KR0158072B1

KR0158072B1 - 컬러액정표시장치

Info

Publication number: KR0158072B1
Application number: KR1019950008549A
Authority: KR
Inventors: 도시하루 니시노
Original assignee: 가시오 가즈오; 가시오 게이상기 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1998-12-15
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: TW464776B; CN1116316A; US5680184A; KR950029815A

Abstract

본 발명은 컬러필터를 사용하지 않고 광투과율을 높게 하고, 백라이트를 사용하지 않고도 충분히 밝게 또 원하는 색상의 컬러 표시를 얻을 수 있는 간단한 구조의 컬러액정 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 액정분자(38a,58a,68a,88a)를 비틀림 대향시켜 구성되는 액정셀(12)의 양측에 한 쌍의 편광판(23,24,71,72)을 배치하고, 한쪽 편광판과 액정셀 사이에는 색조정 광학소자로서 2장의 2축성 위상판(21,22,43,44)이 배치되어 있고, 이들 2축성 위상판은 평면방향에 있어서의 최대 굴절율 방향과 동평면 내에서 그것에 직교하는 방향 및 두께 방향의 각 굴절율을 n_X,n_Y,n_Z라고 한 경우에

n_Xn_Zn_Y

의 관계를 만족시키고, 그 분자배열방향이 되는 최대 굴절율 방향의 배치를 원하는 색상의 표시색을 얻을 수 있도록 설정되어 있으며, 그리고 액정 셀에는 액정층을 투과하는 빛이 편광상태가 변화하여 출사광의 색 즉 표시색이 바뀌도록 액정층에 인가하는 전압을 변화시키는 액정구동회로가 접속되어 있다.

Description

컬러액정표시장치.

제1도는 본 발명 실시예 1로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제2도는 실시예 1에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제3도는 실시예 1의 컬러액정표시장치에 의한 인가전압과 표시색과의 관계를 도시하는 도면.

제4도는 실시예 1에 있어서 표시색의 변화를 도시하는 CIE 색도도.

제5도는 본 발명 실시예 2로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제6도는 실시예 2에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제7도는 본 발명 실시예 3으로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제8도는 실시예 3에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제9도는 광흡수계수의 파장의존성을 도시하는 그래프.

제10a도는 광흡수계수를 파장에 의하지 않고 일정하게 한 경우의 인가전압과 적색, 녹색, 청색의 각 출사광 강도와의 관계를 도시하는 그래프.

제10b도는 실시예 3에 있어서 인가전압과 적색, 녹색, 청색의 각 출사광 강도와의 관계를 도시하는 그래프.

제11도는 실시예 3의 컬러액정표시장치에 의한 인가전압과 표시색과의 관계를 도시하는 그래프.

제12도는 실시예 3에 있어서 표시색의 변화를 도시하는 CIE 색도도.

제13도는 본 발명 실시예 4로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제14도는 실시예 4에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제15도는 본 발명 실시예 5로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제16도는 실시예 5에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제17도는 본 발명 실시예 6으로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제18도는 실시예 6에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 단면도.

제19도는 실시예 6에 있어서 각 광학소자의 리타데이션(retar-dation)과 온도와의 관계를 도시하는 그래프.

제20a도는 실시예 6의 컬러액정표시장치에 의한 인가전압과 표시색과의 관계를 도시하는 도면.

제20b도는 비교예의 컬러액정표시장치에 의한 인가전압과 표시색과의 관계를 도시하는 그래프.

제21도는 본 발명 실시예 7로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제22도는 실시예 7에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제23도는 본 발명 실시예 8로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제24도는 실시예 8에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제25도는 실시예 8의 컬러액정표시장치에 있어서 제23도와 다른 동작단계에서의 상태를 도시하는 단면도.

제26도는 제25도의 동작단계에서의 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

제27도는 본 발명 실시예 9로서의 컬러액정표시장치를 도시하는 단면도.

제28도는 실시예 9에 있어서 각 광학소자의 광학축의 배치구성을 도시하는 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13,14,51,52,61,62,81,82 : 기판 15,16,53,54,63,64,83,84 : 전극

17,18,55,56,65,66,85,86 : 배향막 20,32,41,45 : 액정층

21,22,43,44 : 2축성 위상판 23,24,71,72 : 편광판

25,73 : 반사판 33,34,36,37 : 복소굴절소자

38a,58a,68a,88a : 액정분자 40,42,46 : 비틀림 위상판

본 발명은 비틀림 네머틱액정의 복굴절성에 의해 얻어지는 착색광을 원하는 색상으로 조정하여 컬러표시를 하는 컬러액정표시장치에 관한 것이다.

종래, 텔레비전이나 퍼스널컴퓨터 또는 전자식탁상계산기 등의 표시장치로서 액정표시장치가 잘 알려져 있다. 그리고 근래는 액정컬러 텔레비전이나 컴퓨터 단말기의 컬러디스플레이 등과 같이 유채색의 표시를 할 수 있는 컬러액정표시장치도 일반화되고 있다.

컬러액정표시장치로서는 액정셀을 한 쌍의 편광판 사이에 끼우고, 한쪽 편광판의 외측에 백라이트(조명광원)를 배치한 투과형의 것이 일반적이다. 그 경우 액정셀은 한 쌍의 투명기판을 대향배치하고, 각 투명기판의 대향면에 투명전극을 각각 형성하고, 이들 투명기판 사이에 액정을 봉입(封入)하여 구성되고, 그 한쪽 투명기판 측에 특정 파장광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터가 설치되어 있다.

그리고 한 쌍의 투명전극 사이에 인가하는 구동전압을 온/오프 하는 것에 의해 백라이트광의 출사를 제어한다. 백라이트 광은 액정표시장치 내의 컬러필터를 투과할 때 그 컬러필터에 의해 선택 투과되어 특정 색으로 착색된다. 그 컬러필터에 의해 착색된 투과광에 따라 표시가 이루어진다.

그렇지만 컬러필터는 일반적으로 광투과율이 작으므로, 상기 종래의 컬러필터를 사용하는 컬러액정표시장치에서는 투과광의 광손실이 커져 표시가 어두워진다. 특히, 전자식탁상계산기나 손목시계 등의 휴대형 기기의 표시부에 흔히 사용되고 있는 반사형의 액정표시장치는 전용의 광원을 구비하고 있지 않으며, 컬러필터를 설치한 경우에 반사전과 반사 후로 2번에 걸쳐 컬러필터를 투과하여 광손실을 받으므로 표시가 어두워지고, 컬러필터에 의한 컬러화는 매우 곤란하다.

또 컬러필터는 편광판 등 다른 광학소자와 마찬가지로 두께 등의 치수나 그 맞붙임에 고정도가 요구되고, 액정표시장치의 비용상승의 원인이 된다.

또한 컬러필터를 사용한 컬러액정표시장치에서는 1개의 화소가 그 화소에 설치된 컬러필터의 색밖에 표시할 수 없기 때문에, 화소의 수가 많아져 컬러액정표시장치의 구조가 복잡해진다.

본 발명은 상술의 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 컬러필터를 사용하지 않고 광투과율을 높게 하고, 백라이트를 사용하지 않고도 충분히 밝게 또 원하는 색상의 컬러표시를 얻을 수 있는 간단한 구조의 컬러액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 컬러액정표시장치는 대향하는 면 각각에 전극과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 형성된 한 쌍의 기판과, 이들 한 쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자가 한 쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 소정의 비틀림 각도로 비틀리도록 나란히 배열한 액정층과, 한 쌍의 기판 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치되고, 입사광을 직선편광화함과 동시에 복굴절작용을 받아 타원편광화한 빛(光)을 검광(劍光)하여 출사광을 착색시키는 한 쌍의 편광판과, 전극에 접속되고 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 출사광의 색이 바뀌도록 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배향상태를 바꾸는 전압인가수단과, 한 쌍의 편광판 사이에 배치됨과 동시에 복굴절성을 구비하고, 상기 출사광의 색상을 조정하는 색조정 광학소자를 갖는다.

상술한 바와 같이 구성한 컬러액정표시장치에 의하면 빛이 입사측 편광판을 투과하는 것에 의해 직선편광이 되고, 복굴절성을 구비한 액정층을 그 직선편광이 투과하는 것에 의해 파장이 다른 각 성분광이 각각 다른 상태의 타원편광이 되고, 타원편광 상태가 된 각 파장광 내의 출사측 편광판의 투과축에 따른 성분광(이하, 투과축 성분이라고 함)이 큰 파장광만큼보다 많이 편광판을 투과하기 때문에, 출사측 편광판을 투과한 출사광이 성분비율이 큰 파장광의 색을 땐다. 이 경우 이 각 파장광마다의 타원편광은 액정층의 분자배열상태에 따라 각각의 타원편광 상태를 변화시킴으로, 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배열상태를 바꾸는 것에 의해 출사광의 색을 변화시킬 수 있다. 그리고 한 쌍의 편광판 사이에 출사광의 색상을 원하는 색상으로 조정하기 위한 복굴절성을 구비한 광학소자(이하, 색조정광학소자라고 함)를 배치하고 있으므로, 이것에 의한 투과광의 타원편광상태 또는 파장성분구성이 조정되고, 원하는 색상의 출사광을 얻을 수 있다.

상기 컬러액정표시장치에서 액정층으로서 비틀림각이 180°∼270°인 소위 STN(super twisted nematic)액정을 사용하는 경우 색조정광학소자로서 2장의 2축성 위상판을 배치하면 된다. 이 경우 2축성 위상판 2장 모두 한쪽 편광판과 이들에 대향하는 기판 사이에 배치해도 되고, 또 1장의 2축성 위상판을 한쪽 편광판과 이것에 대향하는 기판 사이에 배치하고, 또 1장의 2축성 위상판을 다른 쪽 편광판과 이것에 대향하는 다른 쪽 기판 사이에 배치해도 된다. 본 발명에서 사용하는 2축성 위상판은 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 동일 평면에서 그것에 직교하는 방향 및 두께방향의 각 굴절율을 n_X,n_Y,n_Z로 했을 때, n_Xn_Zn_Y의 관계를 만족하는 위상판이고, 이것을 사용함으로써 색순도가 높은 3원색을 표시할 수 있음과 동시에 시야각이 넓고, 또 온도변화에 의한 색차이가 저감된 컬러표시를 얻을 수 있다.

또 색조정광학소자로서는 복굴절성을 구비하고, 그 굴절율을 n으로 하고 광흡수계수를 k로 안 경우에 N=n-i가 되는 복소수(N)로 표시되는 복소굴절율을 구비함과 동시에, 상기 광흡수계수(k)가 파장이 긴 빛에 대한만큼 작아지는 특성을 갖는 복소굴절소자를 적절히 사용할 수 있다. 그 경우 복소굴절소자는 그 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면 내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 복소굴절율을 N_X,N_Y,N_Z로 했을 때, N_XN_ZN_Y를 만족하는 광학소자인 것이 바람직하고, 그와 같은 특성을 구비한 2장의 복소굴절소자를 한 쌍의 기판 한쪽과 그 한쪽 기판에 대향하는 편광판 사이에 배치해도 되고, 1장을 한쌍의 기판 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판 사이에 배치하고 다른 1장을 다른 쪽 기판과 이것에 대향하는 다른 쪽 평관판 사이에 배치해도 된다. 이와 같이 복소굴절소자를 배치함으로써 3원색을 순도 좋게 그 중에서도 특히 적색을 고순도로 표시할 수 있음과 동시에, 시야각이 넓고 또 온도변화에 의한 색차이가 저감된 컬러표시를 얻을 수 있다.

그리고 색조정광학소자로서는 그 재료분자가 한쪽 표면에서 다른 쪽 표면을 향해 비틀어지도록 나란히 배열하여 구성되는 비틈림 위상판을 사용해도 된다. 이 비틀림 위상판으로서는 재료분자의 비틀림각 방향이 액정분자와 비틀림각과 반대방향이고 크기가 같은 것이 바람직하다. 또 재료분자의 비틀림각 방향을 액정분자의 비틀림각과 동일 방향으로 하고, 비틀림각의 크기가 액정분자의 비틀림각과의 합이 230°∼270°이 되는 크기의 것을 한 쌍의 기판 한쪽에 적층해도 되고, 그 경우 또 한 쌍의 편광판 사이에 2장의 2축성 위상판을 배치해도 된다. 이와 같이 비틀림 위상판을 액정층에 인접 배치함으로써, 온도변화에 의한 색차이의 적은 컬러화상을 안정되게 표시할 수 있고, 이것에 2축성 위상판을 배치함으로써 더욱 색차이를 적게 할 수 있음과 동시에 시야각을 넓게 할 수 있다.

한편, 상기 컬러액정표시장치에서 액정층으로 비틀림각이 80°∼120°인 소위 TN(twisted nematic) 액정을 사용하는 경우, 색조정광학소자로서 각각이 전극을 구비하는 한 쌍의 투명기판 사이에 액정 재료가 봉입되어 구성되고, 그 액정분자를 기판 면에 대해 수직으로 배향 시킨 호메오트로픽(homeo tropic) 액정셀인지 또는 각각이 전극을 구비하는 한 쌍의 투명기판 사이에 액정재료가 봉입되어 구성되고, 그 액정분자를 상기 기판면에 대해 평행하게 배향 시킨 호모지니어스(homogeneous) 액정셀을 적당히 사용할 수 있다. 이와 같이 색조정광학소자로서 전극을 구비하는 액정셀을 배치하는 것에 의해, 배경색과 표시색을 임의로 변화시켜 표시에 변화를 초래할 수 있다.

또 상기 컬러액정표시장치는 반사판을 구비한 반사형 컬러액정표시장치의 경우가 보다 바람직하다.

상술의 목적은 대향하는 면 각각에 전극과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 형성된 한 쌍의 기판과, 이들 한 쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 소정의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열한 액정층과, 한 쌍의 기판 외측에 이들이 기판을 끼우도록 배치되고, 입사광을 직선편광화함과 동시에 복굴절작용을 받아 타원편광화한 빛을 검광하여 출사광을 착색시키는 한 쌍의 편광판과, 전극에 접속되고 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 출사광의 색이 바뀌도록 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배향상태를 바꾸는 전압인가수단과, 한 쌍의 편광판 사이에 배치되고 복굴절성을 갖고 그 굴절율을 n으로 하고 광흡수계수를 k로 한 경우에 N=n-i가 되는 복소수(N)로 표시되는 복소굴절율을 구비함과 동시에, 광흡수계수(k)가 파장이 긴 빛에 대한만큼 작아지는 특성을 갖는 복소굴절소자를 갖는 컬러액정표시장치에 의해서도 달성된다.

이 컬러액정표시장치에 있어서는 액정층의 액정분자 비틀림각을 230°∼270°,굴절율 이방성(△n)과 층두께(d)의 곱(△n·d)을 1260nm∼1460nm으로 설정하는 것이 바람직하다. 그 경우 복소굴절소자는 그 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 그 방향과 그 평면 내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 복소굴절율을 N_X,N_Y,N_Z로 했을 때, N_XN_ZN_Y를 만족하는 것이 바람직하고, 또 2장의 복소굴절소자를 한 쌍의 기판 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판과의 사이에 배치하는 것이 좋고, 그리고 반사판을 구비한 반사형이 바람직하다.

또 상술의 목적은 대향하는 면 각각에 전극과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 형성된 한 쌍의 기판과, 이들 한 쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 소정의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열한 액정층과, 한 쌍의 기판 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치되고, 입사광을 직선편광화함과 동시에 복굴절작용을 받아 타원편광화한 빛을 검광하여 출사광을 착색시키는 한 쌍의 편광판과, 전극에 접속되고 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 출사광의 색이 바뀌도록 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배향상태를 바꾸는 전압인가수단과, 한 쌍의 편광판 내의 한쪽과 이것에 대향하는 한 쌍의 기판 한쪽 사이에 배치되고, 그 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면 내에서 직교하는 방향 및 두께 방향의 각 굴절율을 n_X,n_Y,n_Z로 했을 때, n_Xn_Zn_Y를 만족하는 2장의 2축성위상판을 갖는 컬러액정표시장치에 의해서도 달성된다. 이 컬러액정표시장치에 있어서는 액정층의 액정분자 비틀림각을 230°∼270°, 굴절율이방성(△n)과 층두께(d)의 곱(△n·d)을 1250nm∼1450nm으로 설정하는 것이 바람직하고, 그 경우 반사판을 구비한 반사형이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예에 대해서 제1도∼제28도에 의거하여 설명한다.

[실시예 1]

먼저 본 발명의 실시예 1에 관한 단순 매트릭스 구동방식의 반사형 컬러액정표시장치의 구성을 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.

제1도는 본 실시예의 컬러액정표시소자(11)의 구성을 도시하는 단면도, 제2도는 컬러액정표시소자(11)의 각 광학축의 배치를 도시하는 평면도이다.

제1도에 있어서, 액정셀(12)은 액정분자의 비틀림각이 250°±20°(바람직하게는 ±10°)으로 큰 트위스트네머틱형 셀이다. 액정셀(12)은 광입사측의 제1기판(이하, 상유리기판)(13)과 광반사측의 제2기판(이하, 하유리기판)(14)이 액정층을 봉입 하는 미세간극(수μm간격)을 두고 대향 배치되어 구성된다. 양유리기판(13,14)의 대향면에는 ITO(인듐과 주석의 산화물)등의 투명도전재료로 구성되는 복수의 주사전극(15)과 복수의 신호전극(16)이 교차한 상태로 각각 배설되어 있다.

배향막(17, 18)은 액정셀(12)의 유리기판(13,14) 내면에 배설된 주사전극(15) 및 신호전극(16)의 표면에 설치되고, 액정분자의 배향방향을 규제하기 위한 것이다. 배향막(17,18)은 그 표면을 헝겊으로 문지르는 러빙법 등의 배향처리를 실시함으로써, 근접하는 액정분자의 장축방향을 그 배향처리방향에 따르게 한다.

실재(19)는 상하 유리기판(13,14) 사이의 주변부에 배설되고, 유리기판(13,14) 사이를 소정간격으로 유지함과 동시에, 그 영역에 액정을 봉하여 막은 것이다.

액정측(20)은 카이랄 액정이 첨가된 네머틱액정 등으로 구성되고, 배향막(17,18)의 배향규제력에 따라 액정분자가 250°±20°(바람직하게는 ±10°)의 비틀림각으로 비틀어져 배향한 상태로 구성되어 있다.

액정의 광학이방성(△n)과 액정층(20)의 층두께(d)의 곱(△n·d)은 1350nm±100nm이고 바람직하게는 1380nm±30nm로 설정된다.

위상판(21)은 그 평면상의 연신(延伸)축방향(최대굴절율방향)의 굴절율을 n_x,평면상에서 연신축에 직교하는 방향의 굴절율을 n_y,두께방향의 굴절율을 n_z라고 한 경우에 n_xn_zn_y의 관계를 만족하고, 두께방향에도 위상차를 갖는 2축성위상판이고, 그 굴절율이방성(△n=n_x-n_y)과 두께 (d)의 곱(△n·d)이 1500nm이상이고 바람직하게는 1600nm±50nm 더욱 바람직하게는 1600nm± 30nm, Rz 의 값이 0.3~0.7 바람직하게는 0.45±0.1의 것이다.

그리고 R_Z의 값은 다음 식(1)과 같이 정의된다.

위상판(22)도 2축성위상판이고, 그△n·d 가 1500nm 이상이고 바람직하게는 1550nm±30nm, Rz값이 0.3~0.7 바람직하게는 0.45±0..1의 것이다.

상편광판(23)과 하편광판(24)은 입사광 중 흡수축방향의 편광성분을 차단(흡수)하고, 그것과 직교하는 편광성분을 투과시키는 것이다.

반사판(25)은 하편광판(24)의 하면에 설치되고, 상편광판(23)에서 입사하고, 액정셀(12)과 하편광판(24)을 투과한 빛을 액정셀(12)측에 반사하는 것이다.

그리고, 전압인가수단으로서의 구동제어회로(26)가 주사전극(15)과 신호전극(16)에 접속되어 있고, 이 구동제어회로(26)에 의해 입력정보에 따른 전압이 액정층(20)에 인가되고, 이 인가전압에 따라 액정층(20)에 의한 복굴절효과가 변화하도록 입력정조에 따른 컬러표시를 얻을 수 있다.

제2도는 액정셀(12)의 배향처리방향과 위상판(21,22) 광학축과 편광판(23,24) 투과축의 조합의 일 예를 각 구성요소마다의 평면도에서 모식적으로 도시한 도면이다.

그리고 제2도중 일점쇄선(S)은 표시면의 좌우방향에 따르는 기준선이고, 설명의 편의상 설치한 것이다.

제2도에 도시하는 바와 같이 액정셀(12)의 하배향막(18)에 실시된 배향처리방향(18a)은 기준선(S)에 대해 35°±10°경사져 있고, 하배향막(18) 근방의 액정분자는 이 배향처리방향(18a)을 따라 배열한다.

액정셀(12)의 상배향막(17)에 실시된 배향처리방향(17a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)을 기준으로 해서 70°±10°에서 교차하는 방향으로 설정되어 있고, 상배향막(17)근방의 액정분자는 이 배향처리방향(17a)을 따라 배열한다.

이것에 의해 액정분자는 하유리기판(14)측에서 상유리기판(13)측을 향해 시계회전방향으로 250°±20°(바람직하게는 ±10°)비틀림한 배향상태가 된다.

상편광판(23)의 투과축(23a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 50°±10°(기준선(S)에 대해서 85°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

위상판(21)의 연신축(평면상에서 굴절율이 가장 크게 되는 축)(21a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 25°±10°(기준선(S)에 대해 10°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

위상판(22)의 연신축(22a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 15°±10°(기준선(S)대해서 50°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

하평광판(24)의 투과축(24a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 45°±10°(기준선(S)에 대해 10°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

다음에 상기 구성의 컬러액정표시장치의 착색원리에 대해서 설명한다.

제1도의 상방에서 컬러액정표시소자(11)에 입사하는 빛은 상편광판(23)을 투과함으로써 직선편광이 되고, 그리고 위상판(21,22)을 투과하는 과정에서 위상판(21,22)의 연신축(21a,22a) 위치 등 광학적 배치조건과 리타데이션 값에 따른 광학작용을 받아 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 된다. 이들 파장마다의 타원 편광은 액정셀(12)을 통과하는 과정에서 액정셀(12)의 광학적배치조건과 리타데이션값 따른 편광작용을 받아 더욱 편광상태가 변화한다.

위상판(21,22) 및 액정셀(12)에 의한 편광작용을 받은 편광상태가 각각 다른 각 파장마다의 타원편광이 하편광판(24)에 입사하면 하편광판(24)의 투과축(24a)에 일치하는 편광성분의 빛이 하편광판(24)을 투과한다.

하편광판(24)을 투과한 빛은 반사판(25)에서 반사되고, 상술한 광경로와 반대경로로 컬러액정표시소자(11)의 상면측에 출사하고, 이 출사광의 분광강도가 절정을 나타내는 파장의 표시색을 얻을 수 있다.

위상판(21,22)의 리타데이션은 위상판(21,22)의 굴절이방성(△n)과 두께(d)의 곱(△n·d)에 의해 정해지고, 액정셀(12)의 리타데이션은 액정분자의 배향상태에 의해 정해진다. 따라서 액정셀(12)에 인가하는 전압값을 바꾸어 액정분자의 배향상태를 변화시키는 것에 의해 액정셀(12)의 리타데이션이 바뀌고, 액정셀(12)에 있어서의 편광작용이 변화하고, 표시색의 색상 및 위도가 변화한다.

즉, 제1도 및 제2도에 도시하는 구성의 컬러액정표시소자는 액정층(20)의 복굴절성을 제어하여 컬러화상을 표시할 수 있고, 그때의 출사광의 색상이나 휘도는 색조정광학소자로서 2장의 2축성위상판(21,22)을 개재시킴으로써 원하는 것이 된다.

구체적으로 설명하면 주사전극(15)과 신호전극(16)사이에 전압을 인가하고 있지 않을 때는, 컬러액정표시소자(11)에 입사한 빛은 2축성 위상판(21,22)의 편광작용과, 액정분자의 초기배향에 따른 편광작용을 받고, 그것에 따라 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 된다. 그리고 하편광판(24)을 투과하고, 반사판(25)에서 반사되고, 반대 경로를 걸쳐 컬러액정표시소자(11)의 상면측에 출사 할 때 출사광의 색은 2축성위상판(21,22)의 리타데이션과 초기배향방향상태의 액정층(20)의 리타데이션에 따른 색이 된다.

액정셀(12)의 전극(15, 16) 사이에 전압을 인가하고, 그 실효전압값을 상승시키면 액정분자가 초기비틀림 상태에서 서서히 입상(立上)한다. 입상한 배향상태에 따라 액정셀(12)의 리타데이션이 변화하고, 컬러액정표시소자(11)에 입사한 빛은 위상판(21,22)의 편광작용과, 액정셀(12)의 변화한 리타데이션에 따른 편광작용을 받고, 그것에 따른 타원편광이 된다. 그 때문에 그때의 표시색은 액정셀(12)에 전압을 인가하고 있지 않을 때의 표시색과는 다르다.

액정셀(12)에 액정분자가 거의 수직 배향하는 크기의 전압을 인가했을 때는, 액정셀(12)의 리타데이션은 대개 0이 된다. 따라서 액정셀(12)에 의한 편광작용이 대부분 없어지고, 컬러액정표시소자(11)에 입사한 빛은 2축성위상판(21,22)의 편광작용만에 의한 타원편광이 된다. 이 타원편광은 하편광판(24), 반사판(25) 및 그 반대경로를 걸쳐 컬러액정표시소자(11)에서 출사하고, 2축성위상판(21,22)의 리타데이션에 따른 색으로 착색된다.

따라서 상기 실시예에 의하면 주사전극(15)과 신호전극(16) 사이에 인가하는 신호를 제어하여 액정층(20)에 인가하는 실효전압을 제어함으로써, 액정층(20)의 복굴절성을 제어하여 원하는 색을 표시할 수 있다.

상기 구성에 의하면 두께방향에도 위상차를 갖고 광학적으로 2축성위상판(21,22)을 사용하고 있으므로, 빛이 액정층(20)을 수직으로 투과했을 때와 비스듬히 투과했을 때의 위상차가 2축성위상판(21,22)을 투과함으로써 보상되고, 시야각이 넓어진다.

또 표시색은 액정층(20)의 복굴절작용뿐만 아니라, 이것과 2장의 2축성위상판(21,22)의 삭 복굴절작용이 가하여져 얻어지는 것이며, 복굴절작용의 온도의존성이 액정층(20)의 복굴절작용의 온도의존성보다 작은 2축성위상판(21,22)을 2장 사용하고 있으므로, 온도변화에 의해 액정층(20)의 리타데이션이 변화해도 그 영향은 상대적으로 작다. 따라서 온도변화에 기인하는 표시색의 변동을 저감할 수 있다.

또 액정층(20)으로의 인가전압(실효전압)의 상승에 따라 표시색이 백색→적색→청색→녹색으로 변화하고, 3원색과 백색이 표시 가능하게 되어, 실용상 충분한 컬러화상으로 표시할 수 있다.

실시예 1의 구체예로서 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a) 2축성위상판(21,22)의 연신축(21a,22a) 및 편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치각도를 제2도에 도시하는 각 각도의 중심각도로 설정하고, 액정층(20)의 두께(d)를 6800nm로 설정하고, △n·d를 1390nm로 한 컬러액정표시소자를 작성하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 공급하는 신호를 제어하고, 정적 구동했다.

이 경우 제3도에 도시하는 바와 같이 정적전압, 즉 인가전압의 실효값이 0.24V 미만에서는 이 컬러액정표시소자의 표시색은 백색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.15V~2.17V에서는 그 표시색은 적색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.18V~2.22V에서는 그 표시색은 청색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.26V이상에서는 그 표시색은 녹색이 된다. 그리고 각 표시색은 제4도의 CIE 색도도에 도시하는 바와 같이 그 색순도가 높다.

또 이 구체예의 컬러액정표시소자는 온도변화에 따르는 표시색의 변동이 작고, 시야각이 넓었다.

또 본 실시예에 있어서 2장의 2축성위상판은 액정셀과 하편광판사이에 배치해도 된다.

[실시예 2]

실시예 2는 실시예 1에 있어서의 2장의 2축성위상판의 배치를 변화시킨 것이다. 그리고 이하의 실시예에 있어서 실시예 1과 동일 구성요소에 대해서는 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

실시예 1에 있어서는 2장의 2축성위상판(21,22)을 상기판(13)과 상편광판(23) 사이에 배치했지만, 2축성위상판의 위치는 임의이고, 예를 들면 제5도에 도시하는 바와 같이 상2축성위상판(21)을 상기판(13)과 상편광판(23) 사이에 배치하고, 하2축성위상판(22)을 하기판(14)과 하편광판(24) 사이에 배치하도록 해도 된다.

이와 같이 2축성위상판(21,22)을 배치한 경우, 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a), 2축성위상판(21,22)의 연신축(21a,22a) 및 편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치를 제6도에 도시한다.

제6도에 도시하는 바와 같이 액정셀(12)의 하배향막(18)에 실시된 배향처리방향(18a)은 기준선(S)에 대해 35°±10°기울어져 있고, 상배향막(17)에 실시된 배향처리방향(17a)은 배향막(18)의 배향처리방향(18a)을 기준으로 해서 70°±10°에서 교차하는 방향으로 설정되어 있고, 액정분자는 하유리기판(14)측에서 상유리기판(13)측을 향해 시계회전방향으로 250°±20°(바람직하게는 ±10°)비틀림한 배향상태가 된다.

제6도에 도시하는 바와 같이 상편광판(23)의 투과축(23a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 80°±10°(기준선(S)에 대해서 45°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

2축성위상판(21)의 연신축(21a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 35°±10°(기준선(S)에 대해 0°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

2축성위상판(22)의 연신축(22a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 10°±10°(기준선(S)에 대해서 45°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

하편광판(24)의 투과축(24a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 45°±10°(기준선(S)에 대해 10°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

2축성위상판(21)의 △n·d는 1500nm이상이고 바람직하게는 1600nm±30nm, R_X값은 0.3~0.7(바람직하게는 0.45±0.1)이고, 액정층(20)의 △n·d는 1350nm±100nm이고 바람직하게는 1380nm±30nm이고, 2축성위상판(22)의 △n·d는 1500nm이상이고 바람직하게는 1600nm±30nm, R_X값은 0.3~0.7(바람직하게는 0.45±0.1)이다.

이와 같은 구성으로 하면 액정층(20)으로의 인가전압의 상승에 따라 표시색이 붉은 보라색, 백색, 청보라색, 검은색으로 변화하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 인가하는 신호를 인가함으로써 액정층(20)의 실효인가전압을 제어하고, 표시색을 제어하여 컬러화상을 표시하는 것이 가능하게 된다. 또 위상판으로서 2축위상판(21,22)을 사용하고 있으므로, 빛이 액정층(20)을 수직으로 투과했을 때와 비스듬히 투과했을 때의 위상차가 2장의 2축성위상판(21,22)을 투과함으로써 보상되고, 시야각이 개선된다.

실시예 2의 구체예로서 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a), 2축성위상판(21,22)의 연신축(21a,22a) 및 편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치각도를 제6도에 도시하는 각 각도의 중심각도로 설정하고, 그 외의 구성을 실시예 1의 구체예와 동일하게 한 컬러액정표시소자를 작성했다.

이 컬러액정표시소자에서는 인가전압의 실효값이 2.32V 미만에서 표시색이 붉은 보라색이 되고, 2.42V~2.60V에서는 백색이 되고, 2.98V~3.02V에서는 청보라색이 되고, 3.5V 이상에서는 검은색이 되고, 컬러화상이 표시 가능했다.

이상 설명한 바와 같이 이 실시예 2의 컬러액정표시장치에 의하면 실시예 1과 마찬가지로 액정의 인가전압을 제어하고, 표시색을 제어하고, 임의의 컬러화상을 표시할 수 있다. 또 시야각이 커지고, 그리고 온도변화에 의한 색차이 등을 저감할 수 있다.

[실시예 3]

실시예 3은 색조정 광학소자로서 2장의 복소굴절소자를 액정셀의 한쪽에 배치한 실시예이다.

제7도에는 실시예 3의 컬러액정표시소자(31)의 구성을 도시하는 단면도, 제8도는 컬러액정표시소자(31)가 각 광학축의 배치를 도시하는 평면도이다.

제7도에 있어서 액정셀(12)은 제1기판(이하, 상유리기판)(13)과 제2기판(이하, 하유기리기판)(14)이 액정층을 봉입 하는 미세간극, 예를 들면 6,8μm 간격을 두고 대향 배치되어 구성된다. 유리기판(13,14)의 대향면에는 ITO(인듐과 주석의 산하물) 등의 투명도 전재료로 구성되는 복수의 주사전극(15)과 복수의 신호전극(16)이 교차한 상태로 각각 배설되어 있다.

배향막(17,18)은 액정셀(12)의 유리기판(13,14) 내면에 배설된 주사전극(15) 및 신호전극(16)이 표면에 설치되고, 액정분자의 배향방향을 규제하기 위한 것이다. 배향막(17,18)은 러빙 등의 배향처리가 실시되어 있고, 근접하는 액정분자이 장축방향을 그 배향처리 방향에 따르게 한다.

실재(19)는 상하 유리기판(13,14) 사이의 주변부에 배설되고, 유리기판(13,14) 사이를 소정간격으로 유지함과 동시에, 그 영역에 액정을 봉하여 막는 것이다.

액정층(32)은 카이랄 액정이 첨가된 네머틱액정 등으로 구성되고, 배향막(17,18)이 배향규제력에 따라 액정분자가 250°±20°(바람직하게는 ±10°)의 비틀림각으로 비틀어져 배향한 상태로 구성되어 있다.

액정의 광학이방성(△n)은 약 0.2, 액정층(32)의 층두께(d)는 약 6.8μm으로 설정된다. 즉, △n·d=1360nm±100nm로 설정된다.

복소굴절소자(33)는 그 굴절율이 복소수로 정의되는 것이며, 그 두께방향으로 직교하는 평면상에서 굴절율이 최대가 되는 방향(면내 연신 방향)을 x방향, 그 평면상에서 x방향으로 직교하는 방향을 y방향, 두께방향을 z방향으로 한 경우에 각 방향의 복소굴절율 n_x,n_y,n_z는 수식(2)∼수식(4)으로 표시된다.

여기서, n_x,n_y,n_z는 굴절율을 표시하고, I는 허수를 표시하고, k_x,k_y,k_x는 광학흡수계수를 표시한다.

굴절율 n_x,n_y,n_z는 n_xn_zn_y의 관계를 만족시킨다. 또 그 굴절이방성(△n=n_x-n_y)과 두께(t)의 곱(△n·t)이 1600nm±30nm, Rz 값이 0.3∼0,7 바람직하게는 0.45±0.1의 것이다.

광흡수계수 k_x,k_y,k_z는 파장(λ)의 함수이고, k_x(λ),k_y(λ),k_z(λ)로 표시할 수 있다.

여기서 광흡수계수 k_x(λ),k_y(λ),k_z(λ)는 제9도에 도시하는 바와 같이 파장(λ)이 길어짐에 따라 그 값이 작아지는 마이너스 경사, 즉 마이너스 파장의존성을 갖는다.

통상의 굴절율과 복소굴절율의 차이를 설명하면 빛을 파동으로서 생각한 경우, 통상의 굴절율을 갖는 광학소자(예를 들면, 위상판)의 입사광의 강도진폭을 I_i라고 하면 그 출사광이 진폭 I_o는 수식(5)으로 표시되고, 복소굴절율을 갖는 복소굴절소자의 입사광의 강도진폭을 I_i라고 하면 그 출사광의 진폭 I_o은 수식(6)으로 표시된다.

여기서 t는 위상판 또는 복소굴절소자의 두께를 표시하고, 수식(6)에 있어서 exp(-2πkt/λ)은 흡수항을 표시한다.

또 이들 통상의 광학소자 또는 복소굴절소자를 통과하는 빛의 편광상태를 구사하기 위해 사용되는 죤즈행렬은 통상의 광학소자에 대해서는 수식(7)으로 표시되고, 복소굴절소자에 대해서는 수식(8)으로 표시된다.

여기서 △n은 n_x와 n_y의 차(n_x-n_y)이고, △k는 k_x와 k_y의 차(k_x-k_y)이다.

본 실시예에서는 △k는 대개 0, 즉 k_x와 k_y는 거의 동일값(보다 정확히는 거의 동일 함수)이고, k_z도 거의 동일값을 갖는다.

다른쪽 복소굴절소자(34)도 복소수로 정의되는 복소굴절율을 갖고, 광흡수계수는 마이너스 경사를 갖고, △n·d가 1550nm±30nm, Rz값이 0.3∼0.7 바람직하게는 0.45±0.1의 것이다.

반사판(25)은 하편광판(24)의 하면에 설치되고, 상편광판(23)에서 입사하고, 액정셀(12)과 하편광판(24)을 투과한 빛을 액정셀(12) 측에 반사하는 것이다.

제8도는 액정셀(12)의 배향처리 방향과 복소굴절소자(33,34) 광학축(면내연신축)과 편광판(23,24) 투과축의 조합의 일 예를 각 구성요소마다의 평면도에서 모식적으로 도시한 도면이다.

제8도에 도시하는 바와 같이 상편광판(23)의 투과축(23a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 50°±10°(기준선(S)에 대해 85°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

복소굴절소자(33)의 연신축(평면상에서 굴절율이 가장 크게 되는 축)(33a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 25°±10°(기준선(S)에 대해서 10°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

복소굴절소자(34)의 연신축(34a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해서 15°±10°(기준선(S)에 대해서 50°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

하편광판(24)의 투과축(24a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 45°±10°(기준선(S)에 대해서 10°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

제7도의 상방에서 컬러액정표시장치(31)에 입사하는 빛은 상편광판(23)을 투과함으로써 직선편광이 되고, 또 복소굴절소자(33,34)를 투과하는 과정에서 복소굴절소자(33,34)의 연신축(33a,34a) 위치 등 광학적 배치조건과 리타데이션 값에 따른 복굴절작용을 받아 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 된다. 이들 파장마다의 타원편광은 액정셀(12)을 통과하는 과정에서 액정셀(12)의 광학적배치조건과 리타데이션 값에 따른 복굴절작용을 받아 더욱 그 편광상태가 변화한다.

복소굴절소자(33,34) 및 액정셀(12)에 의한 복굴절작용을 받은 편광상태가 각각 다른 각 파장마다의 타원편광이 하편광판(24)에 입사하면 하편광판(24)의 투과축(24a)에 일치하는 편광성분의 빛이 하편광판(24)을 투과한다.

하편광판(24)을 투과한 빛은 반사판(25)에서 반사되고, 상술한 광경로와 반대경로로 컬러액정표시장치(31)의 상면측에 출사하고, 이 출사광의 색이 표시색이 된다.

복소굴절소자(33,34)의 리타데이션은 복소굴절소자(33,34)의 굴절율이방성(△n)과 두께(t)의 곱(△n·t)에 의해 정해지는 대부분 일정 값이고, 액정셀(12)의 리타데이션은 액정분자의 배향상태에 의해 정해진다. 따라서, 대향하는 전극(15,16) 사이에 인가하는 전압 값을 바꾸어 액정분자의 배향상태를 변화시키고, 액정셀(12)의 편광작용을 변화시키고 표시색의 색상 및 휘도를 변화시킬 수 있다.

여기서 만약 복소굴절소자(33,34)의 복소굴절율의 허수항, 즉 광흡수계수 k_x,k_yk_z가 파장에 의하지 않고 일정 값이라고 하면 전극(15,16) 사이에 인가하는 전압(V)에 대한 적색(610nm), 녹색(550nm), 청색(450nm)의 광출사 강도는 제10a도에 도시하는 바와 같이 변화한다. 즉, 파장이 긴 적색광은 전압(V)의 변화에 대해 그 강도변화의 주기가 길다. 한편, 파장이 짧은 녹색 또는 청색광은 전압(V)의 변화에 대해 그 강도가 보다 짧은 주기로 변화한다. 이 때문에 적색광이 일정 값 이상의 강도를 갖는 전압범위에 있어서도 녹색 또는 청색광이 어느 정도의 강도를 갖는다. 즉 제10a도에 도시하는 특성에는 적색출사광의 강도가 강한 영역에 녹색 또는 청색광의 강도가 비교적 강한 영역이 위치한다. 이 때문에 적색광과 함께 녹색 및/또는 청색광이 출사되어 버려 색순도가 높은 적색을 꺼내는 것이 곤란하다.

그리고 적색 출사광의 강도가 비교적 약한 전압영역이 넓으므로, 이 전압영역에서 녹색 또는 청색의 출사광을 혼색없이 꺼내는 것이 가능하다.

한편, 광흡수계수(λ)가 제9도에 도시하는 바와 같이 마이너스 파장의존성(파장이 길어짐에 따라 작아진다)을 갖는 경우, 장파장의 빛만큼 흡수되는 비율이 작아진다. 이 때문에 제10b도에 도시하는 바와 같이 적색광의 강도에 대한 녹색 및 청색광의 강도가 상대적으로 약해진다. 이 때문에 적색광과 녹색 및/또는 청색광이 동시에 출사되어 혼색이 발생해도 녹색 및 또는 청색광의 강도가 작으므로, 그 영향이 작아져 색순도가 높은 적색을 표시할 수 있다.

한편, 녹색 및 청색의 표시는 적색 출사광의 강도가 약한 비교적 넓은 전압영역에서 선정할 수 있고, 그리고 녹색과 청색은 비교적 짧은 주기로 변화하므로, 녹색과 청색의 분리는 용이하고, 색순도가 높은 녹색 및 청색도 표시 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 상기 실시예에 의하면 주사전극(15)과 신호전극(16) 사이에 인가하는 전압을 제어하여 액정층(32)에 인가하는 전계(실효전압)를 제어함으로써, 액정층(32)의 복굴절성을 제어하여 원하는 색, 특히 색순도가 높은 3원색을 표시할 수 있다.

또 상기 구성에 의하면 두께방향에도 위상차를 갖는 복소굴절소자(33,34)를 사용하고 있으므로, 빛이 액정층(32)을 수직으로 투과했을 때와 비스듬히 투과했을 때의 위상차가 복소굴절소자(33,34)를 투과함으로써 보상되고, 시야각이 넓어진다.

또 표시색은 액정층(32)의 복굴절작용뿐만 아니라, 이것과 복소굴절소자(33,34)의 각 복굴절작용이 가하여져 얻어지는 것이다. 복굴절작용의 온도의존성이 액정층(32)의 복굴절작용의 온도의존성보다 작은 복소굴절소자(33,34)를 2장 사용하고 있으므로, 온도변화에 의해 액정층(32)의 리타데이션이 변화해도 그 영향은 상대적으로 작다. 따라서 온도변화에 기인하는 표시색의 변동을 저감할 수 있다.

또 액정층(32)으로의 인가전압(실효전압)의 상승에 따라 표시색이 백색→적색→청색→녹색으로 변화하고, 3원색과 백색이 표시 가능하게 되어 실용상 충분한 컬러화상을 표시할 수 있다.

실시예 1의 구체예로서 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a), 복소굴절소자(33,34)가 연신축(33a,34a) 및 편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치각도를 제8도에 도시하는 각 각도의 중심각도로 설정하고, 액정층(32)의 두께(d)를 6.8μm으로 설정하고, △n·d를 1390nm, 복소굴절소자(33,34)의 파장 610nm에 있어서의 광흡수계수를 0.05, 파장 550nm에 있어서의 광흡수계수를 0.09, 파장 450nm에 있어서의 광흡수계수를 0.12로 한 컬러액정표시장치를 작성하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 공급하는 신호를 제어하여 정적 구동했다.

이 경우 제11도에 도시하는 바와 같이 정적전압, 즉 인가전압의 실효값이 2.04V 미만에서는 이 컬러액정표시장치의 표시색은 백색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.12V∼2.18V에서는 그 표시색은 적색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.19V∼2.21V에서는 그 표시색은 청색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.27V 이상에서는 그 표시색은 녹색이 되었다. 그리고 각 표시색은 제12도의 CIE 색도도에 도시하는 바와 같이 그 색순도가 높았다.

비교예로서 복소굴절소자(33,34) 대신에 파장 610nm, 550nm 및 450nm에 있어서의 광흡수계수가 대략 0.10 2장의 복소굴절소자를 배치하고, 그 외의 구성을 구체예 1과 실질적으로 동일하게 한 컬러액정표시장치를 작성하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 공급하는 신호를 제어하고, 정적 구동했다.

이 경우 정적 구동, 즉 인가전압의 실효값이 2.04V 미만에서는 이 컬러액정표시장치의 표시색은 백색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.15V∼2.17V에서는 그 표시색은 황색(붉은 빛을 띠는 황색)이 되고, 인가전압의 실효값이 2.18V∼2.22V에서는 그 표시색은 청색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.26V 이상에서는 그 표시색은 녹색이 되고, 적색의 색순도가 낮았다.

이 구체예 및 비교예에서도 밝힌 바와 같이 본 실시예에 의하면 색순도가 높은 3원색, 특히 색순도가 높은 적색을 표시할 수 있다.

또 이 구체예의 컬러액정표시장치는 온도변화에 따르는 표시색의 변동이 작고, 시야각이 넓어졌다.

[실시예 4]

실시예 4는 실시예 3에 있어서 2장의 복소굴절소자 및 그 배치를 변화시킨 것이다.

실시예 3에 있어서는 2장의 복소굴절소자(33,34)를 상유리기판(13)과 상편광판(23) 사이에 배치했지만, 복소굴절소자의 위치는 임의이다. 즉, 제13도에 도시하는 바와 같이 한쪽 복소굴절소자(36)를 상유리기판(13)과 상편광판(23) 사이에 배치하고, 다른쪽 복소굴절소자(37)를 하유리기판(14)과 상편광판(23) 사이에 배치하도록 해도 된다.

이와 같이 복소굴절소자(36,37)를 배치한 경우 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a), 복소굴절소자(36,37)의 연신축(36a,37a) 및 편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치를 제14도에 도시한다.

제14도에 도시하는 바와 같이 상편광판(23)의 투과축(23a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해서 80°±10°(기준선(S)에 대해서 45°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

복소굴절소자(36)의 연신축(평면상에서 굴절율이 최대가 되는 방향)(36a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 35°±10°(기준선(S)에 대해서 0°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

복소굴절소자(37)의 연신축(평면상에서 굴절율이 최대가 되는 방향(37a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 10°±10°(기준선(S)에 대해서 45°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

하편광판(24)의 투과축(24a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해서 45°±10°(기준선 (S)에 대해 10°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

복소굴절소자(36)의 △n·t는 1600nm±30nm, Rz값은 0.3∼0.7(바람직하게는 0.45±0.1)이고, 액정층(20)의 △n·d는 1350nm±100nm이고, 복소굴절소자(37)의 △n·t는 1600nm±30nm, Rz값은 0.3∼0.7(바람직하게는 0.45±0.1)이다.

이와 같은 구성에 의해서도 액정층(20)의 실효인가 전압을 제어하고, 표시색을 제어하여 컬러화상을 표시할 수 있고, 특히 색순도가 높은 3원색이 표시 가능하게 된다. 또 복소굴절소자(36,37)로서 두께 방향에도 굴절율을 갖는 것을 사용하고 있으므로, 빛이 액정층(32)을 수직으로 투과했을 때와 비스듬히 투과했을 때의 위상차가 복소굴절소자(36,37)를 투과함으로써 보상되고, 시야각이 개선된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 컬러액정표시장치에 의하면 순도가 높은 3원색을 표시할 수 있다. 또 시야각이 커지고, 그리고 온도변화에 의한 색차이 등을 저감할 수 있다.

상기 실시예 3 및 실시예 4에서는 2장의 복소굴절소자를 편광판(23,24) 사이에 배치하는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고 1장 또는 3장 이상의 복소굴절소자를 편광판(23,24) 사이에 배치해도 된다.

또 상기 실시예 3 및 실시예 4에서는 복소굴절소자로서 서로 직교하는 3방향의 굴절율이 서로 다른 것을 사용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고 복소굴절소자의 허수항 광흡수계수(k_x,k_y,k_z)를 거의 동일한 값으로서 설명했지만, 이들의 값은 달라도 된다. 또 제9도에서는 복소굴절율의 허수항 광흡수계수(k_x,k_y,k_z)가 파장(λ)이 길어짐에 따라 거의 똑같이 작아지는 예를 도시했지만, 적색 파장영역에서의 광흡수계수가 녹색 및 청색 파장영역에서의 광흡수계수보다 작으면 변화의 상태 및 정도는 임의이다.

[실시예 5]

실시예 5는 색조정광학소자로서 재료분자를 한쪽 표면에서 다른 쪽 표면을 향해 비틀어지도록 배열시켜 형성된 비틀림 위상판을 배치하고, 이 비틀림 위상판의 재료분자의 비틀림 배향각도가 액정층의 액정분자의 비틀림 배향각과 방향이 반대이고 크기가 같아지도록 설정한 것이다.

이 실시예 5로서의 컬러액정표시장치는 제15도에 도시하는 바와 같이 액정셀(12)로서 액정분자(38a)를 180∼270°의 비틀림각으로 비틀어 배향시킨 것을 사용함과 동시에 비틀림 위상판(40)으로서 재료분자의 비틀림각이 대개 180∼270°인 것을 사용한 것이다. 이 컬러액정표시장치는 액정셀(12)과 비틀림 위상판(40)과, 한 쌍의 편광판(23,24)을 구비하고, 상기 한 쌍의 편광판(23,24)을 액정셀(12)의 표면측과 이면측에 배치하고, 상기 액정셀(12)과 표면측(제5도에 있어서 상측)의 상편광판(23) 사이에 상기 비틀림 위상판(40)을 배치하여 구성되어 있다.

실시예 5의 컬러액정표시장치에 있어서 상기 한 쌍의 편광판(23,24) 중 광입사 측 즉 표면측 상편광판(23)의 투과축(23a)은 상기 비틀림 위상판(40)과 액정셀(12) 중 표면측에 배치되어 있는 비틀림 위상판(40)의 표면측 분자배열방향(40a)에 대해 소정각도 비스듬히 어긋나 있고, 광반사측 즉 이면측 하편광판(24)의 투과축(24a)은 상기 액정셀(12)의 이면측 액정분자 배향방향(18a)에 대해 소정각도 비스듬히 어긋나 있다.

그리고 이 실시예의 비틀림 위상판(40)은 고분자액정을 비틀어 배열시킨 상태에서 고화한 필름으로 구성되어 있고, 그 △n₁d₁값 및 재료분자 배열방향의 비틀림각을 각각 액정셀(12)의 △n₂d₂및 액정분자 비틀림각과 거의 같게 하고, 또 상기 비틀림 위상판(40)의 분자배열방향의 비틀림방향을 액정셀(12)의 액정분자 비틀림방향과 반대로 함과 동시에, 상기 한 쌍의 편광판(23,24)의 투과축을 서로 거의 평행하게 하고 있다. 그리고 이 실시예에서는 액정셀(12)의 액정분자 비틀림각과 비틀림 위상판(40)의 분자배열방향 비틀림각을 각각 대개 250°로 하고 있다.

즉, 제16도와 같이 액정셀(12)의 이면측 액정분자 배향방향(18a)은 기준선 (S)에 대해서 거의 215°±20°(도면상 좌회전으로 215°±20°) 어긋난 방향, 표면측 액정분자 배향방향(17a)은 상기 이면측 배향방향(18a)에 대해서 거의 250°어긋난 방향에 있고, 액정(38)의 분자(38a)는 이면측기판(18)에서 표면측기판(17)을 향해 대개 -250°±20°(도면상 우회전으로 250°±20°)의 비틀림각으로 비틀려 배향하고 있다.

또 상기 비틀림 위상판(40)의 이면측 분자배열방향(40b)은 상기 기준선 (S)에 대해서 거의 55°±10°(도면상 좌회전으로 55°±10°) 어긋난 방향, 표면측 분자배열방향(40a)은 상기 이면측 분자배열방향(40b)에 대해 거의 250°±20° 어긋난 방향에 있다. 따라서 비틀림위상판(40)의 재료분자 즉 고분자액정분자는 위상판(40)의 이면에서 표면을 향해 대개 250°±20°(도면상 좌회전으로 250°±20)의 비틀림각으로 비틀려 배열하고 있다.

즉, 상기 비틀림 위상판(40)의 재료분자는 액정셀(12)의 액정분자 비틀림 방향과 반대방향으로 상기 액정분자 비틀림각과 거의 같은 비틀림각으로 비틀려 배열하고 있다.

또 제16도에 도시하는 바와 같이 상편광판(23)의 투과축(23a)과 하편광판(24)의 투과축(24a)은 각각 상기 기준선(S)에 대해 거의 80°±10°(도면상 좌회전으로 80°±10°) 어긋난 방향에 있고, 상편광판(23)의 투과축(23a)은 이 상편광판(23)에 인접하는 상기 비틀림 위상판(40)의 입사측(표면측) 분자배열방향(40a)에 대해서 거의 45°어긋나 있고, 하편광판(24)의 투과축(24a)은 상편광판(23)의 투과축(23a)과 거의 평행하게 되어 있다.

이 실시예의 컬러액정표시장치에 있어서는 비틀림 위상판(40)과 액정셀(12)의 2개 부재 중 광입사측에 배치되어 있는 비틀림 위상판(40)의 입사측(표면측) 분자배열방향(40a)과, 입사측 즉 표면측 편광판(23)의 투과축(23a)이 비스듬히 어긋나 있으므로 표면측 편광판(23)을 통해 입사한 직선편광이, 먼저 상기 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용을 통해 입사한 직선편광이, 먼저 상기 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용에 의해 편광 되어 타원편광이 되고, 이 빛이 액정셀(12)의 액정층 복굴절작용에 의해 더욱 편광 되어 이면측 편광판(24)에 입사한다.

또 상기 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용은 이 위상판(40)의 특성에 의해 정해지지만, 액정셀(12)의 액정층의 복굴절작용은 액정분자에 의해 정해지지만, 액정셀(12)의 액정층의 복굴절작용은 액정분자(38a)의 배향상태에 따라 변화하므로, 하편광판(24)에 입사하는 타원편광의 편광상태는 액정셀(12)로의 인가전압에 따라 변화한다.

그리고 하편광판(24)에 입사하는 빛이 타원편광인 경우는 그 빛 중 하편광판(24)을 투과하는 편광성분의 빛만이 이 하편광판(24)을 통해 출사하고, 이 출사광이 그 파장영역에 대응한 착색광이 되고, 이 착색광이 반사판(25)에서 반사되고, 하편광판(24)과 액정셀(12)과 비틀림 위상판(40)과 상편광판(23)을 통해 표시장치의 표면측에 출사한다.

또 이 컬러액정표시장치는 상술한 바와 같이 비틀림 위상판(40)의 △n₁d₁값 및 분자배열방향의 비틀림각을 각각 액정셀(12)의 △n₂d₂및 액정분자 비틀림각과 거의 동일하게 하고, 또 상기 비틀림 위상판(40)의 재료분자의 비틀림 배향방향을 액정셀의 액정분자 비틀림 배향방향과 반대로 함과 동시에, 한 쌍의 상하편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)을 서로 거의 평행하게 한 것이므로, 액정셀(12)이 액정분자(38a)가 초기배향상태에 있을 때는 소색용(消色用)으로서 기능한다. 따라서 액정셀(12)의 전극(15,16) 사이에 온전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 하편광판(24)에 입사하는 빛이 액정표시장치에 입사했을 때의 직선편광과 같은 직선편광이 되어 출사광이 무착색광(백색광)이 된다.

또 이 컬러액정표시장치는 액정셀(12)로의 인가전압을 제어함으로써 착색광의 색을 변화시킬 수 있고, 따라서 복수색의 컬러표시도 가능하다.

이 컬러액정표시장치의 표시색의 구체예에 대해서 설명하면 예를 들면 비틀림 위상판(40)의 △n₁d₁과 액정셀(12)의 △n₂d₂값을 각각 843nm로 하고 액정셀(12)의 액정분자배향방향(17a,18a) 및 비틀림 위상판(40)이 표리 각면의 분자배열방향(40a,40b)과 한 쌍의 상하편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)을 제16도와 같이 설정했을 때의 인가전압(실효전압)에 대한 착색광은,

전압값이 1.9V 이하일 때 초기표시색이 백색

2.0∼2,2V의 전압을 인가했을 때 표시색이 황색

2.3∼2.4V의 전압을 인가했을 때 표시색이 보라색

2.6∼3.0V의 전압을 인가했을 때 표시색(최종표시색)이 적색이고, 따라서 이들의 색이 얻어지도록 액정셀(12)로의 인가전압을 제어하면 전압무인가상태에서의 백색과 최종표시색의 적색 외에 상기 황색과 보라색의 표시도 얻을 수 있다.

그리고 이 컬러액정표시장치는 컬러필터를 사용하지 않고, 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용과 액정셀(12)의 액정층 복굴절작용과 편광판(23,24)에 의해 빛을 착색하는 것이므로, 광투과율을 높게 하여 밝은 컬러표시를 얻을 수 있다.

또한 이 컬러액정표시장치에서는 액정셀(12)을 그 액정분자(38a)를 거의 250°의 큰 비틀림각으로 비틀어 배향시킨 것으로 함과 동시에, 비틀림 위상판(40)의 재료분자 비틀림 배향각도 거의 250°로 크게 하고 있으므로, 액정셀(12)의 액정층 및 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용이 크고, 따라서 양호한 착색효과를 얻을 수 있다.

또 이 컬러액정표시장치에 있어서도 비틀림 위상판(40)의 입사측 분자배열방향(40a)과 입사측 즉 표면측 상편광판(23)의 투과축(23a)과의 어긋남 각을 거의 45°로 하고 있으므로, 직선편광에 대해 상기 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용이 크고, 따라서 선명한 착색광을 얻을 수 있다.

그리고 이 실시예 5에서는 액정셀(12)과 비틀림 위상판(40)을 광입사측(표면측)에 위치시켜 배치했지만, 이 액정셀(12)과 비틀림 위상판(40)은 액정셀(12)을 광입사측에 위치시켜 배치해도 되고, 그 경우에도 이 액정셀(12)의 입사측 즉 표면측의 액정분자 배향방향(17a)과 상편광판(23)의 투과축을 비스듬히 어긋나게 하면 상편광판(23)을 통해 입사한 직선편광이, 먼저 상기 액정셀(12)의 액정층 복굴절작용을 받아 타원편광이 되고, 이 빛이 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용을 받으므로 이면측 편광판(24)에 입사한다.

이와 같이 액정셀(12)을 광입사측에 위치시켜 배치하는 경우는 비틀림 위상판(40)의 입사측 분자배열방향도 상편광판(23)의 투과축에 대해 비스듬히 비키어 놓는 것이 바람직하고, 이렇게 해두면 액정셀(12)이 액정분자(38a)를 수직으로 배향시켰을 때, 즉 입사광이 액정셀(12)을 그 액정층에 의한 복굴절작용을 받지 않고 투과할 때에도 그 빛(직선편광)을 비틀림 위상판(40)의 복굴절작용에 위해 타원편광시켜 이면측 편광판(24)에 입사시킬 수 있다.

또 한 쌍의 상하편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)은 서로 직교시켜도 되고, 그 경우는 액정셀(12)의 액정분자(38a)는 초기배향상태에 있을 때 표시가 검은색이 된다.

그리고 이 실시예 5에서 소색표시를 얻을 필요가 없는 경우는 비틀림 위상판(40)의 △n₁d₁값과 분자배열방향의 비틀림각 및 그 비틀림 방향과, 액정셀(12)의 △n₂d₂과 액정분자 비틀림각 및 그 비틀림 방향과, 한 쌍의 상하편광판(23,24)이 투과축(23a,24a) 방향을 각각 임의로 설정해도 된다.

또 이 실시예에서는 액정셀(12)과 비틀림 위상판(40)의 2개 부재중 광입사측에 위치시켜 배치한 부재의 입사측(표면측) 분자배열방향과 입사측 즉 표면측 상편광판(23)의 투과축(23a)을 거의 45°비스듬히 어긋나게 했지만, 이 어긋남 각은 임의로 좋다.

단, 상기 컬러액정표시장치에 있어서는 표면측 편광판(41)을 통해 입사한 직선편광이, 먼저 비틀림 위상판(40)과 액정셀(12)의 2개 부재의 한쪽(광입사측에 배치한 것) 복굴절작용을 받아 타원편광이 되지만, 직선편광에 대한 상기 부재의 복굴절작용은 직선편광을 상기 부재의 입사측 분자배열방향에 대해서 약 45°어긋남 각으로 입사시켰을 때가 가장 크므로, 선명한 착색광을 얻기 위해서는 상기 비틀림 위상판(40)의 입사측 분자배열방향(40a)과 액정셀(12)의 입사측 액정분자 배열방향(17a) 중 광입사측에 배치한 것의 상기 방향과, 입사측 즉 표면측 편광판(23)의 투과축(23a)의 어긋남 각은 가능한 약 45°에 가까운 각도가 바람직하지만, 상기 어긋남 각이 45±5°의 범위이면 충분히 선명한 착색광을 얻을 수 있다.

[실시예 6]

실시예 6은 색조정광학소자로서의 비틀림 위상판을 액정셀에 적층하고, 그 비틀림 배향각도를 액정층의 액정분자 비틀림배향 각과 방향이 같고 크기가 액정분자의 비틀림각과 가산하여 230∼270°가 되도록 설정한 것이다.

제17도에 있어서 액정층(41)은 카이랄액정이 첨가된 네머틱액정 등으로 구성되고, 배향막(17,18)의 배향규제력에 따라 액정분자가 (250°-ø)±20°(바람직하게는 ±10°)의 비틀림각으로 비틀어 배향한 상태로 되어 있다. 여기서 ø°는 후술하는 비틀림 위상판(42)의 분자 비틀림각이다.

액정의 굴절율이방성(△n)은 약 0.2, 액정층(41)의 층두께(d)는 6800·(250-ø)/250nm으로 설정된다.

비틀림 위상판(42)은 고분자액정을 그 분자가 한쪽 표면에서 반대측 표면을 향해 소정각도(ø°)만큼 비틀어 배향한 상태에서 고정한 층(필름)을 3초산 셀룰로오스(TAC) 등으로 구성되는 보호막 사이에 끼운 구성으로 되어 있다. 비틀림방향은 액정층(41)의 비틀림방향과 동일하고, 액정분자의 비틀림각(250°-ø)±20°와 비틀림 위상판(42)의 액정분자 비틀림각(ø°)의 가산 값이 이 액정표시소자에서 필요로 하는 비틀림각(250°±20°)이다.

비틀림 위상판(42)의 비틀림각(ø°)은 전체 비틀림각(250°±20°)의 약 10∼30%, 즉 50°±25°정도로 설정된다. 비틀림 위상판(42)의 굴절이방성(△n)은 약 0,2, 두께(d)는 약 6800·ø/250nm로 설정된다.

액정층(41)의 액정분자 비틀림각(250°-ø°)±20°와 비틀림 위상판(42)의 재료분자 비틀림각(ø°)이 가산 값이 액정표시소자에서 본래 필요로 하는 비틀림각 250°±20°이고, 액정층(41)의 리타데이션과 비틀림 위상판(42)이 리타데이션의 합이 이 컬러액정표시장치에서 본래 필요로 하는 리타데이션 값 1360nm±100nm이다.

즉, 이 컬러액정표시장치는 비틀림각이 250°±20°, 광학이방성(△n)이 0.2, 두께(d)가 6800nm로 최적화 설계되어 있는 액정층을 비틀림각이 (250°-ø°)±20°이고, 광학이방성(△n)이 0.2, 두께가 6800·(250-ø)250nm의 액정층(41)과, 비틀림각이 ø, 광학이방성(△n)이 0.2, 두께가 6800ø/250nm인 비틀림 위상판(42)의 적층구조로 치환한 구성을 갖는다.

제1위상판(43)은 두께방향으로 직교하는 평면상에서 굴절율이 최대가 되는 방향(면내 연신축방향)의 굴절율을, n_x, 그 평면상에서 연신축에 직교하는 방향의 굴절율을 n_y, 두께방향의 굴절율을 n_z로 한 경우에 n_xn_zn_y이 관계를 만족시키는 2축성 위상판이고, 그 굴절율이방성(△n=n_x-n_y)과 두께(d)의 곱(△n·d)이 1600nm±30nm, Rz값이 0.3∼0.7, 바람직하게는 0.45±0.1의 것이다.

제2위상판(44)도 2축성 위상판이고, 그 △n·d가 1550nm±30nm, Rz값이 0.3∼0.7, 바람직하게는 0.45±0.1의 것이다.

상편광판(23)과 하편광판(24)은 입사광 중, 흡수축 방향의 편광성분을 차단(흡수)하고, 그것과 직교하는 편광성분을 투과시키는 것이다.

제18도는 액정셀(12)의 배향처리방향과, 비틀림 위상판(41)의 분자배향방향과, 제1과 제2위상판(43,44)의 광학축방향과 편광판(23,24)의 투과축방향의 조합의 일 예를 각 구성 요소마다의 평면도에서 모식적으로 도시한 도면이다.

제18도에 도시하는 바와 같이 액정셀(12)의 하배향막(18)에 실시된 배향처리방향(18a)은 기준선(S)에 대해 35°±10°경사되어 있고, 하배향막(18)의 근방의 액정분자는 이 배향처리방향(18a)을 따라 배열한다.

이 액정셀(12)의 상배향막(17)에 실시된 배향처리방향(17a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)을 기준으로 해서 (70°-ø°)±10°로 교차하는 방향에 설정되어 있고, 상배향막(17) 근방의 액정분자는 이 배향처리방향(17a)을 따라 배열한다.

이것에 의해 액정분자는 하유리기판(14) 측에서 상유리기판(13) 측을 향해 시계회전방향으로 (250°-ø°)±20°(바람직하게는 ±10°) 비틀림한 배향상태가 된다.

상편광판(23)의 투과축(23a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해서 50°±10°(기준선(S)에 대해서 85°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

제1위상판(43)의 연신축(평면상에서 굴절율이 가장 크게 되는 분자배열방향)(43a)은 상배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 25°±10°(기준선(S)에 대해서 10°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

제2위상판(44)의 연신축(44a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 15°±10°(기준선(S)에 대해서 50°±10)에서 교차하도록 설정되어 있다.

비틀림 위상판(42) 하면 근접의 액정분자 배향방향(42a)은 상배향막(17)의 배향처리방향(17a)에 평행(하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해서 (70°-ø°)±20°)으로 설정되어 있고, 비틀림 위상판(42) 상면 근방의 재료분자 배향방향(42b)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해 250°±10°(기준선(S)에 대해서 35°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

하편광판(24)의 투과축(24a)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 대해서 45°±10°(기준선(S)에 대해서 10°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

제17도의 쌍방에서 컬러액정표시장치에 입사하는 빛은 상편광판(23)을 투과함으로서 직선편광이 되고, 그리고 제1과 제2위상판(43,44)을 투과하는 과정에서 제1과 제2위상판(43,44)의 연신축(43a,44a) 위치 등 광학적 배치조건과 리타데이션값에 따른 복굴절작용을 받아 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 된다. 이들 파장마다의 타원편광은 비틀림 위상판(42)과 액정셀(12)을 통과하는 과정에서 비틀림 위상판(42)과 액정셀(12)의 광학적 배치조건과 리타데이션값에 따른 복굴절작용을 받고, 그 편광상태가 변화한다.

제1과 제2위상판(43,44), 비틀림 위상판(42) 및 액정셀(12)에 의한 복굴절작용을 받은 편광상태가 각각 다른 각 파장의 타원편광이 하편광판(24)에 입사하면 하편광판(24)의 투과축(24a)에 일치하는 편광성분의 빛만이 하편광판(24)을 투과한다.

하편광판(24)을 투과한 빛은 반사판(25)에서 반사되고, 상술한 광경로와 반대경로로 컬러액정표시장치의 상면측에 출사한다. 이 출사광의 합성색(대개 분광강도가 결정을 나타내는 파장의 표시색)이 표시색으로 얻어진다.

제1과 제2위상판(43,44) 및 비틀림 위상판(42)의 리타데이션은 거의 일정하지만, 액정셀(12)의 리타데이션은 액정분자의 배향상태에 따라 변화한다. 따라서 액정셀(12)에 인가하는 전압값을 바꾸어 액정분자의 배향상태를 변화시킴으로써 액정셀(12)의 리타데이션이 바뀌고, 액정셀(12)에 있어서의 복굴절작용이 변화하고, 표시색의 색상 및 휘도가 변화한다.

구체적으로 설명하면 주사전극(15)과 신호전극(16) 사이에 전압을 인가하고 있지 않을 때는, 컬러액정표시장치에 입사한 빛은 제1과 제2위상판(43,44)의 복굴절작용과, 비틀림 위상판(42)의 복굴절작용과, 액정분자의 초기배향에 따른 복굴절작용을 받고, 그것에 따라 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 된다. 그리고 하편광판(24)을 투과하고, 반사판(25)에서 반사되고, 반대경로를 걸쳐 컬러액정표시장치의 상면측에 출사할 때의 출사광 색은 비틀림 위상판(42) 및 제1과 제2위상판(43,44)의 리타데이션과, 초기배향상태의 액정층(41)의 리타데이션에 따른 색이 된다.

액정셀(12)의 전극(15,16) 사이에 전압을 인가하고, 그 실효전압 값을 상승시키면 액정분자가 초기비틀림 상태에서 서서히 입상한다. 입상한 배향상태에 따라 액정셀(12)의 리타데이션이 변화하고, 컬러액정표시장치에 입사한 빛은 비틀림 위상판(42) 및 제1과 제2위상판(43,44)의 복굴절작용과, 액정셀(12)의 변화한 리타데이션에 따른 복굴절작용을 받고, 그것에 따른 타원편광이 된다. 그 때문에 그때의 표시색은 액정셀(12)에 전압을 인가하고 있지 않은 때의 표시색과는 다르다.

액정셀(12)에 액정분자가 거의 수직배향하는 크기의 전압을 인가했을 때에는 액정셀(12)의 리타데이션은 대개 0이 된다. 따라서 액정셀(12)에 의한 복굴절작용이 대부분 없어지고, 컬러액정표시장치에 입사한 빛은 비틀림 위상판(42) 및 제1과 제2위상판(43,44)의 복굴절작용에 의한 타원편광이 된다. 이 타원편광은 하편광판(24), 반사판(25), 및 그 반대경로를 걸쳐 컬러액정표시장치에서 출사하고, 비틀림 위상판(42) 및 제1과 제2위상판(43,44)의 리타데이션에 따른 색으로 착색된다.

따라서 상기 실시예에 의하면 주사전극(15)과 신호전극(16) 사이에 인가하는 신호를 제어하여 액정층(41)에 인가하는 실효전압을 제어함으로써 액정층(41)이 복굴절성을 제어하여 원하는 색을 표시할 수 있다.

상기 구성에 있어서 표시색의 제어는 전극(15,16) 사이에 전압을 인가함으로써 액정층(41)의 배향상태를 제어하는 것에 의해 실현된다. 한편, 액정층(41)의 배향상태는 액정층(41)의 온도에 따라서도 변화한다. 즉, 액정층(41)의 온도가 높은 만큼 액정분자가 기판에 수직으로 배향하기 용이해진다. 이 때문에 동일 전압을 전극(15,16) 사이에 인가한 경우에도 액정층(41)의 온도에 의해 표시색이 다른 것이 된다.

그러나 상기 구성에 의하면 본래 필요로 하는 액정분자의 비틀림각 250°±20°를 액정층(41)의 액정분자 비틀림각(250°-ø)±20°로 비틀림 위상판(42)이 고분자액정분자 비틀림각(ø)의 합에서 얻고 있다. 여기서 액정층(41)의 리타데이션Re(41)은 제19도에 도시하는 바와 같이 온도에 의해 변화하지만, 비틀림 위상판(42)이 리타데이션Re(42)은 온도가 변화해도 대부분 변화하지 않는다. 이 때문에 액정층(41)과 비틀림 위상판(42)의 합성 리타데이션Re은 비틀림 위상판을 설치하지 않고, 액정층(20)의 비틀림각을 250°±20°로 설정한 경우의 리타데이션 온도 변화에 따르는 변화보다 작다.

따라서 이 액정표시소자는 표시색의 온도의존성, 즉 온도변화에 따르는 표시색의 변화가 작다.

예를 들면 기준온도에 있어서의 비틀림각이 250°인 액정층의 리타데이션을 ReA, 비틀림각이 200°인 액정층의 리타데이션을 ReB, 비틀림각이 50°인 비틀림 위상판의 리타데이션을 ReC로 하고, 기준온도에 있어서 ReA=ReB+ReC가 성립하게 한다.

온도변화에 의해 ReA의 값이 저하했다고 하면 ReB도 동일 비율로 저하한다. 그러나 ReC는 기준온도시의 값에서 거의 변화하지 않는다. 이 때문에 ReA보다 합성리타데이션(ReB+ReC) 쪽이 리타데이션의 변화가 작다. 따라서 이 실시예의 액정표시소자의 합성리타데이션의 온도변화에 따르는 변화가 작다. 따라서 온도에 상관없이 원하는 표시색을 안정되게 얻을 수 있다.

또 상기 구성에 의하면 광학적으로 2축성의 제1과 제2위상판(43,44)을 사용하고 있으므로, 빛이 액정층(41)을 수직으로 투과했을 때와 비스듬히 투과했을 때의 위상차가 제1과 제2위상판(43,44)을 투과하는 것에 의해 보상되고, 시야각이 넓어진다.

또 액정층(41)으로의 인가전압(실효전압)의 상승에 따라 표시색이 백색→적색→청색→녹색으로 변화하고, 3원색과 백색이 표시 가능하게 되어 실용상 충분한 컬러화상을 표시할 수 있다.

구체예로서 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a), 비틀림 위상판(42)의 배향방향, 제1과 제2위상판(43,44)의 연신축(43a,44a) 및 상하편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배향각도를 제18도에 도시하는 각 각도의 중심각도로 설정하고, 비틀림 위상판(42)의 비틀림각(ø°)을 50°로 설정하고, 액정층(41)의 비틀림 위상판(42)의 실효적인 두께의 합(d)을 6800nm으로 설정하고, 합성 △n·d를 1390nm로 한 컬러액정표시장치를 작성하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 공급하는 신호를 제어하고, 정적 구동했다.

또 비교예로서 액정층(41)의 비틀림각을 250°로 하고, 제1과 제2위상판(43,44)의 연신축(43a,44a) 및 상하편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치각도를 제18도에 도시하는 각 각도의 중심각도에 설정하고, 액정층(41)의 두께(d)를 6800nm로 설정하고, △n·d를 1390nm로 한 컬러액정표시장치를 작성하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 공급하는 신호를 제어하고, 정적 구동했다. 그리고 비틀림 위상판은 배치하고 있지 않다.

온도가 25℃인 경우, 구체예의 컬러액정표시장치에 의하면 제20a도에 도시하는 바와 같이 인가전압이 실효값이 2.03V 미만에서는 표시색은 백색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.14V∼2.17V에서는 그 표시색은 적색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.19V∼2.23V에서는 그 표시색은 청색이 되고, 인가전압의 실효값이 2.28V 이상에서는 그 표시색은 녹색이 된다. 이것에 대해 동온도에 있어서 비교예의 인가전압과 표시색의 관계는 제20b도에 도시하는 바와 같이 된다.

한편, 인가전압을 일정하게 하여 액정표시소자의 온도를 변화시키면 구체예 쪽이 표시색의 변화가 작은 것이 확인되었다.

[실시예 7]

그리고 실시예 6에 있어서는 2장의 2축성 위상판(43,44)을 하편광판(24)과 액정셀(12) 사이에 배치해도 된다. 또 비틀림 위상판(42)은 액정셀(12)이 하측(광반사측)에 배치해도 되고, 그 경우 상면 근방의 분자배열방향(42b)과 액정셀의 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)이 평행하게 되도록 배치해야 한다.

실시예 6에 있어서는 비틀림 위상판(42) 및 제1과 제2위상판(43,44)을 상기판(13)과 상편광판(23) 사이에 배치했지만, 제1과 제2위상판(43,44)의 위치는 임의이고, 예를 들면 제21도에 도시하는 바와 같이 제1위상판(43)을 상기판(13)과 상편광판(23) 사이에 배치하고, 비틀림 위상판(46)을 하기판(14)에 적층하고, 이 비틀림 위상판(46)과 하편광판(24) 사이에 제2위상판(44)을 배치하도록 해도 된다.

제1과 제2위상판(43,44)을 이와 같이 배치한 경우, 배향막(17,18)의 배향처리방향(17a,18a), 비틀림 위상판(46)이 상하면 근접의 분자배향방향(46a,46b), 제1과 제2위상판(43,44)의 연신축(43a,44a) 및 상하편광판(23,24)의 투과축(23a,24a)의 배치를 제22도에 도시한다.

제22도에 도시하는 바와 같이 하배향막(18)에 실시된 배향처리방향(18a)은 기준선(S)에 대해 (35°-ø°)±10°경사되어 있고, 상배향막(17)에 실시된 배향처리방향(17a)은 배향막(18)의 배향처리방향(18a)을 기준으로 해서 (70°-ø°)±10°에서 교차하는 방향에 설정되어 있고, 액정분자는 하유리기판(14) 측에서 상유리기판(13) 측을 향해 시계회전방향으로 (250°-ø°)±10°(바람직하게는 ±10°) 비틀림한 배향상태가 된다.

실시예 6과 마찬가지로 액정의 광학이방성(△n)은 약 0.2, 액정층(45)의 층두께(d)는 6800°(250-ø)/250으로 설정된다.

상편광판(23)의 투과축(23a)은 비틀림 위상판(46)하면 근방의 분자배향방향(46a)에 대해 80°±10°(기준선(S)에 대해서 45°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

제1위상판(43)의 연신축(43a)은 비틀림 위상판(46)의 분자배향방향(46a)에 대해 35°±10°(기준선(S)에 대해서 0°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

비틀림 위상판(46) 상면 근방의 분자배향방향(46b)은 하배향막(18)의 배향처리방향(18a)에 평행하게 설정되고, 하면 근방의 분자배향방향(46a)은 상면의 분자배향방향(46b)에 대해 ø°에서 교차하도록 설정되어 있다. 비틀림 위상판(46)의 광학이방성(△n)은 약 0.2, 두께(d)는 6800ø/250으로 설정된다.

제2위상판(44)의 연신축(44a)은 비틀림 위상판(46)의 분자배향방향(46a)에 대해 10°±10°(기준선(S)에 대해서 45°±10°)에서 교차하도록 설정되어 있다.

제1위상판(43)의 △n·d는 1600nm±30nm, Rz값은 0.3∼0.7(바람직하게는 0.45±0.1)이고, 비틀림 위상판(46)의 △n은 0.2, 두께(d)는 6800·(ø/250)±100nm이고, 액정층(45)의 △n은 0.2, 두께(d)는 6800·(250-ø)/250±100nm, 따라서 합성 △n·d는 1360nm±100nm이고, 제2위상판(44)의 △n·d는 1600nm±30nm, Rz계수는 0.3∼0.7(바람직하게는 0.45±0.1)이다.

이와 같은 구성에 의하면 액정층(45)으로의 인가전압의 상승에 따라 표시색이 붉은보라, 백색, 청보라, 검은색으로 변화하고, 주사전극(15)과 신호전극(16)에 인가하는 신호를 제어하는 것에 의해, 액정층(45)의 실효인가전압을 제어하고, 표시색을 제어하여 컬러화상을 표시하는 것이 가능하게 된다.

실시예 7에 있어서도 표시색의 제어를 위해 필요한(최적화된) 액정분자의 비틀림각(250°)과 그 층두께를 액정층(45)의 비틀림각(250°-ø°)과 그 두께, 및 비틀림 위상판(46) 내 액정분자의 비틀림각(ø)과 그 두께에 의해 확보하고 있으므로, 온도변화에 의한 리타데이션의 변화가 작다. 따라서 온도변화에 상관없이 안정되게 임의의 색(전극(15,16) 사이에 인가하는 전압에 대응하는 색)을 표시할 수 있다.

그리고 실시예 7에 있어서는 비틀림 위상판(46)을 액정셀(12)의 하측(광반사측)에 배치했지만, 비틀림 위상판(46)을 액정셀(12)의 상측(광입사측)에 배치해도 되고, 그 경우 하면 근방의 분자배열방향(46a)과 액정셀의 상배향막(17)의 배향처리방향(17a)이 평행하게 되도록 배치해야 한다.

[실시예 8]

실시예 8은 액정분자의 비틀림배향각도가 80°∼120°의 TN형 액정셀에 대해 색조정광학소자로서 호메오트로픽 액정셀을 배치한 것이다.

제23도에 있어서, 상기 표시구동용 액정셀(이하, 구동셀이라고 함)(50)은 액정층의 각 영역에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 투명한 전극(53,54)을 형성하고 그 위에 배향막(55,56)을 설치한 상하 한쌍의 투명기판(51,52)을 각각의 전극형성면을 서로 대향시켜 배치하고, 이 양기판(51,52) 사이에 액정(58)을 협지(挾持)시킨 것으로, 상기 양기판(51,52)은 틀형상의 실재(57)를 개재시켜 접합되어 있고, 액정(58)은 양기판(51,52) 사이의 실재(57)로 둘러싸인 영역에 봉입되어 있다.

상기 양기판(51,52)의 배향막(55,56)은 폴리이미드 등으로 구성되는 수평배향막이고, 이들 배향막(55,56)에는 액정분자(58a)의 배향방향을 규제하기 위한 배향처리(예를 들면 러빙처리)가 서로 거의 직교하는 방향으로 실시되어 있다.

또 상기 액정(58)은 투명이방성이 플러스의 네머틱액정이고, 이 액정(58)의 분자는 상기 배향막(55,56)에 의해 각각의 배향막 근방에 있어서의 배향방향을 규제할 수 있고, 양기판(51,52) 사이에 있어서 80°∼120°의 비틀림각으로 비틀려 배향되어 있다.

본 예의 액정셀은 세그먼트 표시형의 것이며, 상기판(51)에 형성된 전극(53)은 코먼전극, 하기판(52)에 형성된 전극(54)은 표시패턴에 대응한 형상의 복수 세그먼트 전극이다. 그리고 세그먼트전극(54)과 코먼전극(53)에는 전압인가수단으로서의 구동제어회로(59)가 접속되어 있고, 이 구동제어회로(59)에 의해 입력정보에 따른 전압이 액정(58)에 인가되고, 이 인가전압에 대응하여 액정(58)에 의한 복굴절효과가 변화하고 입력정보에 따른 컬러표시를 얻을 수 있다.

한편, 색조정용의 액정셀(이하, 색조정셀이라고 함)(60)은 액정층에 그 대부분 영역에 걸쳐 똑같이 전압을 인가하기 위한 1장 막형상의 투명기판(63,64)을 형성하고 그 위에 배향막(65,66)을 설치한 한 쌍의 투명기판(61,62)을 각각의 전극형성면을 서로 대향시켜 배치하고, 이 양기판(61,62) 사이에 액정(68)을 협지시킨 것으로, 상기 양기판(61,62)은 틀형상의 실재(67)를 개재시켜 접속되어 있고, 액정(68)은 양기판(61,62) 사이의 실재(67)로 둘러싸인 영역에 봉입되어 있다. 그리고 이 색조정셀(60)은 상기 구동셀(50)과 거의 동일 면적의 액정셀이다.

이 색조정셀(60)의 양기판(61,62)에 설치한 배향막(65,66)은 실란계 화합물 등으로 구성되는 수직배향막이고, 이들 배향막(65,66)에는 전압인가시 액정분자(68a)의 도복(倒伏)방향을 규제하기 위한 배향처리(예를 들면 러빙처리)가 서로 거의 평행하고 또 반대방향으로 실시되고 있다.

또 이 색조정셀(60)의 액정(68)은 투명이방성이 마이너스 네머틱액정이고, 이 액정(68)의 분자(68a)는 상기 배향막(65,66)의 막면에 대해 거의 수직으로 입상한 상태로 호메오트로픽 배향되어 있다.

이 색조정셀(60)의 1장막 전극(63,64)에는 구동회로(69)가 접속되어 있고, 이 구동회로(69)에 의해 원하는 컬러표시를 얻기 위해 조정된 전압이 액정(68)에 인가된다.

그리고 상기 구동셀(50)과 색조정셀(60)은 서로 겹치어 배치되어 있고, 한 쌍의 편광판(71,72)은 상기 2개의 액정셀(50,60)을 사이에 두고 배치되어 있다. 그리고 이 실시예에서는 구동셀(50)의 광입사측에 색조정셀(60)을 배치하고 있다.

또 반사판(73)은 예를 들면 표면(반사면)을 조면화처리한 알루미늄박막 등으로 구성되는 확산반사판이고, 이 반사판(73)은 액정표시장치의 이면, 즉 제23도에 있어서 하측에 배치한 편광판(72)의 외면에 설치되어 있다.

제24도는 구동셀(50) 및 색조정셀(60)의 각 액정분자(58a,68a)의 배향상태와 한 쌍의 편광판(71,72)의 투과축 방향을 도시하는 평면도이다.

이 제24도와 같이 상기 구동셀(50)의 상기판(51) 측 액정분자 배향방향(51a)(배향막(55)의 배향처리방향)은 기준선(도면에서는 수평선)(S)에 대해 도면상 좌회전으로 약 45°어긋난 방향, 하기판(52) 측 액정분자 배향방향(52a)(배향막(56)의 배향처리방향)은 상기 상기판(51) 측 액정분자배향방향(51a)에 대해 도면상 우회전으로 약 90°±10° 어긋난 방향에 있고, 이 구동셀(50)의 액정분자(58a)는 하기판(52)에서 상기판(51)을 향해 도면상 우회전으로 약 90°±10°비틀림각으로 비틀어 배향하고 있다.

한편 제24도에 있어서 61a는 상기 색조정셀(60)의 상기판(61) 측 배향막(65)의 배향처리방향, 62a는 하기판(62) 측 배향막(66)의 배향처리방향을 도시하고 있고, 이 양기판(61,62) 측의 배향처리방향(61a,62a)은 서로 거의 평행하고, 또 반대방향으로 되어 있다.

그리고 이 색조정셀(60)은 상기 배향처리방향(61a,62a), 즉 전압 인가시 액정분자(68a)의 도복방향을 상기 기준선(S)과 거의 평행하게 하여 배치되어 있다. 그리고 이 색조정셀(60)은 액정분자(68a)를 호메오트로픽 배향시킨 것이므로, 그 액정분자(68a)의 분자장축(a)은 색조정셀(60)의 법선 방향에 있다.

그리고 상기 한 쌍의 편광판(71,72) 중 상기 색조정셀(60) 측에 배치한 상편광판(71)은 그 투과축(71a)을 상기 기준선(S)에 대해 도면상 좌회전으로 약 45°±50°어긋나게 설치되어 있다. 즉, 이 상편광판(71)의 투과축(71a)은 상기 구동셀(50)의 상기판(51) 측 배향처리방향(51a)과 거의 평행하고, 또 상기 색조정셀(60)의 전압 인가시 액정분자 도복방향(배향처리방향(61a,62a))에 대해 45°±5°어긋남 각으로 비스듬히 어긋나 있다.

또 상기 구동셀(50) 측에 배치한 하편광판(72)은 그 투과축(72a)을 상기 기준선(S)에 대해 도면상 우회전으로 45°±5°어긋나게 설치되어 있고, 따라서 이 하편광판(72)의 투과축(72a)은 구동셀(50)의 하기판측(52)의 배향처리방향(52a)과 거의 평행하고, 또 상편광판(71)의 투과축(71a)에 대해 거의 직교하고 있다.

이 컬러액정표시장치는 그 표면측(제23도에 있어서 상측)에서 외광(자연광 또는 실내조명광)을 입사시키고, 그 빛을 이면측의 반사판(73)에 반사시켜 표시하는 반사형의 것이고, 상기 구동셀(50)의 코먼전극(53)과 각 세그먼트전극(54) 사이에 표시정보에 따라 선택적으로 온전압을 인가함과 동시에, 상기 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 인가하는 전압을 제어하여 표시구동된다.

제25도는, 상기 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있고, 이 색조정셀(60)의 전극(63,64)은 액정층의 대부분 영역에 걸치는 1장막형상의 전극이므로, 이 전극(63,64) 사이에 전압을 인가하면 색조정셀(60)의 액정분자(68a)가 액정층의 대부분 영역에 걸쳐 초기배향상태인 호메오트로픽 배향상태에서 일방향(양기판(61,62) 측 배향처리방향(61a,62a)에 따르는 방향)으로 도복배향한다.

이 때 액정분자(68a)의 도복각(색조정셀(60)의 법선에 대한 각도)(θ)는 인가되는 전압값에 의해 정해지고, 인가전압을 높게 하면 도복각(θ)이 커진다.

제26도는 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 전압을 인가했을 때, 구동셀(50) 및 색조정셀(60)의 액정분자(68a) 배향상태와 한 쌍의 편광판(71,72)의 투과축 방향을 도시하는 평면도이고, 이때는 색조정셀(60)의 액정분자(68a)의 분자장축(a) 방향이 상기 기준선(S)과 거의 평행하게 된다.

상기 컬러액정표시장치의 표시동작을 설명하면 컬러액정표시장치에 있어서는 그 표면측에서 상편광판(71)을 통과하여 입사한 수직편광이 먼저 색조정셀(60)을 통과하고, 계속해서 구동셀(50)을 통과하여 하편광판(72)에 입사한다.

그리고 상기 색조정셀(60)은 그 액정분자(68a)가 제23도와 같이 호메오트로픽 배향하고 있는 상태에서는 액정(68)의 굴절율이방성(△n)값이 외관상 0이고, 따라서 빛을 대부분 복굴절시키지 않고 투과시키므로, 이 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 전압을 인가하고 있지 않은 상태, 즉, 색조정셀(60)의 액정분자(68a)가 초기배향상태인 호메오트로픽 배향상태에 있을 때는, 상기 컬러액정표시장치는 구동셀(50)과 한 쌍의 편광판(71,72)으로 구성되는 액정표시장치와 마찬가지로 표시 구동한다.

즉, 이때는 상편광판(71)을 통과하여 입사한 직선편광이 그 편광상태인 채로 색조정셀(60)을 통과하여 구동셀(50)에 입사한다.

이 구동셀(50)의 액정분자(58a)는 온전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는 초기의 비틀림 배향상태에 있고, 전극(53,54) 사이에 온전압이 인가되었을 때, 이 전압에 의해 기판(51,52) 면에 대해 거의 수직으로 입사하여 배향한다.

이 때문에 구동셀(50)의 액정분자(58a)가 비틀림 배향상태에 있는 영역에 대응하는 배경영역에서는 구동셀(50)에 입사한 직선편광이 액정(58)의 선광(旋光)작용을 받고, 약 90°선광된 상태에서 구동셀(50)을 출사하고 하편광판(72)에 입사한다.

또 구동셀(50)의 액정분자(58a)가 온전압의 인가에 의해 입사배향한 영역에 대응하는 표시영역에서는 액정(58)의 복굴절효과(△n)가 외관상 0이 됨과 동시에, 구동셀(50)의 선광작용이 대부분 없어지므로, 구동셀(50)을 출사하여 하편광판(72)에 입사한다.

그리고 이 실시에서는 상하 편광판(71,72)의 투과축(71a,72a)을 서로 거의 직교시키고 있으므로, 상기 구동셀(50)의 액정분자(58a)가 비틀림 배향상태에 있는 영역에 대응하는 배경영역에서는 구동셀(50)을 출사하여 하편광판(72)에 입사한 직선편광이 이 하편광판(72)을 투과하여 표시가 백색이 되고, 또 구동셀(50)의 액정분자(58a)가 입상배향한 영역에 대응하는 표시영역에서는 구동셀(50)을 출사하여 하편광판(72)에 입사한 직선편광이 이 하편광판(72)에 흡수되어 표시가 검은색이 된다.

즉, 상기 컬러액정표시장치에는 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 포지티브 표시타입의 TN형 액정표시장치와 마찬가지로 백색의 배경안에 검은색으로 표시정보를 표시한다.

한편, 상기 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 전압을 인가하고, 그 액정분자(68a)를 상기 호메오트로픽 배향상태에서 일방향으로 도복배향시키면, 이 색조정셀(60)이 위상판과 동일한 복굴절효과를 같게 된다.

즉, 액정분자가 셀법선에 대해 일방향으로 비스듬히 배향하고 있는 액정셀은 그 액정분자의 분자장축 방향으로 분자배열방향이 있는 위상판으로 생각해도 좋고, 따라서 상기 색조정셀(60)의 액정분자(68a)를 제25도와 같이 일방향으로 도복배향시키면 이 색조정셀(60)이 제26도에 도시한 분자장축(a) 방향으로 분자배열방향이 있는 위상판과 동일한 복굴절효과를 갖는다.

이때 색조정셀(60)의 액정(68) 미관의 굴절율이방성(△n)은 다음의 식(9)으로 표시되고, 이 굴절율이방성(△n)은 액정분자(68a)의 도복각(θ)(제25도 참조)에 따라 변화한다.

n_e:이상광에 대한 굴절율

n_o:정상광에 대한 굴절율

이 때문에 색조정셀(60)의 전극(63,64) 사이에 전압을 인가하여 그 액정분자(68a)를 일방향으로 도복배향시킨 상태에서는 상편광판(71)을 통과하여 색조정셀(60)에 입사한 직선편광이 색조정셀(60)을 통과하는 과정에서 그 복굴절효과에 의해 편광상태를 변화시켜 타원편광이 되고, 이 타원편광이 구동셀(50)에 입사한다.

그리고 구동셀(50)의 액정분자(58a)는 상술한 바와 같이 온전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는 비틀림 배향상태에 있고, 전극(53,54) 사이에 온전압이 인가되었을 때에 이 전압에 의해 기판(51,52) 면에 대해 거의 수직으로 입상배향하므로, 이 구동셀(50)의 액정분자(58a)가 비틀림 배향상태에 있는 영역에 대응하는 배경영역에서는 상편광판(71)을 통과하여 입사한 직선편광이, 먼저 색조정셀(60)의 복굴절효과에 의해 타원편광이 되고, 이 타원편광이 구동셀(50)의 선광작용에 의해 더욱 편광상태를 변화시켜 하편광판(72)에 입사한다.

즉, 이 배경영역에서는 상편광판(71)을 통과하여 입사한 직선편광이 색조정셀(60)의 복굴절효과와 구동셀(50)의 선광작용을 받고, 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 되어 하편광판(72)에 입사하고, 그중 상기 하편광판(72)을 투과하는 편광성분의 빛만이 이 하편광판(72)을 통과하여 출사하고, 이 출사광이 그것을 구성하는 각 파장광의 비율에 대응한 색으로 착색한다.

또 액정셀(51)의 액정분자(58a)가 입상배향한 영역에 대응하는 표시영역에서는 이 구동셀(50)의 선광작용이 대부분 없어지므로, 색조정셀(60)의 복굴절효과만을 받은 타원편광이 하편광판(72)에 입사하고, 그중 상기 하편광판(72)을 투과하는 편광성분의 빛만이 이 하편광판(72)을 통과하여 출사하고, 그 출사광이 이 각 파장광의 구성비율에 대응한 색으로 착색한다.

이 표시영역의 출사광 색은 상기 하편광판(72)에 입사하는 타원편광의 편광상태가 상기 배경영역과 표시영역에서 다르므로, 배경영역의 출사광 색과는 다른 색이고, 따라서 어떤 색으로 착색한 배경 안에 다른 색으로 표시정보가 표시된다.

그리고 이 실시예의 컬러액정표시장치는 그 이면에 반사판(73)을 배치한 반사형의 것이고, 상기 하편광판(72)을 출사한 빛은 상기 반사판(73)에서 반사되고, 상기 하편광판(72)과 구동셀(50)과 색조정셀(60)과 상편광판(71)을 통과하여 표면측에 출사한다.

또 상기 색조정셀(60)이 액정분자(68a)는 상술한 바와 같이 초기배향상태인 호메오트로픽 배향상태에서 전압의 인가에 의해 일방향으로 도복배향하지만, 그때 액정분자(68a)의 도복각(θ)는 인가되는 전압값에 의해 정해진다.

그리고 색조정셀(60)의 복굴절효과(위상판의 리타데이션에 상당)는 액정(68)의 굴절율이방성(△n)과 액정층두께(d)와의 곱(△nd)에 의해 정해지지만, 액정(68) 미관의 굴절율이방성(△n)은 상기 식(9)에서 표시되는 바와 같이 액정분자(68a)의 도복각(θ)에 따라 변화하므로, 이 색조정셀(60)이 복굴절효과는 액정분자(68a)의 배향상태에 따라 변화한다.

이 때문에 이 색조정셀(60)에 인가하는 전압값을 제어하여 그 복굴절효과를 변화시키면, 그것에 따라 상기 하편광판(72)에 입사하는 타원편광의 편광상태가 변화하고, 상술한 배경영역의 출사광과 표시영역의 출사광이 각각 다른 색으로 착색한다.

이와 같이 상기 컬러액정표시장치는 광투과율이 작은 컬러필터를 사용하지 않고, 표시구동용 및 색조정용의 2개 액정셀(50,60)의 복굴절효과와 한 쌍의 편광판(71,72)의 편광작용에 의해 빛을 착색하는 것이므로, 반상형의 액정표시장치에 있어서도 빛의 투과율을 높게 하여 밝은 컬러표시를 얻을 수 있다.

또 상기 컬러액정표시장치는 색조정셀(60)에 전압을 인가하지 않은 상태에서의 흑백표시와, 전압을 인가했을 때의 착색표시를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 색조정셀(60)에 인가하는 전압 값을 제어함으로써 표시색뿐만 아니라 배경색도 임의로 변화시킬 수 있으므로, 표시에 변화를 가져올 수 있다.

그리고 상기 실시예에서는 상편광판(71)의 투과축(71a)을 구동셀(50)의 상기판(51) 측 액정배향방향(51a)과 거의 평행하게 하고, 하편광판(72)의 투과축(72a)을 구동셀(50)의 하기판(52) 측 액정분자배향방향(52a)과 거의 평행하게 하고 있지만, 이들 편광판(71,72)의 투과축(71a,72a)은 구동셀(50)이 양기판(51,52) 측 액정분자배향방향(51a,52a)과 거의 직교시켜도 된다.

또 상기 실시예에서는 상하 편광판(71,72)의 투과축(71a,72a)을 서로 거의 직교시키고 있지만, 이 양편광판(71,72)의 투과축(71a,72a)은 서로 거의 평행해도 되고, 그 경우는 흑백표시에 있어서의 백색과 검은색이 상기 실시예와 반대인 네가티브 표시타입이 된다.

또 상기 실시예에서는 색조정셀(60)의 액정분자(68a)도 도복배향방향(양기판(61,62)측의 배향처리방향(61a,62a))과 한 쌍의 편광판(71,72)의 투과축(71a,72a)과의 어긋남 각을 각각 45°±50°로 했지만, 이 어긋남각은 임의로 좋다.

단, 상기 색조정셀(60)의 액정분자(68a)가 일방향으로 도복배향한 상태에서의 직선편광에 대한 복굴절효과는 이 액정분자(68a)이 분자장축(a) 방향에 대해서 45°어긋남 각으로 직선편광을 입사시켰을 때가 가장 크기 때문에, 선명한 착색광을 얻기 위해서는 적어도 색조정셀(60)의 광입사측에 배치한 상편광판(71)의 투과축(71a)과 색조정셀(60)이 액정분자(68a) 도복배향방향과의 어긋남 각을 45°±50°로 하는 것이 바람직하다.

또 상기 실시예서는 구동셀(50)의 액정분자(58a) 비틀림각을 약 90°로 했지만, 이 구동셀(50)이 액정분자 비틀림각은 90°에 한정되지 않고, 예를 들면 180°∼270°로 해도 된다.

이 경우 구동셀(50)에 의한 복굴절작용이 커지므로, 명료한 흑백표시를 얻기가 곤란하게 되지만, 배경색과 표시색이 모두 복수의 유채색으로 변화하는 다채로운 컬러표시를 보다 선명하게 얻을 수 있다.

또한 색조정용이 호메오토로픽 배향형 액정셀은 구동셀의 반사판측에 배치해도 된다.

[실시예 9]

실시예 9는 실시예 8에 있어서의 색조정셀로서 호메오트로픽 배향형 액정셀이 아닌 호모지니어스 배향형 액정셀을 배치한 실시예이다. 또 이하의 설명에서 실시예 8와 동일 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

제27도에 있어서, 구동셀(50)의 광입사측(도면중 상측)에는 호모지니어스 배향형의 색조정셀(80)이 배치되어 있다. 이 색조정셀(80)은 한 쌍의 투명기판(81,82) 각각에 1장막형상의 투명전극(83,84)을 형성하고, 그 위에 폴리이미드 등으로 구성되는 수평배향막(85,86)을 각각 적층하고, 이들 한 쌍의 투명기판(81,82)을 틀형상의 실재(87)를 개재시켜 대향배치하고, 각 배향막(85,86)이 대향하는 공간내에 액정(88)으로서 유전율이방성이 플러스인 네가티브액정을 봉입하여 구성된다. 이 색조정셀(80)의 1장막 전극(83,84)에는 구동회로(89)가 접속되어 있고, 이 구동회로(89)에 의해 원하는 컬러표시를 얻기 위해 조정된 전압이 액정(88)에 인가된다.

각 배향막(85,86)에는 제28도에 도시하는 바와 같이 기준선(S)에 대해 모두 평행하게 또 반대방향으로 배향처리가 실시되고 있다. 이것에 의해 전극(83,84)에 전압을 인가하지 않은 초기상태에 있어서는 액정분자가 각 배향처리방향(85a,86a)을 따라 거의 평행하게 배열하고, 전극(83,84)에 인가되는 전압에 따라 호모지니어스 배향상태에서 서서히 입상배향한다.

이 호모지니어스 배향셀을 색조정셀(80)로서 사용했을 때의 표시동작은 다음과 같다. 호모지니어스 배향셀을 색조정셀(80)에 사용한 컬러액정표시장치에서는 색조정셀(80)의 전극(83,84) 사이에 액정분자(88a)를 기판(81,82) 면에 대해 거의 수직으로 입상배향시키는 전압을 인가했을 때, 즉, 액정분자(88a)의 분자장축이 색조정셀(80)의 법선방향을 향했을 때, 액정(88)의 굴절율이방성(△n) 값이 외관성 0이 되고, 그 때는 컬러액정표시장치가 구동셀(50)과 한 쌍의 편광판(71,72)으로 구성되는 액정표시장치와 마찬가지로 표시동작한다.

이때의 표시는 구동셀(50)의 액정분자(58a)가 비틀림 배향상태에 있는 영역에 대응하는 배경영역의 표시가 백색, 구동셀(50)이 액정분자(58a)가 입상배향한 영역에 대응하는 표시영역의 표시가 검은색이다.

한편, 상기 색조정셀(80)의 전극(83,84) 사이에 전압을 인가하고 있지 않은 상태(액정분자(88a)가 호모지니어스 배향하고 있는 상태), 또는 상기 전극(83,84) 사이에 비교적 낮은 전압을 인가하여 액정분자(88a)를 상기 호모지니어스 배향상태로 있는 정도 비스듬히 입상배향시킨 상태에서는 이 색조정셀(80)이 위상판과 동일한 복굴절효과를 가지므로, 이때는 상편광판(71)을 통과하여 색조정셀(80)에 입사한 직선편광이 색조정셀(80)을 통과하는 과정에서 그 복굴절효과에 의해 파장마다 편광상태가 다른 타원편광이 되고, 이 타원편광이 구동셀(50)에 입사한다.

즉, 실시예 8과는 색조정셀에 대한 인가전압과 표시동작의 관계가 반대되고, 색조정셀(80)에 전압을 인가했을 때에 액정분자가 기판에 대해 거의 수직으로 배향한 호메오트로픽상태가 되어 흑백표시가 가능하게 되고, 전압무인가상태와 이 상태에서 서서히 인가전압을 상승했을 때, 배경색과 표시색이 모두 복수의 유채색으로 변화하는 다채로운 컬러표시를 얻을 수 있다. 그 경우 인가전압에 대한 배경색과 표시색의 관계의 구체예를 표 1에 도시한다. 그리고 이 구체예에서의 색조정셀은 n_e=1.1, n_o=1.0, 액정층두께 d=8.3μm이다.

이상 상세히 설명한 실시예 1∼실시예 9는 모두 반사판을 구비한 반사형 컬러액정표시장치이지만, 이것에 한정되지 않고 본 발명은 반사판을 갖지 않는 투과형 컬러액정표시장치 또는 반투과반사판을 구비하여 투과형과 반사형의 겸용이 가능한 반투과형 컬러액정표시장치에도 적용할 수 있다. 즉, 실시에 1∼실시예 9에서 각각 반사판을 반투과반사판으로 바꾸어 백라이트를 설치하든가 또는 반사판을 제거하고 백라이트를 설치해도 된다.

또 실시예 1∼실시예 7은 단순 매트릭스 형의 컬러액정표시장치이고, 실시예 8 및 9는 세그먼트 표시형의 컬러액정표시장치의 실시예이지만, 이것에 한정되지 않고 실시예 1∼실시예 7을 세그먼트 표시형, 실시예 8, 9를 단순 매트릭스형으로 하는 것도 가능하고, 또는 실시예 1∼9는 전체를 액티브매트릭스형 즉 매트릭스형으로 형성된 화소 각각에 능동스위치소자로서 박막트랜지스터 등을 배설한 컬러액정표시장치로 해도 된다.

Claims

대향하는 면 각각에 전극(15,16,53,54,63,64,83,84)과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막(17,18,55,56,65,66,85,86)이 형성된 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82)과, 이들 한 쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 소정의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열한 액정층(20,32,41,45)과, 상기 한 쌍의 기판 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치되고, 입사광을 직선편광화함과 동시에 복굴절작용을 받아 타원편광화한 빛을 검광하여 출사광을 착색시키는 한 쌍의 편광판(23,24,71,72)과, 상기 전극에 접속되고, 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 상기 출사광의 색이 바뀌도록 상기 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배향상태를 바꾸는 전압인가수단과, 상기 한 쌍의 편광판 사이에 배치됨과 동시에 복굴절성을 구비하고, 상기 출사광의 색상을 조정하는 색조정광학소자를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 액정층(20,32,41,45)의 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 180°∼270°의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 색조정광학소자는 그 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 굴절율을 n_X,n_Y,n_Z라고 했을 때, n_Xn_Zn_Y를 만족하는 2장의 2축성 위상판(21,22,43,44)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제3항에 있어서, 상기 2장의 2축성 위상판(21,22,43,44)은 상기 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판(23,24,71,72) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제3항에 있어서, 상기 2장의 2축성 위상판(21,22,43,44)의 한쪽이 상기 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판(23,24,71,72) 사이에 배치되고, 다른 쪽 2축성 위상판이 다른 쪽 기판과 이것에 대향하는 다른 쪽 편광판 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 색조정광학소자는 복굴절성을 구비하고, 그 굴절율을 n으로 하고 광흡수계수를 k라고 한 경우에, N=n-ik가 되는 복소수(N)로 표시되는 복소굴절율을 구비함과 동시에, 상기 광흡수계수(k)가 파장이 긴 빛에 대한 정도 작아지는 특성을 갖는 복소굴절소자(33,34,36,37)인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제6항에 있어서, 상기 복소굴절소자(33,34,36,37)는 그 평면내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면 내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 복소굴절율을 N_X,N_Y,N_Z라고 했을 때, N_XN_ZN_Y를 만족하는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제7항에 있어서, 상기 복소굴절소자(33,34,36,37)를 2장 구비하고, 이들 2장이 상기 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판(23,24,71,72) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제7항에 있어서, 상기 복소굴절소자(33,34,36,37)를 2장 구비하고, 그중 한쪽이 상기 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판(23,24,71,72) 사이에 배치되고, 다른 쪽 복소굴절소자가 다른 쪽 기판과 이것에 대향하는 다른 쪽 편광판 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 색조정광학소자는 그 재료분자가 한쪽 표면에서 다른쪽 표면을 향해 비틀어지도록 나란히 배열하여 구성되는 비틀림 위상판(40,42,46)인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제10항에 있어서, 상기 비틀림 위상판(40,42,46)은 재료분자의 비틀림 방향이 상기 액정층(20,32,43,45)의 액정분자(38a,58a,68a,88a) 비틀림방향과 반대이고, 그 비틀림각도가 거의 동일한 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제10항에 있어서, 상기 비틀림 위상판(40,42,46)은 상기 한 쌍의 기판(13,14,51,52, 61,62,81,82) 한쪽에 적층되고, 재료분자의 비틀림 방향이 상기 액정층(20,32,41,45)의 액정분자(38a,58a,68a,88a) 비틀림 방향과 동일하고, 그 비틀림각도와 상기 액정분자 비틀림각도의 합이 230°∼270°인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제12항에 있어서, 그 평면내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 굴절율을 n_X,n_Y,n_Z라고 했을 때, n_Xn_Zn_Y를 만족하는 2장의 2축성 위상판(21,22,43,44)을 한 쌍의 편광판(23,24,71,72) 사이에 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 액정층(20,32,41,45)의 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 80°∼120°의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제14항에 있어서, 상기 색조정광학소자는 각각의 전극(15,16,53,54,63,64,83,84)을 갖는 한 쌍의 투명기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 사이에 액정재료가 봉입되어 있고, 그 액정분자(38a,58a,68a,88a)를 상기 기판면에 대해 수직으로 배향시킨 호메오트로픽 액정셀인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제14항에 있어서, 상기 색조정광학소자는 각각이 전극(15,16,53,54,63,64,83,84)을 갖는 한 쌍의 투명기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 사이에 액정재료가 봉입되어 있고, 그 액정분자(38a,58a,68a,88a)를 상기 기판면에 대해 평행하게 배향시킨 호모지니어스 액정셀인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판(23,24,71,72) 한쪽 외측에 광반사판(25,73)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
대향하는 면 각각에 전극(15,16,53,54,63,64,83,84)과 이 전극을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막(17,18,55,56,65,66,85,86)이 형성된 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82)과, 이들 한 쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 소정의 비틀림 각도로 비틀어지도록 나란히 배열한 액정층(20,32,41,45)과, 상기 한 쌍의 기판 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치되고, 입사광을 직선편광화함과 동시에 복굴절작용을 받아 타원편광화한 빛을 검광하고 출사광을 착색시키는 한 쌍의 편광판(23,24,71,72)과, 상기 전극에 접속되고, 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 상기 출사광의 색이 바뀌도록 상기 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배향상태를 바꾸는 전압인가수단과, 상기 한 쌍의 편광판 사이에 배치되고, 복굴절성을 구비하고, 그 굴절율을 n으로 하고 광흡수계수를 k라고 한 경우에, N=n-ik가 되는 복소구(N)로 표시되는 복소굴절율을 구비함과 동시에, 상기 광흡수계수(k)가 파장이 긴 빛에 대한 정도 작아지는 특성을 갖는 복굴절소자(33,34,36,37)를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제18항에 있어서, 상기 액정층(20,32,41,45)은 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 230°∼270°의 비틀림 각도를 비틀어지도록 나란히 배열하고, 굴절율이방성(△n)과 액정층두께(d)의 곱(△n·d)이 1260nm∼1460nm인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제19항에 있어서, 상기 복소굴절소자(33,34,36,37)는 그 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면 내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 복소굴절율을 N_X,N_Y,N_Z라고 했을 때, N_XN_ZN_Y를 만족하는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제19항에 있어서, 상기 복소굴절소자(33,34,36,37)를 2장 구비하고, 이들 2장이 상기 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82) 한쪽과 이 한쪽 기판에 대향하는 편광판(23,24,43,44) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제19항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판(23,24,42,44) 한쪽 외측에 광반사판(25,73)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
대향하는 면 각각에 전극과 이 전극(15,16,53,54,63,64,83,84)을 덮고 소정방향으로 배향처리가 실시된 배향막(17,18,55,56,65,66,85,86)이 형성된 한 쌍의 기판(13,14,51,52,61,62,81,82)과, 이들 한 쌍의 기판 사이에 형성되고, 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른쪽 기판을 향해 소정의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열한 액정층(20,32,41,45)과, 상기 한 쌍의 기판 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치되고, 입사광을 직선편광화함과 동시에 복굴절작용을 받아 타원편광화한 빛을 검광하고 출사광을 착색시키는 한 쌍의 편광판(23,24,71,72)과, 상기 전극에 접속되고, 상기 액정층을 투과하는 빛의 편광상태가 변화하여 상기 출사광의 색이 바뀌도록 상기 액정층에 인가하는 전압을 변화시켜 액정분자의 배향상태를 바꾸는 전압인가수단과, 상기 한 쌍의 편광판 내의 한쪽과 이것에 대향하는 상기 한 쌍의 기판 한 쪽 사이에 배치되고, 그 평면 내에서 굴절율이 최대가 되는 방향과 이 방향과 그 평면 내에서 직교하는 방향 및 두께방향의 각 굴절율을 N_X,N_Y,N_Z라고 했을 때, N_XN_ZN_Y를 만족하는 2장의 2축성 위상판(22,22,43,44)을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제23항에 있어서, 상기 액정층(20,32,41,45)은 액정분자(38a,58a,68a,88a)가 한쪽 기판에서 다른 쪽 기판을 향해 230°∼270°의 비틀림각도로 비틀어지도록 나란히 배열하고, 굴절율이방성(△n)과 액정층두께(d)의 곱(△n·d)이 1250nm∼1450nm인 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
제24항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판(23,24,71,72) 한쪽 외측에 광반사판(25,73)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.