KR19990077709A - 반사형 표시 장치 - Google Patents

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KR19990077709A
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양잉바오
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이데이 노부유끼
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Abstract

밝은 환경 하에서의 화상 품위를 손상시키지 않으면서 어두운 환경 하에서의 화상 관찰을 가능하게 하는 조명 구조를 반사형 표시 장치에 부여한다.
반사형 표시 장치는 패널, 도광판(導光板) 및 광원으로 이루어진다. 패널은 외광의 입사(入射) 측에 위치하는 투명한 제1 기판, 소정의 간극을 통하여 제1 기판에 접합하고 제1 기판의 반대측에 위치하는 제2 기판, 양 기판의 간극 내에 수용된 액정층 및 이것에 전압을 인가하는 전극을 구비하고 있다. 도광판은 제1 기판의 외측에 배치된다. 광원은 도광판의 단부(端部)에 배치되고, 필요에 따라서 조명광을 발생시킨다. 도광판은 통상 외광을 투과시켜 제1 기판에 입사시키고 또한 제2 기판으로부터 반사된 외광을 출사시키는 한편, 필요에 따라서 조명광을 도광하여 제1 기판에 입사시키고 또한 제2 기판으로부터 반사된 조명광을 출사시킨다. 편광판과 1／4 파장판이 겹쳐 도광판에 장착되어 있고, 패널의 제1 기판으로부터 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단한다.

Description

반사형 표시 장치 {REFLECTIVE DISPLAY}
본 발명은 자연광 등의 외광을 이용하여 표시를 행하는 반사형 표시 장치에 관한 것이고, 더 상세하게는, 외광이 부족할 때 보조적으로 사용하는 반사형 표시 장치의 조명 구조에 관한 것이다.
액정 등을 전기 광학 물질로 사용한 표시 장치는 플랫 패널 형상을 가지며 경량 박형(薄型)으로 저소비전력에 특징이 있다. 이로 인하여, 휴대용 기기의 디스플레이 등으로서 활발히 개발되고 있다. 액정 등의 전기 광학 물질은 발광하지 않으며 외광을 선택적으로 투과 또는 차단하여 화상을 표시한다. 이와 같은 수동형(受動型)의 표시 장치는 조명 방식에 따라서 투과형과 반사형으로 구분된다.
투과형의 표시 장치에서는 투명한 한 쌍의 기판간에 전기 광학 물질로서 예를 들면 액정을 수용한 패널을 제작하고, 그 배면에 조명용의 광원(백 라이트)을 배치하는 한편, 패널의 정면으로부터 화상을 관찰한다. 투과형의 경우, 백 라이트는 필수이고 예를 들면 냉음극관 등이 광원으로서 사용된다. 그러므로, 디스플레이 전체로서 본 경우, 백 라이트가 대부분의 전력을 소비하여 휴대용 기기의 디스플레이로는 적합하지 않게 된다. 이에 대하여, 반사형 표시 장치에서는 패널의 배면에 반사판을 배치하는 한편, 정면으로부터 자연광 등의 외광을 입사시키고 그 반사광을 이용하여 상기 정면으로부터 화상을 관찰한다. 투과형과 상이하게 배면 조명용 광원을 사용하지 않으므로, 반사형은 비교적 저소비전력이어도 되어 휴대용 기기의 디스플레이로 적합하다. 그러나, 반사형 표시 장치는 야간 등 외광이 부족한 환경 하에서는 화상을 관찰할 수 없어 해결할 과제로 되어 있다.
밝은 환경 하에서의 화상 품위를 손상시키지 않으면서 어두운 환경 하에서의 화상 관찰을 가능하게 하는 조명 구조를 반사형 표시 장치에 부여한다.
도 1은 본 발명에 관한 반사형 표시 장치의 실시형태를 도시한 개략적인 부분 단면도이고, 어두운 환경 하에서의 사용 상태를 도시하고 있다.
도 2는 반사형 표시 장치의 참고 예를 도시한 단면도이다.
도 3 (A) 내지 3 (C)는 도 2에 도시한 참고 예에 사용하는 도광판을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 관한 반사형 표시 장치의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 실시예의 동작 설명에 이용하는 개략도이다.
도 6은 본 발명에 관한 반사형 표시 장치의 다른 실시예를 도시한 일부 파단(破斷) 사시도이다.
도 7은 도광판의 참고 예를 도시한 개략도이다.
도 8은 도 7에 도시한 도광판에 사용한 반사형 표시 장치의 참고 예를 도시한 개략도이다.
도 9 (A) 내지 9 (B)는 도 8에 도시한 반사형 표시 장치의 참고 예에 나타나는 모아레(moire)의 발생 원인을 설명한 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
0：패널, 1：제1 기판, 2：제2 기판, 3：액정층, 8：광 반사층, 10：전극, 20：도광판(導光板), 21：경사면부, 22：평면부, 30：광원, 70：편광판, 80：1／4 파장판
전술한 종래 기술의 과제를 해결하기 위하여 다음의 수단을 강구하였다. 즉, 본 발명에 관한 반사형 표시 장치는 기본적인 구성으로서 패널, 도광판 및 광원을 구비하고 있다. 패널은 외광의 입사 측에 위치하는 투명한 제1 기판, 소정의 간극을 통하여 상기 제1 기판에 접합되고어제1 기판의 반대측에 위치하는 제2 기판, 상기 간극에 수용된 전기 광학 물질 및 상기 제1 기판과 제2 기판 중 최소한 한 쪽에 형성되어 상기 전기 광학 물질에 전압을 인가(印加)하는 전극을 구비하고 있다. 도광판(導光板)은 투명한 재료로 이루어지고 상기 제1 기판의 외측에 배치된다. 광원은 상기 도광판의 단부에 배치되고 필요에 따라서 조명광을 발생한다. 특징 사항으로서, 상기 도광판은 통상 외광을 투과시켜 상기 제1 기판에 입사시키고 또한 상기 제2 기판으로부터 반사된 외광을 출사(出射)시키는 한편, 필요에 따라서 조명광을 도광하여 상기 제1 기판에 입사시키고 또한 상기 제2 기판으로부터 반사된 조명광을 출사시키기 위하여 이용된다. 또 특징 사항으로서, 편광판과 1／4 파장판이 겹쳐 상기 도광판에 장착되어 있고, 상기 패널의 제1 기판으로부터 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단한다.
바람직하게는, 상기 패널은 전압의 인가 상태에 따라서 1／4 파장판으로서의 기능을 하는 액정층을 전기 광학 물질로서 이용한다. 이 경우, 상기 액정층은 유전이방성(誘電異方性)이 정(正)이고 또한 트위스트 배향된(twist-oriented) 네마틱 액정층으로 이루어지며, 전압 무인가시 1／4 파장판으로서 기능하고, 전압 인가시 1／4 파장판의 기능을 상실한다. 또 바람직하게는, 상기 도광판은 스트라이프형으로 분할된 평면부 및 인접한 평면부 사이에 위치하는 경사면부를 가지고 있고, 상기 광원으로부터 도광된 조명광을 각 경사면부에서 제1 기판을 향하여 반사하는 동시에, 제2 기판으로부터 반사된 조명광을 각 평면부로부터 출사시킨다.
본 발명에 의하면, 반사형의 패널의 전면 측에 도광판을 배치하는 동시에, 그 단부(端部)에 광원을 배치하고 있다. 어두운 환경 하에서는 광원을 점등하고 도광판을 통하여 조명광을 패널 측에 입사시켜 화상을 표시한다. 밝은 환경 하에서는 광원을 소등하고, 투명한 도광판을 통하여 직접 외광을 이용하여 화상을 표시한다. 도광판을 기본적으로 투명하고, 밝은 환경 하에서도 화상을 관찰할 때 어떤 장해도 되지 않는다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 필요한 때만 광원을 점등하면 되고, 그 결과 디스플레이 전체로서의 소비전력을 대폭 삭감할 수 있어 휴대용 기기의 디스플레이로서 적합하다. 전술한 기본적인 작용에 더하여, 본 발명에서는 화질을 개선하는 장치를 제공한다. 즉, 도광판의 이면에 편광판과 1／4 파장판을 미리 장착해 두고, 이것을 패널의 전면 측에 배치하는 구조를 채용하고 있다. 1／4 파장판의 광학이방축(光學異方軸)(광학축)은 편광판의 편광축과 45。의 각도를 이루도록 설정되어 있다. 편광판과 1／4 파장판의 적층 구조는 외광 또는 조명광을 투과시키는 한편, 패널로부터 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단 가능하다. 예를 들면, 입사 측의 제1 기판에 형성된 전극에 의한 불필요한 계면 반사를 억제할 수 있다. 그 결과 도광판의 주기적인 프리즘 구조(회절격자(回折格子))에 기인하는 간섭 주름(interference fringe)을 억제할 수 있어 양호한 표시가 가능하게 된다. 또, 입사 측의 제1 기판 표면의 불필요한 반사를 억제할 수도 있다. 그 결과, 패널에 표시되는 화면의 콘트라스트의 저하를 방지 가능하다.
다음에 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 반사형 표시 장치의 실시형태를 도시한 개략적인 단면도이다. 도시하는 바와 같이, 이 반사형 표시 장치는 기본적으로 패널(0), 도광판(20) 및 광원(30)으로 구성되어 있다. 패널(0)은 외광의 입사 측에 위치하는 예를 들면 글래스로 이루어진 투명한 제1 기판(1), 소정의 간극을 통하여 제1 기판(1)에 접합하고 반대측에 위치하는 제2 기판(2) 및 양 기판 사이의 간극 내에 수용된 예를 들면 액정층(3) 또는 네마틱 액정 등의 전기 광학 물질을 구비하고 있다. 예를 들면 글래스로 이루어진 투명한 제1 기판(1)에는 예를 들면 ITO로 이루어진 전극(10)에 더하여 예를 들면 칼라 필터(60) 또는 안료 분산된 포토레지스트가 형성되어 있으며 액정층(3)에 전압을 인가한다. 예를 들면 글래스로 이루어진 제2 기판(2)에는 알루미늄으로 이루어진 광 반사층(8)이 형성되어 있으며 외광을 반사한다. 그리고, 이 광 반사층(8)은 액정층(3)에 전압을 인가하는 전극으로서도 기능한다. 따라서, 본 실시형태에서는 액정층(3)에 대하여 상하의 전극으로부터 전압을 인가하여 그 전기 광학 특성을 제어하고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않고 전기 광학 물질의 동작 모드에 따라서 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 중 최소한 한 쪽에 전극을 형성하면 되는 경우도 있다. 그리고, 광 반사층(8)에는 확산성을 부여하기 위하여 예를 들면 돌출부가 형성되어 있다.
예를 들어 투명한 아크릴판과 같은 도광판(20)은 패널(0)과 별체(別體)로 하여 제1 기판(1)의 외측 표면에 배치 가능하다. 단, 도면에서는 도광판(20)과 패널(0)이 별체인 것을 강조하기 위하여, 양 부품 사이에 간극이 들어가 있다. 예를 들어 냉음극 형광관과 같은 광원(30)은 반사경(31)에 수납되어 있고, 도광판(20)의 단부(25)에 배치되고, 필요에 따라서 조명광을 발생시킨다. 도광판(20)은 통상 외광을 투과시켜 제1 기판에 입사시키고 또한 제2 기판(2)의 광 반사층(8)으로부터 반사된 외광을 출사시키는 한편, 필요에 따라서 광원(30)으로부터의 조명광을 도광하여 제1 기판(1)에 입사시키고 또한 제2 기판(2)의 광 반사층(8)으로부터 반사된 조명광을 출사시키기 위하여 이용된다. 특징 사항으로서, 예를 들면 광학이방 대형 분자막으로 이루어진 편광판(70)과 예를 들면 1축 연신(延伸)된 대형 분자막으로 이루어진 1／4 파장판(80)이 겹쳐 도광판(20)의 이면에 장착되어 있다. 예를 들면, 점착제를 이용하여 편광판(70)을 도광판(20)의 이면에 접합하고, 또한 점착제를 이용하여 1／4 파장판(80)을 편광판(70)의 이면에 접착한다. 1／4 파장판(80)의 광학축은 편광판(70)의 편광 축과 서로 45。의 각도를 이루도록 장착되어 있다. 편광판(70)과 1／4 파장판(80)의 적층 구조는 외광 또는 광원(30)으로부터 발생된 조명광을 패널(0)을 향하여 투과 가능하다. 또, 편광판(70)과 1／4 파장판(80)의 적층 구조는 제2 기판(2) 측에 형성된 광 반사층(8)으로부터 반사되는 외광 또는 조명광을 투과시킨다. 그러나, 편광판(70)과 1／4 파장판(80)의 적층 구조는 패널(0)의 제1 기판(1) 측으로부터 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단하는 것이 가능하다. 예를 들면, 편광판(70)과 1／4 파장판(80)의 적층 구조는 제1 기판(1)의 표면으로부터 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단할 수 있어, 표시 콘트라스트를 높이는 것이 가능하다. 또, 편광판(70)과 1／4 파장판(80)의 적층 구조는 칼라 필터(60)와 전극(10) 사이의 계면에서 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단하는 것도 가능하다.
본 실시형태에서 패널(0)은 전압의 인가 상태에 따라서 1／4 파장판으로서의 기능을 하는 예를 들면 액정층(3)을 전기 광학 물질로서 이용한다. 액정층(3)은 유전이방성이 정이고 또한 트위스트 배향된 네마틱 액정층으로 이루어지고, 전압 무인가시 1／4 파장판으로서 기능하고, 전압 인가시 1／4 파장판의 기능을 상실한다. 또, 도광판(20)은 밴드형으로 분할된 평면부(22) 및 각 평면부(22) 사이에 위치하는 경사면부(21)를 가지고 있다. 광원(30)으로부터 도광된 조명광은 각 경사면부(21)에서 반사되어 제1 기판(1)에 입사하는 동시에, 제2 기판(2)으로부터 반사된 조명광은 각 평면부(22)로부터 출사한다.
도 2는 반사형 표시 장치의 참고 예를 도시한 개략적인 단면도이다. 이 참고 예는 본 발명의 유용성을 명확하게 하기 위한 비교 대상이다. 이 참고 예에서는, 도광판(20)과 패널(0)의 제1 기판(1)은 예를 들면 수지로 이루어진 투명한 개재층(interposition layer)(40)을 통하여 서로 접합되어 있다. 개재층(40)의 굴절률을 적절하게 설정하여 도광판(20)과 제1 기판(1)의 계면에서의 조명광 및 외광의 불필요한 반사를 억제한다. 즉, 이 참고 예에서는 불필요한 반사를 억제하기 위하여 편광판과 1／4 파장판의 적층 구조 대신 개재층(40)을 이용하고 있다. 개재층(40)은 예를 들면 접착성을 가진 투명한 수지를 이용할 수 있다. 패널(0)의 제1 기판(1)의 표면에 투명한 수지를 도포하고, 이것에 겹쳐 도광판(20)을 접착한다. 불필요한 반사를 억제하기 위해서는 광학적인 매칭을 취할 필요가 있고, 개재층(40)을 구성하는 수지의 굴절률은 도광판(20) 및 제1 기판(1)의 수지의 굴절률과 대략 동등하게 되도록 선택된다. 예를 들면, 제1 기판(1)이 글래스로 이루어질 때, 개재층(40)을 구성하는 수지의 굴절률은 1.5 정도로 설정된다. 또, 도광판(20)과 패널(0)을 접합시킬 때 양자 사이에 기포를 포함시키지 않기 위하여 수지는 비교적 점도가 낮은 것이 좋다.
도 3 (A) 내지 3 (C)는 도 2에 도시한 도광판(20)의 구체적인 구성을 도시하고 있고, 도 3 (A)는 평면도, 도 3 (B)는 단면도, 도 3(C)는 확대 단면도이다. 시트형의 도광판(20)은 그 하면부(28)를 통하여 패널(0)에 접착된다. 이때, 접착용의 수지가 도광판(20)의 단부(25), 상면부(26), 측면부(27)에 부착되면, 그 광학적인 기능이 저하될 수 있다. 그러므로, 자외선 경화형의 수지를 이용하여 도광판(20)과 패널(0)을 접착할 때, 미리 도광판(20)의 단부(25), 상면부(26), 측면부(27)를 테이프 등으로 피복해 둘 필요가 있다. 접착 후 도광판(20)과 패널(0)은 서로 일체화된다.
실제로 도광판을 패널의 전면(前面)에 설치한 경우, 도광판과 패널 사이에 공기층이 개재되면, 공기와 도광판 사이 및 공기와 패널 사이의 굴절률의 불일치로 인하여, 입사광이 10% 가까이 반사된다. 이 반사광은 패널의 전기 광학적인 스위칭과는 관계가 없으므로, 반사형 표시 장치의 콘트라스트를 현저하게 저하시킨다. 그러므로, 도 2에 도시한 참고 예에서는, 이러한 계면 반사를 방지하기 위하여, 도광판과 패널을 굴절률이 양쪽에 가까운 투명한 수지로 접착하고 있다. 그러나, 이 접착 작업은 번잡하고, 제조 프로세스의 복잡화 및 제조 생산성의 저하를 초래한다. 예를 들면, 도광판과 패널을 서로 접합할 때, 여분의 접착제가 양자의 간극으로부터 외부로 흘러나올 가능성이 있고, 부주의하게 다른 부품에 부착되면 반사형 표시 장치의 외관 특성이 악화된다. 이에 대하여, 도 1에 도시한 본 발명의 구조에서는, 편광판과 1／4 파장판의 적층 구조를 도광판의 이면에 접착하는 것만으로, 패널(0)의 불필요한 반사를 억제하는 것이 가능하다. 그리고, 도광판과 패널의 계면에서의 불필요한 반사를 억제하는 다른 수단으로서, 도광판의 이면이나 패널의 표면에 예를 들면 다층막과 같은 반사 방지막을 형성하는 대책도 알려져 있다. 그러나, 반사 방지막의 형성은 분명히 제조 코스트의 증대로 이어진다. 이에 대하여, 본 발명에서 사용하는 편광판이나 1／4 파장판은 본래 반사형 표시 장치의 필수 구성 부품으로서 이용되는 것이고, 기본적으로 제조 코스트의 증대로는 이어지지 않는다.
도 4는 본 발명에 관한 반사형 표시 장치의 구체적인 실시예를 도시한 부분 단면도이다. 그리고, 도 1에 도시한 실시형태와 대응하는 부분에는 대응하는 참조 번호를 붙여 이해를 용이하게 하고 있다. 본 실시예에서는 TN-ECB(Twist Nematic-Electrically Controlled Birefringence) 모드의 액정 패널을 이용하고 있다. 도시하는 바와 같이, 본 반사형 표시 장치는 서로 별체의 도광판(20)과 패널(0)을 조합한 구조로 되어 있다. 도광판(20)의 표면에는 경사면부(21)와 평면부(22)가 형성되어 있다. 도광판(20)은 예를 들면 90×120mm의 사이즈를 가지고, 광원에 가까운 쪽의 단부에서의 두께가 3.2mm이고, 광원과 반대측의 단부의 두께가 0.2mm이다. 도광판(20)은 예를 들면 투명 아크릴판으로 이루어지고, 135。의 경사를 가지는 다이아몬드 커터로 경사면부(21) 및 평면부(22)가 기계 가공되어 있다. 경사면부(21)의 배열 주기는 예를 들면 120㎛이다.
도광판(20)의 이면에는 편광판(70)과 1／4 파장판(80)이 장착되어 있다. 전술한 적층 구조를 가지는 도광판(20)은 패널(0)의 표면에 배치된다. 패널(0)은 외광의입사 측에 위치하는 투명한 글래스판 등으로 이루어지는 제1 기판(1)에, 소정의 간극을 통하여 반대측에 위치하는 제2 기판(2)을 접합한 것이다. 양 기판(1, 2)의 간극에는 예를 들면 네마틱 액정층(3)이 수용되어 있다. 그 액정 분자(4)는 상하의 배향막(6, 7)에 의하여 트위스트 배향되어 있다. 각 기판(1, 2)의 내측 표면에는 각각 전극(10, 11)이 형성되어 있고, 화소마다 네마틱 액정층(3)에 전압을 인가한다. 본 실시예에서는 제1 기판(1)에 형성된 전극(10)이 스트라이프형으로 패터닝되어 있고, 제2 기판(2)에 형성된 예를 들면 ITO로 이루어진 전극(11)에도 스트라이프형으로 형성되어 있다. 양 전극(10, 11)은 서로 직교하고 있고, 각 교차 부분에 화소가 형성된, 이른 바 단순 매트릭스형이다. 전술한 구성을 가지는 반사형의 액정 표시 장치는 TN-ECB 방식의 정상 상태에서 백색 모드(white mode)이다. 즉, 전압을 인가하지 않을 때 네마틱 액정층(3)은 트위스트 배향을 유지하여 1／4 파장판으로서 기능하고, 편광판(70) 및 1／4 파장판(80)과 협동하여, 외광을 통과시켜 백색 표시를 행한다. 전압을 인가했을 때, 네마틱 액정층(3)은 수직 배향으로 이행하여 1／4 파장판으로서의 기능을 상실하고, 편광판(70) 및 1／4 파장판(80)과 협동하여 외광을 차단하고 흑색 표시를 행한다.
계속해서 도 4를 참조하여 각 구성 부품을 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이, 패널(0)의 제1 기판(1)의 표면에는 편광판(70)이 겹쳐져 있다. 편광판(70)과 제1 기판(1) 사이에 1／4 파장판(80)이 개재되어 있다. 이 1／4 파장판(80)은 예를 들면 1축 연신된 고분자 필름으로 이루어지고, 통상적 광과 이상광(異常光) 사이에서 1／4 파장분의 위상차를 부여한다. 1／4 파장판(80)의 광학축(일축이방축(一軸異方軸))은 편광판(70)의 편광축(투과축)과 45。의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 외광은 편광판(70)을 통과하면 직선 편광으로 된다. 이 직선 편광은 1／4 파장판(80)을 투과하면 원(圓) 편광으로 된다. 또 한 번 더 1／4 파장판을 통과하면 직선 편광으로 된다. 이 경우, 편광 방향은 원래의 편광 방향으로부터 90。 회전한다. 이상과 같이, 1／4 파장판은 편광판과 조합됨으로써 편광 방향을 회전시킬 수 있고, 이것을 표시에 이용하고 있다.
패널(0)은 기본적으로 수평 배향된 유전이방성이 정인 네마틱 액정 분자(4)로 이루어지는 네마틱 액정층(3)을 전기 광학 물질로서 이용하고 있다. 이 네마틱 액정층(3)은 그 두께를 적당하게 설정함으로써 1／4 파장판으로서 기능한다. 본 실시예에서는 네마틱 액정층(3)의 굴절률 이방성(??n)은 0.7 정도이고, 네마틱 액정층(3)의 두께는 예를 들면 3㎛ 정도이다. 따라서, 네마틱 액정층(3)의 지연(retardation) ??n·d는 0.2 내지 0.25㎛로 된다. 도시하는 바와 같이, 네마틱 액정 분자(4)를 트위스트 배향함으로써, 전술한 지연 값은 실질적으로 0.15㎛(150nm) 정도로 된다. 이 값은 외광의 중심 파장(600nm 정도)의 대략 1／4로 되고, 네마틱 액정층(3)이 광학적으로 1／4 파장판으로서의 기능을 하는 것이 가능하게 된다. 네마틱 액정층(3)을 예를 들면 폴리이미드로 이루어진 상하의 배향막(6, 7)으로 협지함으로써 원하는 트위스트 배향이 얻어진다. 제1 기판(1) 측에서는 배향막(6)의 러빙 방향을 따라 액정 분자(4)가 정렬하고, 제2 기판(2) 측에서는 배향막(7)의 러빙 방향을 따라 액정 분자(4)가 정렬한다. 배향막(6)과 배향막(7)의 러빙 방향을 60。 내지 70。 서로 어긋나게 함으로써, 원하는 트위스트 배향이 얻어진다.
제2 기판(2) 측에는 전극(11)의 하방에 광 반사층(8)이 형성되어 있다. 광 반사층(8)은 표면에 요철을 가지며 광 산란성을 가지고 있다. 따라서, 페이퍼 화이트의 외관을 이루고 표시 배경으로서 바람직할 뿐 아니라, 입사광을 비교적 넓은 각도 범위에서 반사하므로, 시야각이 확대되어 표시를 보기 쉽게 되는 동시에 넓은 시야각 범위에서 표시의 밝기가 증대한다. 광 반사층(8)과 전극(11) 사이에 요철을 평탄화하는 예를 들면 아크릴 수지로 이루어진 투명한 평탄화층(12)이 개재되어 있다. 광 반사층(8)은 요철로 형성된 수지막(15)과 그 표면에 형성된 알루미늄 등의 금속막(16)으로 이루어진다. 수지막(15)은 포토리소그래피에 의하여 요철이 패터닝된 감광성의 수지막이다. 감광성 수지막(15)은 예를 들면 포토레지스트로 이루어지고, 기판 표면에 전면적으로 도포된다. 이것을 소정의 마스크를 통하여 노광 처리하고 예를 들면 원주형(圓柱型)으로 패터닝한다. 이어서 가열하여 리플로(reflow)를 실시하면 요철 형상을 안정적으로 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 형성된 요철 형상의 표면에 원하는 막 두께로 양호한 광 반사율을 가지는 알루미늄 등의 금속막(16)을 형성한다. 요철의 깊이 치수를 수 ㎛로 설정하면, 양호한 광 산란 특성이 얻어지고, 광 반사층(8)은 백색을 이룬다. 광 반사층(8)의 표면에는 평탄화층(12)이 형성되어 요철 표면을 평탄화하고 있다. 평탄화층(12)은 아크릴 수지 등 투명한 유기물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 평탄화층(12)을 개재시킴으로써 전극(11) 및 배향막(7)의 형성을 안정되게 행할 수 있다.
도 5를 참조하여, 도 4에 도시한 반사형 표시 장치의 기본적인 동작을 상세하게 설명한다. 도면 중, (OFF)는 전압 무인가 상태를 나타내고 (ON)은 전압 인가 상태를 나타내고 있다. (OFF)로 나타낸 바와 같이, 이 반사형 표시 장치는 관찰자 측에서 보아 순서대로 편광판(70), 1／4 파장판(80), 네마틱 액정층(3), 광 반사층(8)을 겹친 것이다. 그리고, 이해를 용이하게 하기 위하여 도광판은 도시를 생략하고 있다. 편광판(70)의 편광축(투과축)은 70P로 표시되어 있다. 1／4 파장판(80)의 광학축(80S)은 투과축(70P)과 45。의 각도를 이룬다. 또, 제1 기판 측의 액정 분자(4)의 배향 방향(3R)과 편광판(70)의 편광축(투과축)(70P)은 평행하다.
입사광(201)은 편광판(70)을 통과하면 직선 편광(202)으로 된다. 그 편광 방향은 투과축(70P)과 평행하고, 이하 평행 직선 편광으로 부른다. 평행 직선 편광(202)은 1／4 파장판(80)을 통과하면 원 편광(203)으로 변환된다. 원 편광(203)은 1／4 파장판으로서의 기능을 하는 네마틱 액정층(3)을 통과하면 직선 편광으로 된다. 단, 직선 편광의 편광 방향은 90。 회전하고 평행 직선 편광(202)과 직교한다. 이하, 이것을 직교 직선 편광으로 부른다. 직교 직선 편광(203)은 광 반사층(8)에서 반사된 후, 재차 1／4 파장판(80)으로서의 기능을 하는 네마틱 액정층(3)을 통과하여 원 편광(204)으로 된다. 원 편광(204)은 또 1／4 파장판(80)을 통과하여 원래의 평행 직선 편광(205)으로 된다. 이 평행 직선 편광(205)은 편광판(70)을 통과하여 출사광(206)으로 되어 관찰자에게 도달하므로 백색 표시가 얻어진다.
(ON)으로 나타낸 전압 인가 상태에서는, 액정 분자(4)가 트위스트 배향으로부터 수직 배향으로 이행하여 1／4 파장판으로서의 기능이 상실된다. 편광판(70)을 통과한 외광(201)은 평행 직선 편광(202)으로 된다. 평행 직선 편광(202)은 1／4 파장판(80)을 통과하면 원 편광(203)으로 된다. 원 편광(203)은 네마틱 액정층(3)을 원 편광인 채로 통과한 후, 광 반사층(8)에서 반사되고, 원 편광(204a)인 채, 1／4 파장판(80)에 도달한다. 여기에서 원 편광(204a)은 직교 직선 편광(205a)으로 변환된다. 직교 직선 편광(205a)은 편광판(70)을 통과할 수 없으므로 흑색 표시로 된다.
또한, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 도 6의 실시예를 참조하여 특히 불필요한 반사의 억제 동작을 설명한다. 도시하는 바와 같이, 반사형 표시 장치는 위로부터 순서대로 편광판(70), 1／4 파장판(80), 제1 기판(1), 전극(10), 액정층(3), 평탄화층(12), 광 반사층(8), 제2 기판(2)을 적층한 것이다. 그리고, 이해를 용이하게 하기 위하여 도광판은 도시를 생략하고 있다. 또, 본 예는 광 반사층(8)이 전극(11)을 겸하고 있다. 이 전극(11)은 매트릭스형으로 세분화되어 있고 화소 전극으로서 기능한다. 개개의 화소 전극은 예를 들면 폴리실리콘으로 이루어진 박막 트랜지스터(50)에 의하여 구동되어 있고, 이른 바 액티브 매트릭스형 표시 장치로 되어 있다. 편광판(70)의 투과축은 도시하는 바와 같이 스트라이프형으로 표시되어 있다. 1／4 파장판(80)의 광학축은 편광판(70)의 투과축(편광축) 과 45。의 각도를 이루고 있다. 액정층(3)도 OFF 상태에서는 1／4 파장판으로서 기능한다. 조명광 또는 외광 등의 입사광은 편광판(70)을 통과하면 직교 직선 편광으로 된다. 직교 직선 편광은 1／4 파장판(80)을 통과하면 원 편광으로 된다. 또한 액정층(3)을 통과하면 직교 직선 편광으로 된다. 직교 직선 편광은 광 반사층(8)에 의하여 반사된 후, 액정층(3)에 의하여 원 편광으로 되고, 또한 1／4 파장판(80)에서 평행 직선 편광으로 된다. 따라서, 출사광으로서 그대로 편광판(70)을 통과하여 관찰자에게 도달한다. 그리고, 입사광의 일부는 1／4 파장판(80)에서 원 편광으로 된 후 전극(10)과 기판(1)의 계면에서 경면(鏡面) 반사된다. 이 경면 반사된 불필요한 원 편광은 1／4 파장판(80)에 의하여 직교 직선 편광으로 된다. 이 계면 반사된 직교 직선 편광은 편광판(70)의 투과축과 직교하므로 흡수된다. 따라서, 불필요한 반사는 항상 흡수되게 되고, 본 발명에 관한 반사형 표시 장치의 화질을 개선할 수 있다. 그리고, 도 2에 도시한 참고 예에서는 도광판과 패널을 투명한 수지로 서로 접합함으로써, 패널과 도광판의 계면에서의 불필요한 반사광을 억제할 수 있다. 그러나, 투명한 수지를 이용한 방법에서는 전극(10)과 기판(1)의 계면에서의 불필요한 반사를 억제할 수는 없다. 이에 대하여, 편광판과 1／4 파장판의 적층 구조를 이용한 본 발명에서는 패널과 도광판의 계면에서의 불필요한 반사뿐 아니라, 전극과 기판의 계면에서의 불필요한 반사도 차단 가능하다.
전극과 기판의 계면에서의 불필요한 반사의 억제는 특히 주기적인 구조를 가지는 도광판을 이용한 반사형 표시 장치의 화질 개선에 효과적이다. 불필요한 반사를 억제함으로써 간섭 주름을 제거할 수 있다. 다음에, 이 점에 대하여 상세한 설명을 한다. 전술한 바와 같이, 반사형 표시 장치는 소비전력이 적어도 되어, 휴대용 정보 단말의 디스플레이로서 기대되고 있다. 단, 백 라이트를 이용한 투과형 표시 장치와는 상이하게, 반사형 표시 장치는 어두운 환경에서는 화면을 볼 수 없다. 이 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 전술한 바와 같이 도광판을 이용하고 있다. 도 7에 도광판의 전형적인 구조를 도시한다. 되풀이하여 설명한 바와 같이, 이 도광판(20)은 반사형 패널의 전면 측 글래스 기판에 배치된다. 도광판(20)은 예를 들면 45。의 경사각을 가지는 경사면부(21)와, 패널의 글래스 기판에 평행한 평면부(22)로 구성되어 있고, 주기(週期) 구조를 가지는 회절격자로 되어 있다.
도 8은 도 7에 도시한 도광판(20)을 투명한 개재층(40)에 의하여 패널(0)에 접합한 참고 예를 개략적으로 도시하고 있다. 도광판(20)의 단면(25)의 근방에는 냉음극관(冷陰極管) 등으로 이루어지는 광원이 배치되어 있다. 냉음극관으로부터 발생한 조명광은 단면(25)으로부터 수평으로 입사하고, 45。의 경사각을 가지는 경사면부(21)에 의하여 수직 하방으로 전반사(全反射)된다. 이 반사광에 의하여 반사형 패널(0)을 전면 측으로부터 조명할 수 있다. 밝은 장소에서는 환경 조명(외광)으로 화면을 관찰하는 한편, 어두운 환경에서는 냉음극관을 점등하여 패널(0)을 조명하고 화면을 관찰 가능하게 한다. 그러나, 도광판(20)을 반사형 패널의 전면 측에 직접 설치하면, 도광판(20)의 주기 구조에 기인하여 간섭 주름이 발생하여 화면을 선명하게 보기 어렵게 된다. 광원으로부터 발생된 조명광은 도광판(20)에 의하여 수직 하방으로 전반사될 때, 도광판(20)의 주기 구조에 기인하여 회절되어, 0차광에 더하여, 1차광, 2차광… 등이 발생한다. 패널(0)로부터 반사된 조명광은 재차 도광판(20)을 통과하지만, 이 때에도 회절을 받아 0차광, 1차광…이 발생한다. 2회의 회절에 의하여 생긴 0차광이나 1차광이 서로 간섭하고, 명암의 주름 모양이 화면에 겹쳐져 눈으로 인식된다. 이에 따라서, 디스플레이의 상태가 선명하지 않게 된다. 특히, 패널(0)의 정면으로부터 광원과는 반대측으로 경사진 위치에서 화면을 관찰하면, 간섭 주름이 두드러지게 된다. 즉, 경사면부(21)의 경사면과 대향하는 측에 관찰자의 시선이 경사지면 간섭 주름이 두드러지게 된다. 시선의 경사가 커질수록, 간섭 주름(모아레)이 더 선명하게 된다.
도 9 (A) 내지 9 (B)는 모아레의 발생을 개략적으로 도시한 것이다. 도 9 (A)는 글래스 등으로 이루어지는 제1 기판(1)과 ITO 등의 투명 도전막으로 이루어지는 전극(10) 사이의 계면(1／10)에서 반사된 불필요한 조명광에 주목한 도면이고, (B)는 제2 기판에 형성된 광 반사층(8)에 의하여 반사된 본래의 조명광에 주목한 도면이다. 어느 것이나 반사면을 경계로 하여 도광판(20)을 되접어 반대편으로 꺽은 듯이 도시되어 있어 이해를 용이하게 하고 있다. 도 9 (A)에 도시한 바와 같이 도광판(20)은 경사면부(21)와 평면부(22)가 주기적으로 배열되어 있어 일종의 회절격자(201)로 기능한다. 회절격자(201)를 통과한 조명광은 계면(1／10)에서 경면 반사되어 재차 도광판(20)을 통과한다. 이 때는 도광판(20)은 회절격자(202)로서 작용한다. 한 쌍의 회절격자(201, 202)는 서로 상보적(相補的)이다. 등가적으로 보면, 조명광이 관찰자에게 도달할 때까지 회절격자(201, 202)를 통과하게 된다. 1회째의 회절광과 2회째의 회절광이 간섭하여 모아레를 형성한다. 예를 들면, 조명광은 회절격자(201)에 의하여 0차 회절광이나 1차 회절광으로 나눠진다. 이들 회절광은 회절격자(202)에 의하여 재차 회절되어 0차 회절광이나 1차 회절광으로 나눠진다. 특히, 최초의 0차 회절광으로부터 발생한 1차 회절광과, 최초의 1차 회절광으로부터 발생한 0차 회절광은 차수(次數)의 합계가 동등하게 되어, 서로 강하게 간섭한다. 냉음극관으로부터의 평행 입사광은 도광판의 경사면부(21)에 의하여 반사되고, 그대로 계면(1／10)으로 진행한다. 이 계면에서 경면 반사된 광은 평행광이다. 평행 입사광 및 평행 반사광은 대략 동일한 패스를 통과하므로 서로 간섭한다. 이 간섭이 모아레를 발생시키는 원인이다.
이에 대하여 도 9 (B)에 도시한 바와 같이, 확산성이 강한 광 반사층(8)에서 반사된 조명광에는 간섭성이 없다. 광 반사층(8)에서 반사된 조명광은 0차 회절광과 1차 회절광이 혼합되고 간섭성이 없어져 모아레의 발생 원인으로는 되지 않는다.
전술한 모아레를 억제하기 위하여, 본 발명에서는 편광판(70)과 1／4 파장판(80)의 적층 구조를 도광판(20)의 이면에 장착하고 있다. 편광판(70)과 1／4 파장판(80)은 협동하여 전극(10)에 의한 조명광의 불필요한 반사를 억제할 수 있다. 그 결과 도광판(20)의 주기 구조에 기인하는 모아레를 실질적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반사형의 패널 위에 도광판을 배치하고, 또한 도광판의 단부에 보조 조명용의 광원을 배치하고 있다. 도광판은 통상 외광을 투과시켜 패널에 입사시키고 또한 패널로부터 반사된 외광을 출사시키는 한편, 필요에 따라서 조명광을 도광하여 패널에 입사시키고 또한 패널로부터 반사된 조명광을 출사한다. 어두운 환경 하에서는 광원을 점등함으로써, 반사형의 패널이라도 화상을 관찰할 수 있도록 하고 있다. 한편, 외광이 풍부한 밝은 환경 하에서는 광원을 소등하여 전력의 절약을 도모하고 있다. 또, 편광판과 1／4 파장판의 적층 구조를 도광판의 이면에 장착함으로써, 패널의 불필요한 반사를 차단하여 표시 화면의 품위를 개선하고 있다.

Claims (5)

  1. 외광(外光)의 입사(入射) 측에 위치하는 투명한 제1 기판, 소정의 간극을 통하여 상기 제1 기판에 접합되어 상기 제1 기판의 반대측에 위치하는 제2 기판, 상기 간극 내에 수용된 전기 광학 물질 및 상기 제1 기판과 제2 기판 중 최소한 한 쪽에 형성되어 상기 전기 광학 물질에 전압을 인가하는 전극을 구비한 패널과,
    상기 제1 기판의 외측에 재치(載置)된 투명한 도광판(導光板)과, 상기 도광판의 단부에 배치되어 필요에 따라서 조명광을 발생하는 광원을 구비한 조명 장치와,
    편광판과,
    1／4 파장판을 가지는 반사형 표시 장치로서,
    상기 도광판은 통상 외광을 투과시켜 상기 제1 기판에 입사시키고 또한 상기 제2 기판으로부터 반사된 외광을 출사(出射)시키는 한편, 필요에 따라서 조명광을 도광하여 상기 제1 기판에 입사시키고 또한 상기 제2 기판으로부터 반사된 조명광을 출사시키기 위하여 사용되고,
    상기 편광판과 상기 1／4 파장판은 겹쳐져 상기 도광판에 장착되어 있고, 상기 패널의 제1 기판으로부터 불필요하게 반사된 외광 또는 조명광을 차단하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패널은 전압의 인가 상태에 따라서 1／4 파장판으로서 기능하는 액정층을 전기 광학 물질로서 사용하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기 광학 물질은 유전이방성(誘電異方性)이 정(正)이고 또한 트위스트 배향(配向)된 네마틱 액정층으로 이루어지고, 전압 무인가시 1／4 파장판으로서 기능하고, 전압 인가시 1／4 파장판의 기능을 상실하는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도광판은 스트라이프형으로 분할된 평면부 및 인접한 평면부 사이에 위치하는 경사면부를 가지고 있고, 상기 광원으로부터 도광된 조명광을 각 경사면부에서 제1 기판을 향하여 반사하는 동시에, 제2 기판에서 반사된 조명광을 각 평면부로부터 출사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 편광판과 상기 1／4 파장판의 적층 구조는 상기 패널과 상기 도광판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 장치.
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