KR20130101997A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20130101997A
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liquid crystal
crystal display
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light
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KR1020130010280A
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하야토 구라사와
마사시 미츠이
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재팬 디스프레이 웨스트 인코포레이트
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Abstract

외광의 반사율을 제어해서 화상을 표시하는 반사형의 액정 표시 장치인 액정 표시 장치는, 전면 기판; 배면 기판; 및 전면 기판과 배면 기판 사이에 배치되어 있는 액정 재료층을 포함하고, 배면 기판에는 액정 재료층에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극과, 인접하는 반사 전극들 사이의 갭을 통해 배면 기판의 이면 측으로 향하는 외광을 전면 기판 측을 향해서 반사하는 경면 형상의 광 반사 부재가 제공되어 있다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 개시 내용은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 외광(ambient light)의 반사율을 제어해서 화상을 표시하는 반사형의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
반사형의 액정 표시 장치는 외광을 반사하는 화소 전극을 구비하고 있으며, 액정 재료층의 상태를 바꾸어서 외광의 반사율을 제어함으로써 화상을 표시한다. 반사형의 액정 표시 장치는 저소비 전력화, 박형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 예를 들어 휴대 전자 기기의 표시 장치로서 이용된다. 또한, 예를 들어 일본 특허 공개 제2005-148424호 공보에 개시된 바와 같이, 각 화소 (컬러 표시의 경우, 각각의 부 화소)가 반사 전극의 세트를 구비하고, 반사 전극의 세트에 인가되는 전압을 각각의 반사 전극마다 제어함으로써 표시를 위해 제공되는 영역의 면적을 가변시켜 계조 표시를 행하는 소위, 면적 계조 방식(area ratio grayscale method)의 액정 표시 장치가 제안된다.
통상, 반사형의 액정 표시 장치에서, 인접하는 화소와 화소 사이의 영역에는 외광을 반사하는 반사 전극 등이 배치되지 않는다. 반사 전극 등이 배치되지 않은 부분의 영역에 입사되는 외광은 화상의 표시에 기여하지 않으므로, 그 만큼 외광의 이용 효율이 저하되고, 따라서 표시되는 화상의 휘도가 저하된다. 특히, 면적 계조 방식의 액정 표시 장치에서는 반사 전극이 복수의 전극의 세트로 구성되어 있으므로, 반사 전극 등이 배치되지 않은 영역 부분의 비율이 증가하고, 따라서 외광의 이용 효율이 한층 저하된다는 문제가 있다.
따라서, 외광의 이용 효율을 높게 할 수 있는 반사형의 액정 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시 내용의 실시 형태는 전면 기판; 배면 기판; 및 전면 기판과 배면 기판 사이에 배치되어 있는 액정 재료층을 포함하고, 외광의 반사율을 제어해서 화상을 표시하는 반사형의 액정 표시 장치이며, 배면 기판에는 액정 재료층에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극과, 인접하는 반사 전극들 사이의 갭을 통해 배면 기판의 이면 측을 향하는 외광을 전면 기판 측을 향해서 반사하는 경면 형상(specular)의 광 반사 부재가 제공되어 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서는 배면 기판에는 액정 재료층에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극과, 인접하는 반사 전극들 사이의 갭을 통해 배면 기판의 이면 측을 향하는 외광을 전면 기판 측을 향해서 반사하는 경면 형상의 광 반사 부재가 제공된다. 따라서, 반사 전극들 사이를 통과하는 광이 화상의 표시에도 기여하므로, 외광의 이용 효율이 높아진다. 이것에 의해, 표시되는 화상의 휘도를 높일 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 반사형의 액정 표시 장치의 개략적 사시도.
도 2는 액정 표시 장치의 개략적 단면도.
도 3a는 화소의 구조를 설명하기 위한 개략적 평면도.
도 3b는 반사 전극에 인가되는 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 4는 참고 예에 따른 액정 표시 장치에서의 외광의 반사를 설명하기 위한 개략적 단면도.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서의 외광의 반사를 설명하는 개략적 단면도.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 반사형의 액정 표시 장치의 개략적 사시도.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 개략적 분해 사시도.
도 8a는 이방성 산란 부재의 구조를 설명하기 위한 개략적 단면도. 도 8b와 도 8c는 이방성 산란 부재에서의 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역의 배치를 설명하기 위한 개략적 사시도.
도 9a와 도 9b는 이방성 산란 부재의 제조 방법을 설명하는 개략도.
도 10a와 도 10b는 이방성 산란 부재에서의 입사광과 산란광 간의 관계를 설명하는 개략도.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서의 외광의 반사를 설명하는 개략적 단면도.
도 12는 변형 예에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 개략적 분해 사시도.
이하, 도면을 참조하여, 실시 형태에 기초해서 본 개시 내용을 설명한다. 본 개시 내용은 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 실시 형태에서의 다양한 수치나 재료는 예시다. 이하의 설명에서, 동일 구성 요소 또는 동일 기능을 갖는 구성 요소에는 동일 참조 번호가 주어지고, 중복 설명은 생략한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치 전반에 관한 설명
2. 제1 실시 형태
3. 제2 실시 형태 (및 기타)
[본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치 전반에 관한 설명]
상술한 바와 같이, 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는 전면 기판, 배면 기판, 및 전면 기판과 배면 기판 사이에 배치되어 있는 액정 재료층을 포함하고, 외광의 반사율을 제어해서 화상을 표시하는 반사형의 액정 표시 장치이다. 배면 기판에는 액정 재료층에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극과, 인접하는 반사 전극들 사이의 갭을 통해 배면 기판의 이면 측을 향하는 외광을 전면 기판 측을 향해서 반사하는 경면 형상의 광 반사 부재가 제공된다.
전면 기판이나 배면 기판은 투명 재료로 형성할 수 있다. 이들 기판을 형성하는 재료는 예를 들어, 글래스, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지(PC), ABS 수지, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate)(PMMA), 폴리아릴레이트(polyarylate) 수지(PAR), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 수지(PET)가 있다. 전면 기판이나 배면 기판은 같은 재료로 구성될 수 있거나, 상이한 재료로 구성될 수 있다.
액정 재료층을 형성하는 재료는 특별히 한정되는 것은 아니다. 액정 재료층을 형성하는 재료로서, 네마틱 액정 재료 등의 널리 알려진 재료를 이용할 수 있다. 포지티브형의 액정 재료가 이용될 수 있고, 또는 네가티브형의 액정 재료가 이용될 수 있다. 또한, 소위 블루 상(blue phase)의 액정 재료를 이용할 수도 있다.
본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는 모노크롬 표시 및 컬러 표시를 행할 수 있다. 화소 전극 자체가 반사 전극으로서 광을 반사할 수 있고, 또는 투명 화소 전극과 반사 전극의 조합이 광을 반사할 수 있다. 액정 표시 장치의 동작 모드는 반사형으로서의 표시 동작에 지장이 없는 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 액정 표시 장치는 소위 VA 모드나 ECB 모드에서 구동될 수 있다. 또한, 노멀리 화이트 모드(normally white mode) 또는 노멀리 블랙 모드(normally black mode)가 채택될 수 있다.
상술한 각종 바람직한 구성을 포함하는 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서, 경면 형상의 광 반사 부재는 인접하는 반사 전극들 사이의 갭을 통해 배면 기판의 이면 측을 향하는 외광을 전면 기판 측을 향해서 반사할 수 있도록 배치될 수 있다. 액정 재료층 측의 배면 기판의 표면에 광 반사 부재가 배치될 수 있지만, 제조의 용이성 등의 관점에서 보면, 광 반사 부재는 배면 기판의 이면 (액정 재료층 측과는 대향하는 표면)에 배치되는 것이 바람직하다.
상술한 각종 바람직한 구성을 포함하는 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서, 광 반사 부재는 청색 색조(blue tone)의 광을 반사하는 것이 바람직하다. 통상, 반사형의 액정 표시 장치에서는, 백색 표시의 색조가 노란색을 나타내는 경향이 있다. 따라서, 광 반사 부재가 청색 색조의 광을 반사하고, 이에 의해, 백색 표시의 색조가 노란 색조를 나타내는 경향을 상쇄할 수 있고, 또한 흑색 표시의 콘트라스트가 저하되는 것을 방지할 수도 있다.
경면 형상의 광 반사 부재의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, PET 필름을 포함하는 기재(base material) 위에 알루미늄 등의 금속을 증착함으로써, 경면 형상의 광 반사 부재를 얻을 수 있다. 또한, 광 반사 부재가 청색 색조의 광을 반사하는 경우에는, 청색 색조의 광을 투과하는 컬러 필터 등이 형성될 수 있다. 컬러 필터의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니며, 염료나 안료를 이용할 수 있고, 또는 간섭 막 등의 광의 간섭을 이용할 수 있다. 이들은 알려진 재료를 이용해서 형성될 수 있다.
상술한 각종 바람직한 구성을 포함하는 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서는, 시트 형상의 이방성 산란 부재가 전면 기판 측에 제공될 수 있다. 이에 의해, 화상의 시인성을 향상시킬 수 있다.
이 경우에서, 이방성 산란 부재의 면내 방향의 영역은 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역이 혼재하는 영역으로서 형성될 수 있고, 이방성 산란 부재는 배면 기판 측에서 반사된 외광이 이방성 산란 부재에 입사해서 외부에 출사될 때에 산란하도록 배치되는 구성 (출사 산란 구성)으로 될 수 있다.
출사 산란 구성에서는, 외부로부터 입사되는 외광이 이방성 산란 부재를 투과해서 배면 기판을 향하면, 광은 산란하는 일 없이 투과되어 배면 기판에 도달한다. 따라서, 배면 기판의 이면 측을 향하는 외광이 광 반사 부재에 의해 효율적으로 반사될 수 있으므로, 외광의 이용율을 높일 수 있다.
이방성 산란 부재는 광 반응성 화합물을 포함하는 조성물 등을 이용해서 형성할 수 있다. 예를 들어, 광 중합의 전후에서 소정 정도의 굴절률 변화를 나타내는 조성물을 포함하는 기재에, 소정의 방향으로부터 자외선 등의 광을 조사함으로써, 이방성 산란 부재를 얻을 수 있다. 조성물을 형성하는 재료로서는, 래디컬 중합성이나 양이온 중합성의 관능기를 갖는 폴리머(polymer) 등의 공지의 광 반응성의 재료로부터, 광 반응을 한 부분과 광 반응을 하지 않은 부분에서의 소정 정도의 굴절률 변화를 발생하는 재료가 적절히 선택되어 이용될 수 있다.
대안으로, 광 반응성 화합물과 비-광 반응성 폴리머를 혼합한 조성물을 포함하는 기재에, 소정의 방향으로부터 자외선 등의 광을 조사함으로써, 이방성 산란 부재를 얻을 수도 있다. 비-광 반응성 폴리머는 예를 들어, 아크릴 수지나 스티렌 수지 등의 공지의 재료로부터 적절히 선택해서 이용할 수 있다.
상기의 조성물을 포함하는 기재는 예를 들어, 고분자 재료로 만들어진 필름 형상의 기재 위에, 조성물을 공지의 도포 방법을 이용하여 도포함으로써 얻을 수 있다.
상술한 조성물을 포함하는 이방성 산란 부재의 면내 방향의 영역은 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역이 혼재하는 영역으로서 형성될 수 있다. 통상, 이방성 산란 부재의 두께 방향에 대하여 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계가 소정의 각도를 형성하도록 이방성 산란 부재가 형성된다. 경우에 따라서는, 이 각도는 면내 방향에서 연속적으로 변화될 수 있다.
정성적으로는, 조성물을 포함하는 기재에 광이 조사될 경우, 광의 조사 측에 가까운 영역에서 조성물의 광 반응이 진행한다. 따라서, 광이 조사되는 표면은 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 커지는 표면이 되고, 반대 측의 표면은 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면이 된다.
저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 굴절률의 차는 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면 부근에서, 통상, 0.01 이상인 것이 바람직하고, 0.05 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.10 이상인 것이 가장 바람직하다.
이방성 산란 부재를 형성하는 재료나 그 제조 방법에 따르더라도, 광 반응을 한 부분과 광 반응을 하지 않은 부분은 예를 들어, 후술하는 도 8b에 도시하는 것과 같이 각각 루버 형상(louver-shape)의 영역을 형성할 수 있고, 또는 후술하는 도 8c에 도시하는 것과 같이, 기둥 형상 영역과 이 기둥 형상 영역을 둘러싸는 주변 영역을 형성할 수 있다.
상술한 이방성 산란 부재를 이용한 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서, 배면 기판 측에서 반사된 외광이 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면 측으로부터 이방성 산란 부재에 입사하고, 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면 측으로부터 출사할 수 있다. 이 구성에 따르면, 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역이 혼재하는 미세 구조에 의한 광의 간섭에 기인하는 무지개 색(iridescent color)을 경감할 수 있다.
상술한 각종 바람직한 구성을 포함하는 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서, 이방성 산란 부재는 복수의 산란 부재를 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 각 산란 부재의 특성을 바꿈으로써, 산란 특성을 미세하게 조정할 수 있다.
대안으로, 상술한 각종 바람직한 구성을 포함하는 본 개시 내용의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서, 액정 표시 장치는 면적 계조 방식에 의해 계조 표시를 행할 수 있다. 예를 들어, 각 화소 (컬러 표시의 경우에는, 각각의 부 화소)는 면적이 대략 2배 증가하는 반사 전극의 세트를 구비할 수 있고, 반사 전극의 세트에 인가되는 전압은 각 반사 전극마다 제어됨으로써 표시를 위해 제공되는 영역의 면적을 제어할 수 있다.
액정 표시 장치의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 가로 길이의 직사각형일 수 있거나 세로로 긴 직사각형일 수 있다. 액정 표시 장치의 화소의 수 M×N을 (M,N)으로 표시했을 때, 예를 들어 가로로 긴 직사각형의 경우에는 (M,N)의 값으로서, (640,480), (800,600) 및 (1024,768) 등의 몇 개의 화상 표시용 해상도가 예시되고, 세로로 긴 직사각형의 경우에는 그 값들을 서로 교체하여 얻어진 해상도가 예시되지만, 그 수는 이들 값에 한정되는 것은 아니다.
액정 표시 장치를 구동하는 구동 회로는 다양한 회로를 포함할 수 있다. 이들은 공지된 회로 소자를 이용해서 형성할 수 있다.
본 명세서에 도시하는 각종 조건은 철저히 성립되는 경우뿐만 아니라, 실질적으로 성립되는 경우에도 충족된다. 설계상 혹은 제조상 발생하는 다양한 변동의 존재는 허용된다.
[제1 실시 형태]
본 개시 내용의 제1 실시 형태는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 반사형의 액정 표시 장치의 개략적 사시도이다. 도 2는 액정 표시 장치의 개략적 단면도이다.
액정 표시 장치(1)는 화소(12)가 배열된 표시 영역(11)을 갖는 반사형의 액정 표시 장치이다. 액정 표시 장치(1)는 도시하지 않는 구동 회로 등에 의해 구동된다. 표시 영역(11)에는 예를 들어, 태양 광이나 조명 광 등의 외광이 입사한다. 설명의 형편상, 표시 영역(11)은 X-Y 평면에 평행하게 설정되고, 화상이 관측되는 방향은 +Z 방향으로 설정된다. 외광이 방위각 90도의 방향으로부터 소정의 극각 (예를 들어, 30도)으로 표시 영역(11)에 입사한다고 가정하여 설명하지만, 이는 예시에 불과하다.
액정 표시 장치(1)는 직사각형이며, 그 변을 참조 번호 (13A), (13B), (13C) 및 (13D)로 나타낸다. 변(13C)은 전방의 변이며, 변(13A)은 변(13C)에 대향하는 변이다. 예를 들어, 변(13A 및 13C)은 약 12[cm]이고, 변(13B 및 13D)은 약 16[cm]이지만, 그 길이는 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시하는 것과 같이, 액정 표시 장치(1)는 전면 기판(18), 배면 기판(14), 및 전면 기판(18)과 배면 기판(14) 사이에 배치되어 있는 액정 재료층(17)을 포함한다. 참조 번호(17A)는 액정 재료층(17)을 형성하는 액정 분자를 개략적으로 도시한다. 액정 재료층(17)은 (도시되지 않은) 스페이서 등을 이용하여, 소정의 조건하에서 광이 왕복하는 경우에 액정 재료층(17)이 1/2 파장판으로서 작용할 수 있는 정도의 두께로 제공된다. 도 1에 도시하는 참조 번호(10)는 액정 표시 장치(1)에서, 전면 기판(18), 배면 기판(14), 및 전면 기판(18)과 배면 기판(14) 사이에 배치된 액정 재료층(17)을 포함하는 부분을 도시한다. 마찬가지로, 도 1에 도시하는 참조 번호(20)는 액정 표시 장치(1)에서, 1/4 파장판(21), 1/2 파장판(22) 및 편광판(23)을 포함하는 부분을 도시한다.
도 2에 도시하는 것과 같이, 배면 기판(14)에는 액정 재료층(17)에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극(16)과, 인접하는 반사 전극(16)들 사이의 갭을 통해 배면 기판(14)의 이면 측을 향하는 외광을 전면 기판(18) 측을 향해서 반사하는 경면 형상의 광 반사 부재(30)가 제공된다.
예를 들어, 글래스 재료로 만들어진 배면 기판(14)의 위에는 아크릴 수지 등의 고분자 재료로 만들어진 평탄화 막(15)이 형성되어 있고, 그 위에, 알루미늄 등의 금속 재료로 만들어진 반사 전극(화소 전극)(16)이 형성되어 있다.
반사 전극(16)의 표면은 경면 형상으로 형성된다. 예를 들어, 화상 신호를 공급하는 신호선과 반사 전극(16) 간의 전기적인 접속을 제어하기 위해서, 반사 전극(16)에는 TFT 등의 소자가 접속된다. 또한, 도 2에서는, TFT, TFT의 도통 상태를 제어하는 신호선이나 주사선 등의 다양한 배선, 전면 기판(18)에 제공되는 공통 전극이나 컬러 필터, 액정 재료층(17)의 초기 배향 상태를 규정하기 위한 배향막 등의 도시를 생략했다. 기타의 도면에서도 마찬가지이다.
광 반사 부재(30)는 필름 형상이며, 예를 들어 PET 필름을 포함하는 기재(31) 위에, 알루미늄 등의 금속을 포함하는 반사막(32)과, 청색 필터층(33)을 순차 적층하여 형성된다. 광 반사 부재(30)는 청색 색조의 광을 반사한다. 청색 필터층(33)과, 배면 기판(14)의 이면은 (도시되지 않은) 점착층에 의해 서로 접착된다.
외부로부터 입사되는 외광은 1/2 파장판(22) 내에서, 편광판(23)에 의해 소정의 방향으로 직선 편광된 다음, 1/4 파장판(21)에 의해 원 편광된다. 1/2 파장판(22)과 1/4 파장판(21)의 조합은 광대역의 1/4 파장판으로서 작용한다. 원 편광된 외광은 액정 재료층(17)을 투과해서 반사 전극(16)에 의해 반사된다. 반사된 외광은 액정 재료층(17)을 투과하고, 또한 1/4 파장판(21) 및 1/2 파장판(22)을 투과해서 편광판(23)에 도달하고, 외부를 향하여 출사한다. 반사 전극(16) 등에 인가되는 전압을 제어하여, 액정 재료층(17)에서의 액정 분자(17A)의 배향 상태를 제어함으로써, 반사 전극(16)에 의해 반사된 외광이 편광판(23)을 투과하는 양을 제어할 수 있다.
도 3a는 화소의 구조를 설명하기 위한 개략적 평면도이다. 도 3b는 반사 전극에 인가되는 전압의 제어 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3a에 도시하는 것과 같이, 화소(12)는 적색 표시의 부 화소(12R), 녹색 표시의 부 화소(12G) 및 청색 표시의 부 화소(12B)의 세트를 포함한다. 액정 표시 장치(1)는 면적 계조 방식에 의해 계조 표시를 행한다. 이로 인해, 각각의 부 화소의 반사 전극(16)은 면적이 대략 2배 증가한 전극의 세트를 포함한다. 도 3a에는 5개의 전극(16A, 16B, 16C, 16D 및 16E)의 세트를 포함하는 경우의 예를 도시한다. 전극(16A, 16B, 16C, 16D 및 16E)에 인가된 전압은 예를 들어, 디지털 신호화된 화상 신호의 대응 비트의 값에 따라 제어된다.
도 3b를 참조하여, 예를 들어 5 비트의 화상 신호를 기초로 해서 제어할 경우의 구성에 대해 설명한다. 면적이 가장 큰 전극(16E)은 화상 신호의 MSB에 기초해서 제어되고, 면적이 작아지는 것에 따라, 전극은 하위의 비트에 기초해서 제어된다. 면적이 가장 작은 전극(16A)은 화상 신호의 LSB에 기초해서 제어된다. 구체적으로는, 각각의 전극에는, 화상 신호에서의 대응 비트의 값에 따라 구동 회로(100)로부터, 예를 들어 공통 전극에 인가된 전압과 동일한 값의 전압 Vcom, 정 극성의 전압 Vcom+Vd, 및 부 극성의 전압 Vcom-Vd 중 하나가 인가된다. 이에 의해, 예를 들어 각각의 프레임마다 극성 반전 구동이 행해진다.
전극(16A, 16B, 16C, 16D 및 16E) 각각에 인가되는 전압을 제어함으로써, 표시를 위해 제공되는 영역의 면적을 제어할 수 있다. 또한, 이하의 설명에서, 전극(16A, 16B, 16C, 16D 및 16E)을 구별할 필요가 없을 경우에는, 이들을 단순히 반사 전극(16)으로서 나타낸다.
이어서, 본 개시 내용의 이해를 돕기 위해서, 경면 형상의 광 반사 부재(30) 대신에 산란성의 광 반사 부재를 이용하는 참고 예에 따른 액정 표시 장치와, 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치를 대비하여, 액정 표시 장치에 입사되는 외광의 움직임에 대해서 설명한다.
도 4는 참고 예에 따른 액정 표시 장치에서의 외광의 반사를 설명하기 위한 개략적 단면도이다. 도 5는 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서의 외광의 반사를 설명하는 개략적 단면도이다.
도 4에 도시하는 것과 같이, 참고 예에 따른 액정 표시 장치(1')에서는, 경면 형상의 광 반사 부재(30) 대신에 산란성의 광 반사 부재(40)가 이용된다. 산란성의 광 반사 부재(40)는 예를 들어, PET 필름을 포함하는 기재(41) 위에, 백색 재료층(42)을 적층하여 형성된다. 백색 재료층(42)과, 배면 기판(14)의 이면은 (도시되지 않은) 점착층에 의해 접착된다.
액정 표시 장치(1')에 외광이 입사되는 경우, 도 4에 도시하는 것과 같이, 반사 전극(16)에 입사된 외광(1)은 반사 전극(16)에 의해 그대로 반사된 다음, 반사 광(1)이 된다. 한편, 인접하는 반사 전극(16)들 사이의 갭을 통해 배면 기판(14)의 이면 측을 향하는 외광(2)은 백색 재료층(42)에 입사된 다음, 등방적으로 산란된다. 도 4에서, 등방적으로 산란되는 광 빔은 참조 번호(A, B, C, D 및 E)로 개략적으로 도시한다.
예를 들면, 화상 관측자가 반사 광(1)이 향하는 방향으로부터 액정 표시 장치(1')를 관측하는 경우, 백색 재료층(42)에 의해 산란된 광 빔 중, 반사 광(1)과 동일한 방향을 향하는 참조 번호(B)에 의해 표시된 광 빔은 반사 광(2)이 되어서 화상의 표시에 기여한다. 그러나, 기타의 광 빔(A, C, D 및 E)은 화상의 표시에 기여하지 않는다. 즉, 인접하는 반사 전극(16)들 사이의 갭을 통해 배면 기판(14)의 이면 측을 향하는 외광(2)의 일부만을 화상의 표시에 이용할 수 있다.
한편, 도 5에 도시하는 것과 같이, 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(1)에서는, 인접하는 반사 전극(16)들 사이의 갭을 통해 배면 기판(14)의 이면 측을 향하는 외광(2)의 많은 양이 경면 형상의 광 반사 부재(30)에 의해 반사되어, 반사 광(2)이 된다. 도 4와 도 5를 대비할 때 분명한 것과 같이, 액정 표시 장치(1)에서는, 인접하는 반사 전극(16)들 사이의 갭을 통해 배면 기판(14)의 이면 측으로 향하는 외광(2)의 많은 양을 화상의 표시에 이용할 수 있어, 외광의 이용 효율이 향상된다.
또한, 통상, 반사형의 액정 표시 장치에서는, 백색 표시의 색조가 노란색을 나타내는 경향이 있지만, 액정 표시 장치(1)는 그러한 경향을 상쇄할 수 있다.
상술한 바와 같이, 광 반사 부재(30)는 청색 색조의 광을 반사한다. 따라서, 반사 광(1)에 의해 표시되는 화상이 노란 색조이어도, 반사 광(2)에 의한 화상이 청 색조를 가지므로, 백색 표시의 색조가 노란 색조를 나타내는 경향을 상쇄할 수 있고, 또한, 흑색 표시의 콘트라스트가 저하되는 것을 방지할 수도 있다.
[제2 실시 형태]
본 개시 내용의 제2 실시 형태도 액정 표시 장치에 관한 것이다.
제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치와는, 시트 형상의 이방성 산란 부재가 전면 기판 측에 제공된다는 점에서 상이하다. 이상의 상이점 외에는, 제2의 실시 형태는 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는다.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 반사형의 액정 표시 장치의 개략적 사시도이다. 도 7은 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 개략적 분해 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시하는 것과 같이, 액정 표시 장치(2)는 시트 형상의 이방성 산란 부재(50)를 포함한다. 이방성 산란 부재(50)는 제1 실시 형태에서 설명한 참조 번호(10)로 표시된 부분과 참조 번호(20)로 표시된 부분 사이에 배치된다. 이방성 산란 부재(50)는 전면 기판(18) 측, 보다 구체적으로는 후술하는 도 11에 도시하는 것과 같이, 전면 기판(18)과 1/4 파장판(21) 사이에 배치된다.
도 8a는 이방성 산란 부재의 구조를 설명하기 위한 개략적 단면도이다. 도 8b 및 8c는 이방성 산란 부재에서, 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역의 배치를 설명하기 위한 개략적 사시도이다.
이방성 산란 부재(50)는 예를 들어, 그 두께가 0.02 내지 0.5[mm]인 시트 형상(필름 형상)을 갖는다. 도 11을 참조해서 나중에 상세하게 설명하겠지만, 이방성 산란 부재(50)는 산란 특성이 최대로 되는 방향이 통상의 관측 방향과 정렬되도록 배치된다.
도 8a에 도시하는 것과 같이, 이방성 산란 부재(50)의 면내 방향의 영역은 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52)이 예를 들어, 마이크론 정도로 혼재하는 영역으로서 형성되어 있다. 또한, 도시의 형편상, 도 8a 내지 8c에서는, 이방성 산란 부재(50)의 기재를 형성하는 투명 막 등은 표시를 생략했다.
이방성 산란 부재(50)는 광 반응성 화합물을 포함하는 조성물 등을 이용해서 형성된다. 예를 들어, 도 8b에 도시하는 것과 같이, 이방성 산란 부재(50)는 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52)이 루버(louver) 형상으로 형성되어 있는 구성일 수 있고, 도 8c에 도시하는 것과 같이, 이방성 산란 부재(50)는 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52)이 기둥 형상 영역과 그것을 둘러싸는 주변 영역을 형성하는 구성일 수 있다. 도 8c는 예를 들어, 광 반응을 한 조성물의 부분이 기둥 형상 영역에서 고 굴절률을 갖는 경우의 예를 도시한다.
도 8b는 각각의 저 굴절률 영역(51)의 두께 방향의 폭이나, 각각의 고 굴절률 영역(52)의 두께 방향의 폭이 일정한 것을 나타냈지만, 이것은 예시에 불과하다. 마찬가지로, 도 8c는 기둥 형상 영역의 형상이 동일한 것을 도시하지만, 이것도 예시에 불과하다.
도 8a 내지 8c에 도시하는 것과 같이, 이방성 산란 부재(50)에서, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52)은 이방성 산란 부재(50)의 두께 방향(Z 방향)에 대하여 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계가 각도 θ을 이루도록, 경사 방향으로 형성되어 있다. 각도 θ는 이방성 산란 부재(50)의 사양에 따라 적합한 값으로 적절히 설정된다. 경우에 따라서는, 각도 θ가 0도일 수 있다.
설명의 형편상, 여기에서는 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52)은 도 8b에 도시된 바와 같이 루버 형상으로 형성되어 있고, 루버 형상의 영역이 연장되는 방향은 X 방향에 평행하도록 설정된다. 또한, 고 굴절률 영역(52)을 기재가 광 반응을 발생하는 영역이라고 가정해서 설명하지만, 이것은 예시에 지나지 않는다. 기재가 광 반응을 발생하는 영역은 저 굴절률 영역(51)일 수 있다.
이방성 산란 부재(50)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 9a에 도시하는 것과 같이, 이방성 산란 부재(50)는 예를 들어, PET 필름 등의 기재 위에 광 반응성의 조성물을 도포한 기재(50')에 대하여, 개구(71)를 갖는 마스크(70)를 통해, 광 조사 장치(60)를 이용하여 비스듬히 광을 조사함으로써 제조될 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 마스크(70) 없이 광을 조사할 수도 있다. 기재(50')의 표면 중, 광 조사 장치(60)로부터 광이 조사되는 측의 표면은 표면(A)으로 나타내고, 반대 측의 표면은 표면(B)으로 나타낸다.
광의 회절이나 조성물에 의한 광 흡수 등의 영향에 의해, 정성적으로는 광의 조사 측에 가까운 영역 내에서 조성물의 광 반응이 진행한다. 따라서, 도 9b에 도시하는 것과 같이, 광이 조사되는 표면(A)은 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면이 되고, 반대 측의 표면(B)은 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면이 된다.
여기서, 외광이 이방성 산란 부재(50)의 표면(A) 측으로부터 입사되는 경우와 외광이 표면(B) 측으로부터 입사되는 경우 간의 차에 대해서, 도 10a 및 10b를 참조하여 설명한다.
도 10a 및 10b에 도시하는 것과 같이, 이방성 산란 부재(50)에서, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계가 연장되는 방향을 실질적으로 따르는 방향으로부터 광이 입사했을 경우, 광은 산란해서 출사한다. 한편, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계가 연장되는 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로부터 광이 입사했을 경우, 광은 그대로 투과한다.
도 10a에 도시하는 것과 같이, 표면(B) 측으로부터 광이 입사해서 표면(A) 측으로부터 출사할 때에 산란하는 경우, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면으로부터 광이 출사하게 되고, 따라서 미세 구조에 의한 광의 간섭에 기인하는 무지개 색이 눈에 띄기 쉽게 되는 경향이 있다.
이에 반해, 도 10b에 도시하는 것과 같이, 표면(A) 측으로부터 광이 입사해서 표면(B) 측으로부터 출사할 때에 산란할 경우, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면으로부터 광이 출사하게 되고, 따라서 미세 구조에 의한 광의 간섭에 기인하는 무지개 색이 경감된다.
또한, 이방성 산란 부재(50)의 산란 중심축 S (그 중심으로 입사되는 광의 이방성 산란 특성이 대략 대칭이 되는 축; 즉, 대부분의 산란된 광의 입사 방향으로 연장되는 축)은 Z축 방향에 대하여 비스듬히 경사지고 있지만, 정성적으로는 그 축 방향은 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52)의 연장 방향에 대략 따르는 방향으로 되어 있다고 여겨진다. 또한, 이 경우, 산란 중심축 S을 X-Y 평면 위에 투영한 방위는 도 8b에 도시한 경우에는 루버-형상의 영역이 연장되는 방향에 직교하는 방향으로 되어 있고, 도 8c에 도시한 경우에는 기둥 형상 영역을 X-Y 평면에 투영했을 때에 그 그림자가 연장되는 방향으로 되어 있다고 여겨진다. 산란 중심축 S을 포함하는 평면은 Y-Z 평면에 평행하다.
이방성 산란 부재(50)는 배면 기판(14) 측에 반사된 외광이 이방성 산란 부재(50)에 입사해서 외부에 출사할 때에 산란되도록 배치된다. 제2 실시 형태에서는, 배면 기판(14) 측에 반사된 외광은 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면 측으로부터 이방성 산란 부재(50)에 입사되고, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면 측으로부터 출사한다.
액정 표시 장치(2)에서의 광의 움직임에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서의 외광의 반사를 설명하기 위한 개략적 단면도이다.
도 11에 도시하는 것과 같이, 외부로부터 입사되는 외광은 편광판(23)에 의해 소정의 방향으로 직선 편광된 후에, 1/2 파장판(22)에서 편광면이 90도 회전하고, 그 후, 1/4 파장판(21)에 의해 원 편광된다. 원 편광된 외광은 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계가 연장되는 방향과 대략 직교하는 방향으로부터 입사하므로, 그대로 이방성 산란 부재(50)를 투과한 후, 액정 재료층(17)을 투과한다. 반사 전극(16)에 입사되는 외광은 반사 전극(16)에 의해 반사된다. 또한, 인접하는 반사 전극(16)들 사이의 갭을 통해 배면 기판(14)의 이면 측을 향하는 외광은 광 반사 부재(30)에 의해 반사된다. 반사된 외광 빔은 액정 재료층(17)을 투과하고, 이방성 산란 부재(50)의 표면(A) 측으로부터 입사해서, 표면(B) 측으로부터 출사한다. 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계가 연장되는 방향을 대략 따르는 방향으로부터 광이 입사하므로, 광은 산란되지만, 저 굴절률 영역(51)과 고 굴절률 영역(52) 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면으로부터 출사하므로, 미세 구조에 의한 광의 간섭에 기인하는 무지개 색이 경감된다. 그 후, 산란된 광은 1/4 파장판(21) 및 1/2 파장판(22)을 투과해서 편광판(23)에 도달하고, 외부로 출사한다. 반사 전극(16) 등에 인가되는 전압을 제어하여, 액정 재료층(17)에서의 액정 분자(17A)의 배향 상태를 제어함으로써, 반사 전극(16)에 의해 반사된 외광이 편광판(23)을 투과하는 양을 제어할 수 있다.
액정 표시 장치(2)에서는, 이방성 산란 부재(50)에 의해 소정의 방향으로 광이 산란하므로, 제1 실시 형태보다도 액정 표시 장치의 관측 범위를 더 넓힐 수 있다.
또한, 산란 범위의 확대나 무지개 색의 경감을 도모하기 위해서는, 이방성 산란 부재는 복수의 산란 부재를 적층하여 형성된 구조를 가질 수 있다. 도 12는 상술한 구성의 이방성 산란 부재를 구비한 액정 표시 장치의 개략적 분해 사시도를 도시한다.
도 12에서는, 이방성 산란 부재(150)는 산란 부재(50A 및 50B)를 적층하여 형성된다. 산란 부재(50A 및 50B)는 기본적으로는 이방성 산란 부재(50)와 동일한 구성을 갖는다. 예를 들어, 산란 부재(50A 및 50B)의 산란 중심축의 방향으로 약간의 차를 갖게 함으로써, 광의 확산 범위를 조정할 수 있다.
이상, 본 개시 내용의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했으나, 본 개시 내용은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 범위에 기초하여 각종 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 이방성 산란 부재를, 전면 기판(18)과 1/4 파장판(21) 사이에 배치했지만, 이것은 예시에 불과하다. 이방성 산란 부재를 배치하는 장소는 액정 표시 장치의 설계나 사양에 따라 적절히 결정할 수 있다.
또한, 본 개시 내용은 이하와 같은 구성으로 실현될 수 있다.
(1) 전면 기판, 배면 기판, 및 전면 기판과 배면 기판 사이에 배치되어 있는 액정 재료층을 포함하고, 외광의 반사율을 제어해서 화상을 표시하는 반사형의 액정 표시 장치이며, 배면 기판에는 액정 재료층에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극과, 인접하는 반사 전극들 사이의 갭을 통해 배면 기판의 이면 측으로 향하는 외광을 전면 기판 측을 향해서 반사하는 경면 형상의 광 반사 부재가 제공되어 있는 액정 표시 장치.
(2) 광 반사 부재는 배면 기판의 이면에 배치되어 있는 (1)의 기재의 액정 표시 장치.
(3) 광 반사 부재는 청색 색조의 광을 반사하는 (1) 또는 (2)의 기재의 액정 표시 장치.
(4) 시트 형상의 이방성 산란 부재가 전면 기판 측에 제공되어 있는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 기재의 액정 표시 장치.
(5) 이방성 산란 부재의 면내 방향의 영역은 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역이 혼재하는 영역으로서 형성되어 있고, 이방성 산란 부재는 배면 기판 측에서 반사된 외광이 이방성 산란 부재에 입사해서 외부로 출사할 때에 산란되도록 배치되어 있는 상기 (4)의 기재의 액정 표시 장치.
(6) 배면 기판 측에서 반사된 외광은, 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면 측으로부터 이방성 산란 부재에 입사되고, 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 굴절률의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면 측으로부터 출사하는 (5)의 기재의 액정 표시 장치.
(7) 이방성 산란 부재는 복수의 산란 부재를 적층하여 형성된 (4) 내지 (6) 중 어느 하나의 기재의 액정 표시 장치.
(8) 액정 표시 장치는 면적 계조 방식을 이용하여 계조 표시를 행하는 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 기재의 액정 표시 장치.
본 개시 내용은, 2012년 3월 6일 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허 출원 번호 제2012-049153호에 기재된 것과 관련된 주제를 포함하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 원용된다.
당업자라면 첨부된 청구 범위 내에서 설계 조건 및 다른 요인에 따라 다양한 변형, 조합 및 변경이 있을 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 외광(ambient light)의 반사율을 제어해서 화상을 표시하는 반사형의 액정 표시 장치인 액정 표시 장치로서,
    전면 기판;
    배면 기판; 및
    상기 전면 기판과 상기 배면 기판 사이에 배치되어 있는 액정 재료층을 포함하고,
    상기 배면 기판에는 상기 액정 재료층에 대향하는 표면 측에 형성된 복수의 반사 전극과, 인접하는 상기 반사 전극들 사이의 갭을 통해 상기 배면 기판의 이면 측으로 향하는 외광을 상기 전면 기판 측을 향해서 반사하는 경면(specular) 형상의 광 반사 부재가 제공되어 있는, 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 반사 부재가 상기 배면 기판의 이면에 배치되어 있는, 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 반사 부재가 청색 색조(blue tone)의 광을 반사하는, 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    시트 형상의 이방성 산란 부재가 상기 전면 기판 측에 제공되어 있는, 액정 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이방성 산란 부재의 면내 방향의 영역은 저 굴절률 영역과 고 굴절률 영역이 혼재하는 영역으로서 형성되어 있고,
    상기 이방성 산란 부재는 상기 배면 기판 측에서 반사된 외광이 상기 이방성 산란 부재에 입사해서 외부로 출사할 때 산란되도록 배치되어 있는, 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배면 기판 측에서 반사된 외광은, 상기 저 굴절률 영역과 상기 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 반사율의 변화의 정도가 상대적으로 큰 표면 측으로부터 상기 이방성 산란 부재에 입사되고, 상기 저 굴절률 영역과 상기 고 굴절률 영역 간의 경계 부근에서의 반사율의 변화의 정도가 상대적으로 작은 표면 측으로부터 출사하는, 액정 표시 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 이방성 산란 부재는 복수의 산란 부재를 적층하여 형성되는, 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액정 표시 장치는 면적 비율 계조 방식(area ratio grayscale method)을 이용하여 계조 표시를 행하는, 액정 표시 장치.
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