 예로서 설명한다. 또한, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 콜레스테릭 반사층(12)이, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하는 광중, 우 원편광을 선택 반사시키고, 그 반사율이 80%, 투과율이 20%가 되도록 구성되어 있는 것으로 한다.
또한, 고 트위스트 조건에서는, 저 트위스트 조건과 달리, 대향 기판(21)측에서 액정층(30)에 입사하는 타원 편광과, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 선택 반사되는 원편광이 같은 회전 방향을 갖도록 구성하는 것이 바람직하기 때문에, 상측 타원 편광 입사 수단(상측 편광판(25) 및 상측 위상차판(24))이 우 타원 편광을 발생하도록 구성한다. 예컨대, 상측 편광판(25)이, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광만을 선택적으로 투과하고, 상측 위상차판(24)이, 상측 편광판(25)을 투과한 직선 편광을 우 타원 편광으로 변환하도록 구성한다.
또한, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 투과 모드에서 표시를 할 때의 명 표시시에는, 백 라이트(50)로부터 출사된 광이 콜레스테릭 반사층(12)을 투과하도록 구성해야 하기 때문에, 하측 타원 편광 입사 수단(하측 편광판(18) 및 하측 위상차판(17))이 우 원편광을 발생하도록 구성한다.
이상과 같이 구성하면, 비 선택 전압 인가시에는, 반사 모드, 투과 모드의어느쪽의 모드에서 표시를 하더라도 명 표시가 얻어지고, 선택 전압 인가시에는, 반사 모드, 투과 모드의 어느쪽의 모드에서 표시를 하더라도 암 표시가 얻어진다.
이하, 도 5에 근거하여, 비 선택 전압 인가시의 표시 모드에 대하여 상술한다.
비 선택 전압 인가시에 반사 모드에서 표시를 할때에는, 관찰자측에서 액정 셀(40)에 입사된 광중, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광만이 상측 편광판(25)을 투과하고, 상측 위상차판(24)에 의해 우 타원 편광으로 변환되기 때문에, 액정층(30)에 우 타원 편광이 입사한다. 여기서, 액정층(30)은, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성되어 있기 때문에, 액정층(30)에 입사한 우 타원 편광은, 같은 회전 방향의 우 원편광으로 되어 액정층(30)으로부터 출사된다.
그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 우 원편광중, 컬러 필터(13)의 착색층(13R)을 투과한 적색의 우 원편광은, 저 트위스트 조건의 비 선택 전압 인가시와 마찬가지로, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 80% 반사되고, 같은 회전 방향대로, 다시 액정층(30)에 입사한다. 액정층(30)은, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성되어 있기 때문에, 액정층(30)에 입사한 적색의 우 원편광은, 같은 회전 방향대로 액정층(30)으로부터 출사된다.
액정층(30)으로부터 출사된 적색의 우 타원 편광은, 상측 위상차판(24)에 의해, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 상측 편광판(25)을 투과하여, 관찰자측으로 출사되기 때문에, 명 표시(적색 표시)로 된다.
한편, 비 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할때에는, 저 트위스트 조건의 비 선택 전압 인가시와 마찬가지로, 콜레스테릭 반사층(12), 컬러 필터(13)의 착색층(13R)을 투과한 적색의 우 원편광이 액정층(30)에 입사한다. 여기서, 액정층(30)은, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성되어 있기 때문에, 액정층(30)에 입사한 적색의 우 원편광은, 같은 회전 방향의 우 타원 편광으로 되어 액정층(30)으로부터 출사된다. 그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 적색의 우 타원 편광은, 상측 위상차판(24)에 의해, 지면에 평행한 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 상측 편광판(25)을 투과하여, 관찰자측으로 출사되기 때문에, 명 표시(적색 표시)로 된다.
또, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 비 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할때에는, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광중, 80%가 반사되어, 백 라이트(50)측에 되돌아가지만, 컬러 필터 기판(11)측에서 일단 액정 셀(40)의 외부로 출사시킨 후, 재차 액정 셀(40)에 도입시켜, 재이용할 수 있다.
또한, 비 선택 전압 인가시에 반사 모드에서 표시를 할때에는, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광의 20%가 콜레스테릭 반사층(12)을 투과하지만, 이 광에 관해서도, 마찬가지로, 컬러 필터 기판(11)측에서 일단 액정 셀(40)의 외부로 출사시킨 후, 재차 액정 셀(40)에 도입시킬 수 있다. 이 광은 표시에 기여하기 때문에, 반사 모드의 표시도 밝게 유지할 수 있다.
다음에, 도 6에 근거하여, 선택 전압 인가시의 표시 모드에 대하여 상술한다.
선택 전압 인가시에 반사 모드에서 표시를 할때에는, 비 선택 전압 인가시와 마찬가지로, 액정층(30)에 우 타원 편광이 입사한다. 여기서, 액정층(30)은, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키도록 구성되어 있기 때문에, 액정층(30)에 입사한 우 타원 편광은, 좌 원편광으로 변환되어 액정층(30)으로부터 출사된다.
그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 좌 원편광은, 컬러 필터(13)를 투과한 후, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사하지만, 콜레스테릭 반사층(12)은 좌 원편광을 100% 투과하기 때문에, 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 좌 원편광은 전부 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한다. 또한, 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한 좌 원편광은, 하측 위상차판(17)에 의해, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 하측 편광판(18)에 의해 흡수되어, 관찰자측으로 출사되지 않기 때문에, 암 표시로 된다.
한편, 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할때에는, 비 선택 전압 인가시와 마찬가지로, 액정층(30)에 우 원편광이 입사하지만, 액정층(30)은, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키도록 구성되어 있기 때문에, 액정층(30)에 입사한 우 원편광은, 좌 타원 편광으로 변환되어 액정층(30)으로부터 출사된다.
그리고, 액정층(30)으로부터 출사된 좌 타원 편광은, 상측 위상차판(24)에 의해, 지면에 수직인 편광축을 갖는 직선 편광으로 변환된 후, 상측 편광판(25)에 의해 흡수되어, 관찰자측으로 출사되지 않기 때문에, 암 표시로 된다.
또, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 콜레스테릭 반사층(12)에 입사한 우 원편광중, 콜레스테릭 반사층(12)에 의해 반사되는 80%의 광을, 컬러 필터 기판(11)측에서 일단 액정 셀(40)의 외부로 출사시킨 후, 재차 액정 셀(40)에 도입시키는 구성으로 하여도, 선택 전압 인가시에 투과 모드에서 표시를 할 때에, 최종적으로는 상측 편광판(25)에서 흡수되어 버리기 때문에, 암 표시에 있어서 특별히 지장은 없다.
이상 설명한 바와 같이 표시를 하는 것에 의해, 고 트위스트 조건에 있어서도, 반사 표시시와 투과 표시시에 같은 표시 모드를 이용할 수 있다. 또한, 저 트위스트 조건과 마찬가지로 투과 모드의 명 표시에 주목한 경우, 콜레스테릭 반사층(12)을 투과한 광의 거의 모두가 표시에 기여하고, 또한 콜레스테릭 반사층(12)에서 반사된 광은, 표시에 재이용할 수 있기 때문에, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 저 트위스트 조건, 고 트위스트 조건의 어느쪽의 조건에 있어서도, 반투과 반사층으로서 콜레스테릭 반사층(12)을 이용하고, 액정층(30)에 입사되는 광을 타원 편광으로 하여, 액정층(30)이, 비 선택 전압 인가시, 선택 전압 인가시중 어느 하나의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 다른쪽의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않도록 구성하고 있기 때문에, 반사 표시시와 투과 표시시에 표시 모드를 같게 할 수 있어, 표시 기구적으로 투과 모드가 어둡게 되지 않도록 할수 있다. 또한, 콜레스테릭 반사층(12)의 선택 반사에 의해 백 라이트(50)측에 반사된 광은, 컬러 필터 기판(11)의 외면측의 구성을 종래와 같게 한 상태로 재이용할 수 있기 때문에, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있어, 시인성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)에서는, 액정 모드(트위스트각, Δnㆍd 값)를 최적화하고 있기 때문에, 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화할 수 있어, 표시 품질이 우수한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 제공할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 저 트위스트 조건, 고 트위스트 조건의 쌍방에 있어서, 비 선택 전압 인가시에 명 표시, 선택 전압 인가시에 암 표시로 되는 예에 대해서만 설명했지만, 상측 위상차판(24)에 색보상의 기능을 갖게 하는 경우나, 위상차판(17, 24)으로서, 각각 복수 위상차판을 이용하는 경우에는, 편광판(18, 25), 액정층(30), 콜레스테릭 반사층(12)의 구성을 같은 구성으로 한 상태로, 명 표시와 암 표시를 반대로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 반사 모드, 투과 모드의 어느쪽의 모드에서 표시를 하는 경우에 관해서도, 안료 분산형의 컬러 필터(13)를 투과시키는 것에 의해, 컬러 표시를 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 콜레스테릭 반사층은, 특정한 회전 방향을 갖는 특정 파장의 원편광을 선택 반사한다고 하는 특성을 갖기 때문에, 특정한 회전 방향의 원편광중, 적색광, 녹색광, 청색광을 각각선택 반사하는 3종류의 콜레스테릭 반사층을, 적색, 녹색, 청색을 표시하는 도트에 대응시켜 패턴 형성하는 것에 의해, 콜레스테릭 컬러 필터를 형성할 수 있다. 따라서, 반사 모드에서 표시를 할때에는, 콜레스테릭 컬러 필터에 의해, 도트마다 특정한 색광을 반사시켜 표시를 하는 것도 가능하다. 단, 투과 모드에서 표시를 할때에는, 표시하고 싶은 색 이외의 원편광이 콜레스테릭 컬러 필터를 투과해 버리기 때문에, 콜레스테릭 컬러 필터의 시인측에, 콜레스테릭 컬러 필터와 색의 패턴이 같은 안료 분산형의 컬러 필터를 마련할 필요가 있다.
또한, 본 실시예에서는, 컬러 필터 기판이 백 라이트측에 위치하고 있는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 본 발명은, 컬러 필터 기판이 관찰자측에 위치하는 경우에도 적용 가능하다. 단, 컬러 필터 기판을 관찰자측에 배치하는 경우에는, 대향 기판측에 콜레스테릭 반사층을 형성해야 한다.
또한, 본 발명은, 패시브 매트릭스형 액정 장치에 한정하지 않고, TFT(Thin Film Transistor) 소자나 TFD(Thin Film Diode) 소자를 스위칭 소자에 이용한 액티브 매트릭스형 액정 장치 등, 어떠한 구동 방식의 반투과 반사형 액정 장치에도 적용 가능하다.
또한, 본 발명은 반투과 반사형 액정 장치에 적용하는 경우에 특히 바람직하지만, 본 실시예에서 설명한 최적인 액정 모드는, 반사층으로서 콜레스테릭 반사층을 구비한 반사형 액정 장치에도 적용 가능하다.
이 경우에는, 하부 기판측에서 액정층에 광이 입사되지 않기 때문에, 백 라이트나 하측 타원 편광 입사 수단(하측 편광판 및 하측 위상차판)은 불필요하게 된다. 또한, 본 실시예와 마찬가지로, 콜레스테릭 반사층을, 선택 반사하는 원편광중, 일부를 반사시키고, 일부를 투과시키도록 구성하더라도 좋지만, 하부 기판측에서 콜레스테릭 반사층에 대하여 광을 입사시키지 않기 때문에, 관찰자측으로 보다 많은 광을 출사시켜, 표시의 밝기를 향상시키기 위해서, 선택 반사하는 원편광을 전 반사시키도록 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 이상의 구성으로 하여, 본 실시예에서 설명한 액정 모드를 적용하여, 본 실시예의 반사 모드와 마찬가지로 표시를 하는 것에 의해, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성을 최적화할 수 있어, 표시 품질이 우수한 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다.
[전자 기기]
다음에, 본 발명의 상기 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)를 구비한 전자 기기의 구체예에 대하여 설명한다.
도 7(a)는 휴대 전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 7(a)에 있어서, 부호(500)는 휴대 전화 본체를 나타내고, 부호(501)는 상기한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 구비한 액정 표시부를 나타내고 있다.
도 7(b)는 워드 프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 정보 처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 7(b)에 있어서, 부호(600)는 정보 처리 장치, 부호(601)는 키 보드 등의 입력부, 부호(603)는 정보 처리 본체, 부호(602)는 상기한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 구비한 액정 표시부를 나타내고 있다.
도 7(c)는, 손목 시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 7(c)에 있어서, 부호(700)는 시계 본체를 나타내고, 부호(701)는 상기한 반투과 반사형 액정 장치(10)를 구비한 액정 표시부를 나타내고 있다.
도 7(a)∼(c)에 나타내는 전자 기기는, 상기 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(10)를 구비한 것이기 때문에, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성이 우수한 것으로 된다.
(실시예)
다음에, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다. 또, 실시예 1, 2에 있어서, 액정층에 입사되어야 할 광의 편광 상태 Eb, Ew는, 푸앵카래구(poincare球) 상의 좌표에서 표시되는 규격화 스토크스(stokes) 파라미터를 기초로 산출되는 편광 상태인 것을 뜻하고 있는 것으로 한다. 또, 푸앵카래구상의 좌표에서 표시되는 규격화 스토크스 파라미터를 기초로 산출되는 편광 상태의 산출 방법에 관해서는, 일본국 특허 공개 평성 제7-239471호 공보 등에 기재되어 있다.
(실시예 1)
저 트위스트 조건에 있어서의 표시의 최적화의 검토를, 아래와 같이 하여 실행하였다.
콜레스테릭 반사층에 입사하는 광이 우 원편광일 때에, 흑 표시를 한다고 가정하여, 액정층의 트위스트각 θ를 0∼150°의 범위로 변화시키고, Δnㆍd 값을0.1∼1.5의 범위로 변화시켰을 때의 액정층에 입사되어야 할 광의 편광 상태 Eb를 산출한다. 마찬가지로, 콜레스테릭 반사층에 입사하는 광이 좌 원편광일 때에, 백(白) 표시를 한다고 가정했을 때에, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값을 변화시켰을 때의 액정층에 입사되어야 할 광의 편광 상태 Ew를 산출한다. 또, 편광 상태 Eb, Ew는, 630nm 파장의 광(적색광), 590nm 파장의 광(귤색광), 550nm 파장의 광(녹색광), 510nm 파장의 광(하늘색광), 460nm 파장의 광(청색광)의 5색의 색광에 대하여 각각 산출한다.
여기서, 액정층에 입사하는 광의 편광 상태는, 액정층에 인가되는 전압에 관계 없이, 실제로는 같기 때문에, 액정층에 입사되어야 할 광의 편광 상태 Eb와 Ew와의 거리 ΔE값이 최소로 되도록, 액정층의 트위스트각 θ와 Δnㆍd 값을 규정하는 것에 의해, 표시의 최적화를 실행할 수 있다.
본 실시예에 있어서 얻어진, 550nm 파장의 광에 관한 ΔE(550nm)값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도 8에 나타낸다. 또한, 각 색광에 관한 ΔE값의 평균치 ΔEm값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도 9에 나타낸다.
550nm 파장의 광에 대하여 주목한 경우, 도 8에 도시하는 바와 같이, ΔE값이 최소로 되는 영역은 부호 A∼D로 나타내는 바와 같이 총 4곳이 존재한다. 그러나, 각 색광을 고려하면, 도 9에 도시하는 바와 같이, ΔEm 값이 최소로 되는 영역은, 부호 A∼D로 나타내는 영역중, 부호 B, D로 나타내는 총 2곳만으로 된다. 따라서, 부호 B, D로 나타내는 영역이 최적 조건으로 된다. 여기서, 부호 B로 나타내는 영역은, 구체적으로는, 액정층의 트위스트각 θ가 0∼12°, Δnㆍd 값이 0.37 ± 0.05㎛의 범위이다. 또한, 부호 D로 나타내는 영역은, 액정층의 트위스트각이 130 ± 20°, Δnㆍd 값이 0.76 ± 0.05㎛의 범위이다.
이상의 결과로부터, 액정층의 트위스트각이 150° 미만의 저 트위스트 조건에서는, 액정층의 트위스트각 θ가 0∼12°, Δnㆍd 값이 0.37 ± 0.05㎛, 혹은, 액정층의 트위스트각 θ가 130 ± 20°, Δnㆍd 값이 0.76 ± 0.05㎛일 때에, 표시 특성이 최적으로 되는 것으로 밝혀졌다.
(실시예 2)
실시예 1과 마찬가지로, 액정층의 트위스트각 θ를 150∼270°의 범위로 변화시키고, Δnㆍd 값을 0.3∼1.2의 범위로 변화시켰을 때의 액정층에 입사되어야 할 광의 편광 상태 Eb, Ew를 산출하여, 고 트위스트 조건에 있어서의 표시의 최적화의 검토를 했다.
본 실시예에 있어서 얻어진, 550nm 파장의 광에 관한 ΔE(550nm)값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도 10에 나타낸다. 또한, 각 색광에 관한 ΔE값의 평균치 ΔEm 값과, 액정층의 트위스트각 θ, Δnㆍd 값과의 관계를 도 11에 나타낸다.
도 10, 도 11에 도시하는 바와 같이, 고 트위스트 조건에서는, 실시예 1의 저 트위스트 조건 정도로, 최적 범위가 좁혀져 있지 않지만, 부호 F로 나타내는 영역을 중심으로한 영역이, 비교적, ΔE(550nm)값, ΔEm 값이 작은 영역으로 되어 있다. 그래서, 본 발명자가, 이 부호 F로 나타내는 영역을 중심으로한 영역에 대하여, 액정층의 트위스트각과 Δnㆍd 값과의 관계를 수식화한 바, 상기 식(1)으로 근사할 수 있는 것이 밝혀졌다. 즉, 액정층의 트위스트각이 150° 이상 270° 이하의 고 트위스트 조건에서는, 상기 식(1)을 만족하도록, 액정층의 트위스트각과 Δnㆍd 값을 설정하는 것에 의해, 표시 특성을 최적화할 수 있는 것이 밝혀졌다.
(실시예 3)
상기 실시예와 마찬가지 구성의 본 발명의 반투과 반사형 액정 장치를 제작하여 얻어진 액정 장치에 대하여, 표시 특성의 평가를 했다. 단, 상측 위상차판, 하측 위상차판으로서, 각각 2개의 위상차판을 배치하고, 표 1에 나타내는 조건으로 액정 장치를 구성했다. 또한, 안료 분산형의 컬러 필터는 마련하지 않고서, 흑백 표시의 액정 장치를 제작하여 기본 특성을 확인했다. 또, 표 1에 있어서, 2개의 상측 위상차판, 하측 위상차판중, 상부 기판측의 위상차판을 부호 1, 하부 기판측의 위상차판을 부호 2로 나타내고 있다. 또한, 편광판의 투과축, 위상판의 지상축(遲相軸)은, 상부 기판상의 배향막의 연마축을 기준으로 좌회전을 정(正)으로 하는 각도로 나타내고 있다. 또한, 본 실시예에서는, 저 트위스트 조건의 최적 조건중의 하나인, 액정층의 트위스트각이 0°, Δnㆍd 값이 0.37㎛의 조건으로, 액정 장치를 구성했다.
얻어진 액정 장치의, 투과 표시시의 인가 전압(V)과 광투과율(T)과의 관계(TV 특성)의 일례를 도 12(a)에 나타낸다. 또한, 투과 표시시에, 인가 전압을 1.4 V에서 3.6 V 까지의 사이에서, 투과율을 15등분하도록 전압을 인가했을 때에, 액정 장치로부터 출사된 광의 분광 특성의 일례를 도 12(b)에 나타낸다. 또, 도 12(b)에서는, 도면에서 보아 상측이 백(白) 표시에 가까운 측, 도면에서 보아 하측이 흑(黑) 표시에 가까운 측을 나타내고 있다. 또한, 도 12(b)에서는, 분광 특성을 나타내는 곡선이 평탄할수록, 색분산이 적어, 바람직한 것을 나타내고 있다.
도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서 제작한 액정 장치는, 비 선택 전압 인가시에 백 표시, 선택 전압 인가시에 흑 표시로 되어 있지만, 인가 전압이 0V 때의 광투과율이 거의 50%로 되고 있다. 또, 나머지 50%의 광은 반사 표시에 이용된다. 즉, 투과 표시시에 있어서, 이용 가능한 광의 거의 모두를 관찰자측으로 출사되도록 할 수 있어, 밝은 표시가 얻어지는 것이 밝혀졌다. 그리고, 투과 표시시에, 도 14에 나타낸 종래의 반투과 반사형 액정 장치에 비하여, 1.7∼2배의 밝기를 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.
또한, 이와 같이, 백 표시시에 높은 광투과율을 실현할 수 있지만, 또한, 흑 표시시의 광투과율이 거의 0% 이므로, 본 발명에 의하면, 고(高)콘트라스트를 실현할 수 있는 것도 밝혀졌다.
또한, 도 12(b)에 도시하는 바와 같이, 투과 표시시에 있어서, 분광 특성을 나타내는 곡선은 거의 평탄하게 되어 있어, 색분산이 적어, 양호한 표시가 얻어지는 것이 밝혀졌다.
또, 반사 표시시의 표시 특성은 특별히 도시하지 않았지만, 도 12(a),(b)와 거의 마찬가지의 양호한 표시였다.
(실시예 4)
실시예 3과 마찬가지로, 본 발명의 반투과 반사형 액정 장치를 제작하여, 얻어진 액정 장치에 대하여, 표시 특성의 평가를 했다. 단, 본 실시예에 있어서도, 상측 위상차판, 하측 위상차판으로서, 각각 2개의 위상차판을 배치하고, 표 2에 나타내는 조건으로, 액정 장치를 구성했다. 또한, 안료 분산형의 컬러 필터는 마련하지 않고서, 흑백 표시의 액정 장치를 제작했다. 또, 표 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 액정층의 트위스트각을 170°로 하고, 고 트위스트 조건에 있어서 최적인 액정 모드로, 액정 장치를 구성했다.
얻어진 액정 장치의, 투과 표시시의 TV 특성의 일례와, 투과 표시시에, 액정 셀로부터 출사된 광의 분광 특성의 일례를, 각각 도 13(a),(b)에 나타낸다.
도 13(a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서 제작한 액정 장치에 있어서는, 비 선택 전압 인가시에 흑 표시, 선택 전압 인가시에 백 표시로 되어 있다. 여기서, 본 실시예에 있어서 제작한 액정 장치의 백 표시시의 광투과율은, 실시예 3의 백 표시시에 비교하면 약간 낮지만, 50%에 가까운 값으로 되어 있다. 즉, 본 실시예에 있어서도, 실시예 3과 마찬가지로 투과 표시시에 있어서, 이용 가능한 광의 거의 모두를 관찰자측으로 출사되도록 할 수 있어, 밝은 표시가 얻어지는 것이 밝혀졌다.
또한, 본 실시예에 있어서 제작한 액정 장치의 흑 표시시의 광투과율은, 실시예 3의 흑 표시시에 비하면 약간 높지만, 0%에 가까운 값으로 되어 있어, 본 실시예에 있어서도, 고콘트라스트를 실현할 수 있는 것이 밝혀졌다.
또한, 도 13(b)에 도시하는 바와 같이, 투과 표시시에 있어서, 분광 특성을나타내는 곡선의 평탄성은, 실시예 3에 비하면 낮지만, 색분산이 충분히 적어, 양호한 표시가 얻어지는 것이 밝혀졌다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반사 모드의 표시의 밝기를 유지하면서, 투과 모드의 표시의 밝기를 향상시킬 수 있고, 또한 반사 모드, 투과 모드의 쌍방에 있어서, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성이 우수한 반투과 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다. 또한, 밝기나 콘트라스트 등의 표시 특성이 우수한 반사형 액정 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 액정 장치를 구비하는 것에 의해, 표시 품질이 우수한 전자 기기를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 서로 대향 배치된 상부 기판과 하부 기판과의 사이에 액정층이 유지된 액정 셀을 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 하부 기판의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층과, 상기 액정층에 대하여 상기 상부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한
    상기 액정층의 트위스트각이 0∼12°, Δnㆍd 값이 0.37 ±0.05㎛ 이며, 상기 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 서로 대향 배치된 상부 기판과 하부 기판과의 사이에 액정층이 유지된 액정 셀을 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 하부 기판의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층과, 상기 액정층에 대하여 상기 상부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한
    상기 액정층의 트위스트각이 130 ± 20°, Δnㆍd 값이 0.76 ± 0.05㎛ 이며, 상기 액정층이, 비 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 선택 전압 인가시에 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 기판측 타원 편광 입사 수단이, 상기 액정층에 대하여, 상기 콜레스테릭 반사층에 의해 반사되는 원편광과 회전 방향이 다른 타원 편광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  4. 서로 대향 배치된 상부 기판과 하부 기판과의 사이에 액정층이 유지된 액정 셀을 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 액정층에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 하부 기판의 내면측에 마련되고, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 적어도 일부를 반사시키는 콜레스테릭 반사층과, 상기 액정층에 대하여 상기 상부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 상부 기판측 타원 편광 입사 수단을 구비하고, 또한
    상기 액정층의 트위스트각이 150° 이상 270° 이하이며, Δnㆍd 값이, 트위스트각을 θ(°)로 했을때, 하기 식(1)에 의해 표시되고, 상기 액정층이, 비 선택전압 인가시, 선택 전압 인가시중 어느 하나의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 반전시키고, 다른쪽의 상태일 때에, 입사광의 타원 편광의 회전 방향을 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
    Δnㆍd값(㎛) ＝ -6.7 ×10-6×θ2+ 4.3 × 10-3×θ+ 0.39 ± 0.1 ㆍㆍㆍ(1)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 기판측 타원 편광 입사 수단이, 상기 액정층에 대하여, 상기 콜레스테릭 반사층에 의해 반사되는 원편광과 같은 회전 방향의 타원 편광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 반사층이, 소정의 회전 방향을 갖는 원편광중의 일부를 반사시키고, 일부를 투과시키는 반(半)투과 반사층으로서 기능하고, 또한
    상기 액정 셀에 대하여 상기 하부 기판측으로부터 광을 입사시키는 조명 장치와, 상기 액정층에 대하여 상기 하부 기판측으로부터 타원 편광을 입사시키는 하부 기판측 타원 편광 입사 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 기판측 타원 편광 입사 수단 및 상기 하부 기판측 타원 편광 입사 수단이, 특정 방향의 편광축을 갖는 직선 편광을 투과하는 편광판과 해당 편광판을 투과한 직선 편광을 타원 편광으로 변환하는 위상차판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항중 어느 한 항에 기재된 액정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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