KR100708795B1

KR100708795B1 - 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR100708795B1
Application number: KR1020057000837A
Authority: KR
Inventors: 유조 히사따께
Original assignee: 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: KR20060035565A

Abstract

원편광 주도형의 수직 배향 모드의 액정 표시 소자는, 광원 BL, 제1 편광판(6) 및 제1 위상차판(4)을 포함하는 원편광자 구성체 P, 액정 셀 C를 포함하는 가변 리타더 구성체 VR, 제2 편광판(5) 및 제2 위상차판(3)을 포함하는 원검광자 구성체 A의 순서로 구성한다. 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)은 진상축 및 지상축을 투과하는 소정 파장의 광 사이에 1/4 파장의 위상차를 부여하는 1축의 4분의 1 파장판이다. 제1 편광판(6)과 제1 위상차판(4) 사이에, 굴절율 이방성이 nx＞ny＝nz로 되는 광학적으로 1축의 제3 위상차판(2)을 그 지상축이 제1 편광판(6)의 투과축과 대략 평행하게 되도록 배치하고, 또한 액정 셀 C와 제1 위상차판(4) 또는 제2 위상차판(3) 사이에, 굴절율 이방성이 nx＝ny＞nz로 되는 광학적으로 마이너스의 1축의 제4 위상차판(1)을 배치한 것을 특징으로 한다.

원편광, 타원편광, 파장, 위상차, 편광판, 위상차판, 굴절율, 굴절율 이방성, 액정 셀, 투과축, 가변 리타더 구성체, 원검광자 구성체

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 소자에 관한 것으로, 특히 원편광 주도형의 수직 배향 모드의 액정 표시 소자에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 박형, 경량, 저소비 전력 등의 여러 가지 특징을 갖고 있어, OA 기기, 정보 단말기, 시계, 및 텔레비전 등의 여러 가지 용도에 응용되고 있다. 특히, 박막 트랜지스터(이하, TFT라고 칭함)를 갖는 액정 표시 장치는 그 높은 응답성으로부터 휴대 텔레비전이나 컴퓨터 등과 같이 다량의 정보를 표시하는 모니터로서 이용되고 있다.

최근, 정보량의 증가에 수반하여, 화상의 고정밀화나 표시 속도의 고속화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이들 요구 중 화상의 고정밀화는, 예를 들면 상술한 TFT가 형성하는 어레이 구조를 미세화함으로써 실현되어 있다.

한편, 표시 속도의 고속화에 관해서는, 종래의 표시 모드 대신에, 예를 들면 네마틱 액정을 이용한 OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드, VAN(Vertically Aligned Nematic) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, 및 π 배열 모드, 및 스메틱 액정을 이용한 계면 안정형 강유전성 액정(SSFLC : Surface-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal) 모드 및 반강유전성 액정(AFLC : Anti- Ferroelectric Liquid Crystal) 모드가 검토되고 있다.

이들 표시 모드 중, 특히 VAN 모드는 종래의 TN(Twisted Nematic) 모드보다 빠른 응답 속도를 얻을 수 있고, 또한 정전기 파괴와 같은 불량 발생의 원인으로 되는 러빙 처리를 수직 배향에 의해 불필요하게 할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 그 중에서도, 배향 분할형 VAN 모드(이하, MVA 모드라고 칭함)는 시야각의 확대가 비교적 용이한 것으로 특히 주목받고 있다.

MVA 모드에서는, 마스크 러빙, 화소 전극 구조의 고안, 화소 내에 돌기를 형성하는 등, 이들에 의해서 화소 전극 및 대향 전극으로부터 화소 영역에 인가되는 전계의 기울기를 제어하는 것이 행해지고 있다. 액정층의 화소 영역은 액정 분자의 배향 방향이 전압 인가 상태에서 상호 90°의 각도를 이루도록 하는, 예를 들면 4개의 도메인으로 배향 분할되고, 이에 따라 시각 특성의 대칭성 개선과 반전 현상의 억지를 실현하고 있다.

또한, 액정 분자가 기판 주면에 거의 수직으로 배열한 상태, 즉 흑표시 상태에서의 액정층의 위상차의 시각 의존성을 마이너스의 위상차판을 이용하여 보상하고, 이에 따라 시각에 대한 콘트라스트(CR)를 양호하게 하고 있다. 또한, 이 마이너스의 위상차판이 편광판의 시각 의존성도 보상하도록 하는 면 내 위상차를 갖는 2축 위상차판이면, 더욱 우수한 시각-콘트라스트 특성을 실현할 수 있다.

그러나, 종래의 MVA 모드에서는, 각 화소 내를 배향 분할하고 있기 때문에, 배향 분할 경계 및 배향 분할 구조인 화소 내 돌기나 화소 전극 슬릿의 근방에 쉬리렌 배향이나 의도하지 않은 방위로의 배향 등, 바람직한 액정 배열 방위와는 다 른 방위로 배열한 영역이 형성된다.

직선 편광판을 이용하여, 직선 편광 주도의 복굴절 제어를 행한 액정 표시 소자의 크로스니콜 하에서의 액정층의 투과율 Tlp(LC)는 다음 식으로 표현된다.

이 수학식 1에서, I₀은 편광판의 투과축에 평행한 직선 편광의 투과율이고, θ는 액정층의 지상축과 편광판의 광축이 이루는 각도이며, V는 인가 전압이고, d는 액정층의 두께이며, λ는 액정 표시 소자로의 입사광의 파장이다.

수학식 1에서, 굴절율 이방성 Δn(λ, V)는 그 영역에서의 실효적인 인가 전압 및 네마틱 액정 분자 각각의 기울기 각에 의존한다. T(LC)를 0 내지 I₀로 변화시키기 위해서는, Δn(λ, V)d/λ를 O 내지 λ/2의 범위로 변화시키고, 또한 θ의 값을 π/4(rad)로 할 필요가 있다. 이 때문에, 액정 분자가 π/4 이외의 방위로 배열된 영역에서는 투과율이 저하되게 된다. 상술한 바와 같이, MVA 모드는 배향 분할을 하고 있기 때문에, 필연적으로 이러한 영역을 수반하고 있다. 따라서, MVA 모드는 TN 모드 등과 비교하여 투과율이 낮다는 문제를 갖고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 원편광 주도형의 MVA 모드가 검토되고 있다. 직선 편광판 대신에 위상차판, 즉 진상축 및 지상축을 투과하는 소정 파장의 광 사이에 1/4 파장의 위상차를 부여하는 1축의 4분의 1 파장판을 구비한 편광판, 즉 원 편광판을 이용함으로써 상술한 문제를 해결하고 있다. 원편광판을 이용하여, 원편광 주도형의 복굴절 제어를 행한 액정 표시 소자의 크로스니콜 하에서의 액정층의 투과율 Tcp(LC)는 다음 식으로 표현된다.

이 수학식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 투과율 Tcp(LC)는 액정 분자의 배열 방위에 의존하지 않는다. 따라서, 배향 분할 경계 및 배향 분할 구조의 근방에 쉬리렌 배향이나 의도하지 않은 방위로의 배향 등, 바람직한 액정 배열 방위와는 다른 방위로 배열한 영역을 수반하고 있더라도 액정 분자의 기울기만 제어할 수 있으면, 원하는 투과율을 얻을 수 있는 것이다.

그러나, 종래의 원편광 주도형의 MVA 모드는 시야각 특성이 좁다는 문제를 내포하고 있다.

도 9는 종래의 원편광 주도형 MVA 모드의 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 도시한 것이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 제1 기판(13)은 그 내면에 형성된 ITO(인듐 틴 옥사이드)로 이루어지는 공통 전극(9)을 구비하고 있고, 이 공통 전극(9) 상에 화소 내를 배향 분할하기 위한 돌기(12)를 구비하고 있다. 이것과 대향하는 제2 기판(14)은 그 내면에 형성된 ITO로 이루어지는 화소 전극(10)을 구비하고 있고, 화소 내를 배향 분할하기 위한 슬릿(11)(화소 전극이 없는 영역)을 구비하고 있다. 공통 전극(9)과 화소 전극(10) 사이에는, 유전 이방성이 마이너스 인 네마틱 액정(7)이 협지되어 있고, 액정 분자(8)가 전압을 인가하지 않은 상태에서 기판 주면에 대하여 거의 수직으로 배열하도록 배향 처리가 이루어져 있다.

이러한 구조로 이루어지는 액정 셀은 그 양 외면에 각각 설치된, 위상차판(3, 4) 및 편광판(5, 6)을 구비하고 있다. 위상차판(3, 4)은 도 4에 도시하는 바와 같은 굴절율 이방성을 갖는 1축의 4분의 1 파장판이고, 그 지상축이 편광판(5, 6)의 투과축과 π/4(rad)의 각도를 이루도록 설치되어 있다.

이러한 구조에서는, 한쌍의 위상차판(3, 4)은 각각의 지상축이 상호 직교하는 구조로 되기 때문에, 마이너스의 위상차판으로서 작용한다. 예를 들면 550㎚의 파장의 광에 대하여는 -280㎚ 정도의 마이너스의 위상차를 부여한다. 이에 대하여, 액정층(7)은 전계 제어에 의해 2분의 1 파장의 위상차 변화를 얻기 위해서는, 재료의 굴절율 이방성 Δn과 액정층 두께 d를 곱한 값 Δn·d를 30O㎚ 이상으로 할 필요가 있다. 이 때문에, 액정 표시 소자로서의 토탈 위상차는 제로로는 되지 않아, 흑표시 시의 시야각 특성이 열화된다. 또한, 1축의 4분의 1 파장판을 이용하고 있기 때문에, 편광판의 시야각 특성에 기인하여 액정층에 입사하는 원편광의 편광 특성에도 시야각 의존성이 생기고 있다.

이와 같이 하여, 종래의 원편광 주도형 MVA 모드는 액정층에 입사하는 입사광을 대략 원편광으로 하여 상술한 투과율이 낮은 문제를 해결하고 있지만, 액정층에 입사하는 원편광의 시각 의존성이나 액정층의 위상차의 시각 의존성을 보상하는 수단을 형성하고 있지 않기 때문에, 콘트라스트 시각이 좁다는 문제가 발생한다.

도 10은 도 9에 도시한 구조를 갖는 액정 표시 소자의 등콘트라스트 곡선의 측정 결과의 일례이다. 여기서, 0도(deg.) 및 180도(deg.)의 방위가 화면의 좌우 방향에 상당하고, 90도(deg.) 및 270도(deg.)의 방위가 화면의 상하 방향에 상당한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 콘트라스트비가 10 : 1 이상인 시야는 상하 좌우와도 ± 40° 정도로 좁아, 실용에 견딜 수 있는 특성은 얻어지지 않았다.

이러한 문제에 대하여, 1축의 4분의 1 파장판 대신에 도 12에 도시하는 바와 같은 굴절율 이방성을 갖는 2축의 4분의 1 파장판을 이용하여 액정층에 입사하는 원편광의 시각 의존성을 보상하여, 시야각 특성을 개선하는 제안이 이루어져 있다.

도 11은 도 12에 도시한 2축의 4분의 1 파장판(15)을 이용한 원편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 도시한 것이다. 이 구조에서는, 이용된 4분의 1 파장판의 굴절율 타원체가 도 12에 도시하는 바와 같이 nx＞ny＞nz로 되어 있기 때문에, 면 내의 위상차는 4분의 1 파장이고, 상하에서 면 내 지상축이 상호 직교하도록 배치하면 마이너스의 위상차판으로서 기능하기 때문에, 그 위상차값을 제어하면 액정층의 법선 방향의 위상차를 보상하여, 시야각 특성이 개선된다.

도 13은 도 11에 도시한 원편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자의 등콘트라스트 곡선의 실측 결과이다. 도 10에 도시한 결과와 비교하여, 약간 시야가 확대되고, 특성의 개선이 이루어져 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 경사 방위에 대해서는, 콘트라스트비가 10 : 1 이상인 시야는 ± 80° 정도로 넓지만 상하 좌우 방위는 ± 40° 정도로 실용에 견딜 수 있는 시야각 특성으로 되어 있지 않다. 이는, 액정층의 법선 방향의 위상차가 상술한 2축의 4분의 1 파장판 정도로 개선되지 만, 실제 이용할 수 있는 필름으로서는 고분자 필름이고, 액정층의 위상차의 파장 분산에 합치시키는 것이 곤란한 것에 기인하고 있다. 또한, 원편광판으로서 보면, 충분한 시각 특성을 얻는 구조로는 되어 있지 않은 것도 상술한 콘트라스트비의 시야각 특성의 한 가지 원인으로 되어 있다.

이에 대하여, 도 12에 도시한 2축의 4분의 1 파장판 대신에 도 15에 도시한 바와 같은 굴절율 이방성을 갖는 2축의 4분의 1 파장판을 이용한 원편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자도 제안되어 있다.

도 14는 도 15에 도시한 2축의 4분의 1 파장판(16)을 이용한 원편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 도시한 것이다. 이 구조에서는, 이용한 4분의 1 파장판의 굴절율 이방성이 도 15에 도시한 바와 같이 xn＞ny＜nz로 되어 있다. 도 9 및 도 11에 도시한 구조와 마찬가지로, MVA 모드의 액정 셀의 외면에 4분의 1 파장판(16) 및 편광판(5, 6)을 배치한 구조로 되어 있다.

도 14에 도시한 구조에서는, 이용된 4분의 1 파장판의 굴절율이 ny＜nz로 되어 있기 때문에, 만일 nx＞nz이더라도 이것을 액정 셀의 상하에서 지상축이 직교되도록 배치해도, 1축의 4분의 1 파장판을 상하에서 직교 배치한 도 9의 구조와 비교하여 마이너스의 위상차로서의 작용이 약해지고, nx＜nz의 경우는 플러스의 위상차가 생긴다. 따라서, 액정층의 굴절율 이방성 Δn이 매우 작은 경우, 결국은 액정층의 위상차 변화량이 2분의 1 파장을 하회하여, 액정 셀의 투과율이 불충분하게 되는 조건으로 하지 않는 한, 도 9의 구조보다 콘트라스트 시각 특성이 좁게 된다.

도 16은 도 14에 도시한 원편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자의 등콘트라 스트 곡선의 실측 결과이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 콘트라스트비가 1 : 1 이하인 영역이 발생하여 있어, 도 10 및 도 13보다 좁은 시야각 특성으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이러한 특성으로 되어 있는 것은, 도 11에 도시한 구조와 마찬가지로, 원편광판으로서 보면, 충분한 시야각 특성을 얻는 구조로는 되어 있지 않은 것도 한 가지 원인으로 되어 있다.

또한, 도 11에 도시한 구조 및 도 14에 도시한 구조는, 모두 2축의 4분의 1 파장판을 이용하고 있다. 이러한 2축의 위상차판은 고분자 필름을 2축 연장하여 얻고 있기 때문에, 제조 코스트가 높아지는 문제를 내포하고 있다. 또한, 굴절율의 제어도 한정된 범위에서만 할 수 있기 때문에, 원하는 굴절율 타원체를 실현하는 것이 곤란하게 되어 있다. 또한, 2축성을 얻기 위해서, 재료의 선택 범위가 좁아, 액정의 굴절율의 파장 분산 특성에 합치시키는 것이 곤란하다는 문제도 내포하고 있다(예를 들면, T. Ishinabe et al., A Wide Viewing Angle Polarizer and a Quarter-wave plate with a Wide Wavelength Range for Extreme1y High Quality LCDs, IDW'01 Proceedings, p485(2001) 및 Y. Iwamoto et al., Improvement of Display Performance of High Transmittance Photo-Alined Multi-domain Vertical Alig㎚ent LCDs Using Circular Polarizers, IDW'02 Proceedings, p85(2002) 참조).

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 시야각 특성을 개선할 수 있고, 또한 코스트의 저감이 가능한 액정 표시 소자를 제공하는 것 에 있다.

본 발명의 제1 양태에 의한 액정 표시 소자는,

2매의 전극 부착 기판 사이에 액정층을 협지한 도트 매트릭스형의 액정 셀을, 광원측에 위치하는 제1 편광판 및 관찰측에 위치하는 제2 편광판 사이에 배치하고, 상기 제1 편광판과 상기 액정 셀 사이에 제1 위상차판을 배치하며, 상기 제2 편광판과 상기 액정 셀 사이에 제2 위상차판을 배치한 표시 소자이고, 각 화소의 액정 분자 배열이 화소에 전압을 인가하지 않은 상태에서 기판 주면에 대하여 거의 수직으로 배향한 원편광 주도형의 수직 배향 모드의 액정 표시 소자로서,

상기 제1 편광판 및 상기 제1 위상차판을 포함하는 원편광자 구성체와,

상기 액정 셀을 포함하는 가변 리타더 구성체와,

상기 제2 편광판 및 상기 제2 위상차판을 포함하는 원검광자 구성체를,

상기 광원, 상기 원편광자 구성체, 상기 가변 리타더 구성체, 상기 원검광자 구성체의 순서로 구성시킨 액정 표시 소자이고,

상기 제1 위상차판 및 상기 제2 위상차판은, 진상축 및 지상축을 투과하는 소정 파장의 광 사이에 1/4 파장의 위상차를 부여하는 1축의 4분의 1 파장판이며,

상기 원편광자 구성체는, 원편광자를 출사한 출사광의 편광 상태가 출사 방위에 상관없이 대략 원편광으로 되도록 편광자의 시각 특성을 보상하는 제1 보상 수단을 포함하고,

또한, 상기 가변 리타더 구성체는, 상기 액정 셀의 위상차의 시각 특성을 보상하는 제2 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태에 의한 액정 표시 소자는,

상기 액정 셀을 포함하는 가변 리타더 구성체와,

상기 제1 편광판과 상기 제1 위상차판 사이에, 굴절율 이방성이 nx＞ny＝nz로 되는 광학적으로 1축의 제3 위상차판을 그 지상축이 상기 제1 편광판의 투과축과 대략 평행하게 되도록 배치하고,

또한, 상기 액정 셀과 상기 제1 위상차판 또는 상기 제2 위상차판 사이에, 굴절율 이방성이 nx＝ny＞nz로 되는 광학적으로 마이너스의 1축의 제4 위상차판을 배치한 것을 특징으로 한다.

특히, 액정층을 구성하는 액정 분자의 배열 방위가 의도하는 방위 이외의 방위로 배열하는 영역이 필연적으로 많게 되는, 즉 전압을 인가한 상태에서 화소 내의 액정 분자 배열 방위가 한결같지 않도록 액정 분자 배열이 제어된 배향 분할형의 수직 배향 모드(MVA 모드라고 칭함)인 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 도 1에 도시한 액정 표시 소자에 적용 가능한 제4 위상차판의 굴절율 타원체의 형상을 설명하기 위한 도면.

도 3은 도 1에 도시한 액정 표시 소자에 적용 가능한 제3 위상차판의 굴절율 타원체의 형상을 설명하기 위한 도면.

도 4는 도 1에 도시한 액정 표시 소자에 적용 가능한 제1 위상차판 및 제2 위상차판의 굴절율 타원체의 형상을 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 1에 도시한 액정 표시 소자의 콘트라스트 시각 특성의 보상 원리를 설명하기 위한 도면.

도 6은 실시예 1에 따른 액정 표시 소자의 등콘트라스트 곡선의 일례를 나타내는 도면.

도 7a는 실시예 2에 따른 액정 표시 소자로서, 편광판의 흡수축과 평행하게 되는 방위로 러빙 처리하여 구성한 것의 등콘트라스트 곡선의 일례를 도시하는 도면.

도 7b는 실시예 2에 따른 액정 표시 소자로서, 편광판의 흡수축에 대하여 45° 각도의 방위로 러빙 처리하여 구성한 것의 등콘트라스트 곡선의 일례를 나타내는 도면.

도 8a는 실시예 3에 따른 액정 표시 소자로서, 제4 위상차판으로서 액정 폴리머를 적용한 것의 흑표시 시의 색도의 시각 특성의 일례를 설명하기 위한 xy 색도 좌표.

도 8b는 실시예 3에 따른 액정 표시 소자로서, 제4 위상차판으로서 아톤 수지를 적용한 것의 흑표시 시의 색도의 시각 특성의 일례를 설명하기 위한 xy 색도 좌표.

도 9는 종래의 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 설명하기 위한 도면.

도 10은 도 9에 도시한 액정 표시 소자의 등콘트라스트 곡선의 일례를 나타내는 도면.

도 11은 종래의 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 설명하기 위한 도면.

도 12는 도 11에 도시한 액정 표시 소자에 이용하는 2축의 4분의 1 파장판의 굴절율 타원체의 형상을 설명하기 위한 도면.

도 13은 도 11에 도시한 액정 표시 소자의 등콘트라스트 곡선의 일례를 나타내는 도면.

도 14는 종래의 액정 표시 소자의 단면 구조의 일례를 설명하기 위한 도면.

도 15는 도 14에 도시한 액정 표시 소자에 이용하는 2축의 4분의 1 파장판의 굴절율 타원체의 형상을 설명하기 위한 도면.

도 16은 도 14에 도시한 액정 표시 소자의 등콘트라스트 곡선의 일례를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서 설명하는 액정 표시 소자는, 액정층에서의 기판 법선 방향의 굴절율이 기판면 내에서의 소정 방향의 굴절율보다 큰 상태를 취하는 것이 가능한 복굴절 모드의 하나인 MVA 모드의 액정 셀을 포함하고 있지만, 다른 복굴절 모드의 액정 셀을 포함한 구성에도 본 발명을 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 액정 표시 소자는, 각 화소의 액정 분자 배열이 화소에 전압을 인가하지 않은 상태에서 기판 주면에 대하여 거의 수직으로 배향한 원편광 주도형의 수직 배향 모드의 액정 표시 소자로서, 원편광자 구성체 P와, 가변 리타더 구성체 VR과, 원검광자 구성체 A를 구비하고 있다.

가변 리타더 구성체 UR은 한쌍의 기판, 즉 2매의 전극 부착 기판 사이에 액정층을 협지한 도트 매트릭스형의 액정 셀 C를 구비하고 있다. 즉, 이 액정 셀 C는 MVA 모드의 액정 셀로서, 액티브 매트릭스 기판(14)과 대향 기판(13) 사이에 액정층(7)을 협지한 구조를 갖고 있다. 또한, 이들 액티브 매트릭스 기판(14)과 대향 기판(13)과의 간격은, 도시하지 않은 스페이서에 의해 일정하게 유지되고 있다.

액티브 매트릭스 기판(14)은, 글래스 기판 등의 광 투과성을 갖는 절연 기판을 구비하여 구성되고, 그 한쪽 주면 위에, 주사선이나 신호선 등의 각종 배선, 주 사선과 신호선과의 교차부 부근에 형성된 스위칭 소자 등을 구비하고 있지만, 발명의 작용 효과에 관여하지 않기 때문에 생략한다. 또한, 액티브 매트릭스 기판(14)은 이들 위에 화소 전극(10)을 구비하고 있다. 화소 전극(10)의 표면은 배향막에 의해 피복되어 있다.

주사선 및 신호선 등의 각종 배선은 알루미늄, 몰리브덴, 구리 등으로 형성되어 있다. 또한, 스위칭 소자는, 예를 들면 비정질 실리콘이나 폴리실리콘을 반도체층으로 하고, 알루미늄, 몰리브덴, 크롬, 강철, 탄탈 등을 메탈층으로 한 박막 트랜지스터(TFT)이다. 이 스위칭 소자는 주사선, 신호선, 및 화소 전극(10)과 접속되어 있다. 액티브 매트릭스 기판(14)에서는, 이러한 구성에 의해, 원하는 화소 전극(10)에 대하여 선택적으로 전압을 인가하는 것을 가능하게 하고 있다.

화소 전극(10)은, ITO(인듐 틴 옥사이드)와 같은 광 투과성을 갖는 도전 재료로 형성될 수 있다. 이 화소 전극(10)은, 예를 들면 스퍼터링법 등에 의해 박막을 형성한 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 그 박막을 패터닝함으로써 형성된다.

배향막은, 폴리이미드 등의 광 투과성을 갖는 수지 재료로 이루어지는 박막으로 구성되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, 배향막에는, 러빙 처리는 실시하지않고서 액정 분자(8)에 수직 배향성을 부여하고 있다.

대향 기판(13)은, 글래스 기판 등의 광 투과성을 갖는 절연 기판을 구비하여 구성되고, 그 한쪽 주면 위에, 공통 전극(9)을 구비하고 있다. 이 공통 전극(9)의 표면은 배향막에 의해 피복되어 있다.

공통 전극(9)은, 화소 전극(10)과 마찬가지로, 광 투과성을 갖는 도전 재료, 예를 들면 ITO로 형성될 수 있다. 또한, 배향막은, 액티브 매트릭스 기판(14)측의 배향막과 마찬가지로, 광 투과성을 갖는 수지 재료, 예를 들면 폴리이미드로 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 공통 전극(9)은, 모든 화소 전극과 틈이 없이 대향하도록 평탄한 연속막으로서 형성되어 있다.

컬러 액정 표시 소자로서 구성하는 경우, 액정 셀 C는 컬러 필터층을 구비하고 있다. 컬러 필터층은 3원색, 예를 들면 청, 녹, 적에 각각 착색된 착색층으로 구성되어 있다. 이 컬러 필터층은 액티브 매트릭스 기판(14)측의 절연 기판과 화소 전극(10) 사이에 형성되며, COA(color filter on array) 구조를 채용하여도 되고, 대향 기판(13)에 형성하여도 된다.

COA 구조를 채용한 경우, 컬러 필터층에는 컨택트홀이 형성되어 있고, 화소 전극(10)은 이 컨택트홀을 통하여 스위칭 소자와 접속되어 있다. 이러한 COA 구조는, 액트브 매트릭스 기판(14)과 대향 기판(13)을 접합시켜 액정 셀 C를 구성할 때에, 얼라인먼트 마크 등을 이용한 고 정밀도의 위치 정합이 불필요하게 되는 이점을 갖고 있다.

액정층(7)은 유전 이방성이 마이너스인 네마틱 액정 재료로서, 메르크(주)사제의 F계 액정을 이용하였다. 여기서 이용한 액정 재료의 굴절율 이방성 Δn은 0.102(측정 파장은 550㎚. 이하, 위상차판의 굴절율이나 위상차는 모두 파장 550㎚에서의 측정값을 기재함)이고, 액정층(7)의 두께 d는 3.7㎛이다. 따라서, 액정층(7)의 Δn·d는 377㎚이다.

원편광자 구성체 P는 광원, 즉 백 라이트 유닛 BL과 가변 리타더 구성체 VR 사이에 배치되어 있다. 이 원편광자 구성체 P는 액정 셀 C의 백 라이트 유닛 BL측에 위치하는 제1 편광판(6), 제1 편광판(6)과 액정 셀 C 사이에 배치된 제1 위상차판(4)을 포함하고 있다.

원검광자 구성체 A는, 가변 리타더 구성체 VR에 대하여 백 라이트 유닛 BL과는 대향하는 관찰면측에 배치되어 있다. 이 원검광자 구성체 A는, 액정 셀 C의 관찰면측에 위치하는 제2 편광판(5), 제2 편광판(5)과 액정 셀 C 사이에 배치된 제2 위상차판(3)을 포함하고 있다.

제1 편광판(6) 및 제2 편광판(5)은, 그 면 내에서, 상호 거의 직교하는 투과축 및 흡수축을 갖고 있다. 또한, 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)은, 그 면 내에서, 상호 거의 직교하는 진상축 및 지상축을 갖고 있고, 진상축 및 지상축을 각각 투과하는 소정 파장(예를 들면, 550㎚)의 광 사이에 1/4 파장의 위상차를 부여하는 1축의 4분의 1 파장판이다. 이러한 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)은 각각의 지상축이 상호 직교하도록 배치되어 있다.

액정 표시 소자는, 백 라이트 유닛 BL, 원편광자 구성체 P, 가변 리타더 구성체 VR, 원검광자 구성체 A의 순서로 적층하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 액정 표시 소자에서는, 원편광자 구성체 P는 원편광자 구성체를 출사한 출사광의 편광 상태가 출사 방위에 상관없이 대략 원편광으로 되도록 편광자의 시각 특성(제1 편광판에 기인하는 시각 특성)을 보상하는 제1 보상 수단(2)을 구비하고, 또한 가변 리타더 구성체 VR은 액정 셀 C의 위상차의 시각 특성을 보상하는 제2 보상 수 단(1)을 구비하고 있다.

즉, 원편광자 구성체 P는, 제1 편광판(6)과 제1 위상차판(4) 사이에 배치된, 굴절율 이방성이 nx＞ny＝nz로 되는 광학적으로 1축의 제3 위상차판(A 플레이트)(2)을 구비하고 있다. 이 제3 위상차판(2)은, 그 지상축이 제1 편광판(6)의 투과축과 대략 평행하게 되도록 배치되어 있다.

또한, 가변 리타더 구성체 VR은, 액정 셀 C와 제1 위상차판(4) 또는 제2 위상차판(3) 사이에 배치된, 굴절율 이방성이 nx＝ny＞nz로 되는 광학적으로 마이너스의 1축의 제4 위상차판(C 플레이트)(1)을 구비하고 있다. 도 1에 도시한 실시예에서는, 제4 위상차판(1)은 액정 셀 C와 제2 위상차판(3) 사이에 배치되어 있다.

제4 위상차판(1)으로서는, 도 2에 도시하는 바와 같은 구조의 굴절율 타원체(nx＝ny＜nz)를 갖는 것이 적용 가능하다. 제3 위상차판(2)으로서는, 도 3에 도시하는 바와 같은 구조의 굴절율 타원체(nx＞ny＝nz)를 갖는 것이 적용 가능하다. 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)으로서는, 도 4에 도시하는 바와 같은 구조의 굴절율 타원체(nx＞ny＝nz)를 갖는 A 플레이트의 1종에 상당하는 것이 적용 가능하다. 또한, 도 2∼도 4에서, nx 및 ny는 각각의 위상차판의 면 내 방향에서의 굴절율을 나타내고, nz는 각각의 면에 대한 법선 방향의 굴절율을 나타내는 것으로 한다.

도 5는 도 1에 도시한 액정 표시 소자의 시야각 특성의 광학 원리를 설명하기 위한 각 광로에서의 편광 상태를 개념적으로 도시하는 도면이다.

즉, 액정 표시 소자에서는, 광학적으로 마이너스의 1축 매체인 제4 위상차판 (C 플레이트)(1)을 이용하고, 그 외에 별도에 설치한 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)과 함께 마이너스의 위상차판으로서 작용시켜, Δn·d가 280㎚ 이상으로 되는 액정층(7)의 법선 방향을 따른 위상차의 시야각 의존성을 보상하고 있다. 이러한 보상 기능을 갖는 제4 위상차판(1)을 제1 위상차판(4)과 제2 위상차판(3) 사이, 즉 액정층(7)과 제1 위상차판(4) 사이 또는 제2 위상차판(3) 사이에 설치하고 있다. 이 때문에, 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)에 입사하는 광이 직선 편광인 한, 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)을 출사한 광은 출사 각도나 출사 방위에 상관없이 대략 원편광으로 된다.

따라서, 제4 위상차판(1)이 액정층(7)과 제2 위상차판(3) 사이에 위치하는 경우, 액정층(7)에 입사하는 광은 입사 각도나 방위에 따르지 않고, 원편광으로 된다. 액정층(7)의 법선 방위의 위상차에 의해 원편광이 타원 편광이 되었다고 해도, 제4 위상차판(1)의 작용에 의해 원편광으로 복귀되기 때문에, 제4 위상차판(1) 위에 위치하는 제2 위상차판(3)에 입사하는 광은 입사 각도나 입사 방위에 따르지 않고 원편광으로 된다. 따라서, 관찰하는 방향에 상관없이 양호한 표시 특성을 얻을 수 있다.

또한, 제4 위상차판(1)이 액정층(7)과 제1 위상차판(4) 사이에 위치하는 경우, 제4 위상차판(1)에 입사하는 광은 입사 각도나 입사 방위에 따르지 않고 원편광으로 된다. 제4 위상차판(1)의 법선 방위의 위상차에 의해 원편광이 타원 편광으로 되었다고 해도, 액정층(7)의 작용에 의해 원편광으로 복귀되기 때문에, 액정층(7) 위에 위치하는 제2 위상차판(3)에 입사하는 광은 입사 각도나 입사 방위에 따르지 않고 원편광으로 된다. 따라서, 제4 위상차판(1)을 액정층(7)과 제2 위상차판(3) 사이에 배치한 경우와 마찬가지로, 관찰하는 방향에 상관없이 양호한 표시 특성을 얻을 수 있다.

이에 대하여, 상술한 도 11의 구조로 이루어지는 원편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자에서는, 굴절율 이방성이 nx＞ny＞nz인 2축의 4분의 1 파장판(15)을 배치하고, 이들 한쌍의 4분의 1 파장판(15)의 지상축을 상호 직교시킨 구조로 되어 있다. 이들 4분의 1 파장판(15)은, 상술한 실시예에 채용한 제4 위상차판(1) 및 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)의 기능을 동시에 실현하는 기능을 갖고 있지만, 액정층(7)의 법선 방향의 위상차도 보상하는 조건으로 한 경우, 2축의 4분의 1 파장판을 출사한 광은 필연적으로 타원 편광으로 된다. 따라서, 2축의 4분의 1 파장판을 출사한 광은, 타원의 장축 방향으로 방위를 갖는 편광으로 되어 있다. 결과적으로, 액정 분자 배열 방위에 의존한 투과율 특성으로 되기 때문에, 도 13에 도시한 바와 같이, 방위에 따라서는 충분한 시야각 보상 효과가 얻어지지 않는다.

이에 대하여, 본 실시예의 액정 표시 소자 구조에서는, 액정층(7) 및 이것의 법선 방향의 위상차를 보상하는 제4 위상차판(1)에 입사하는 편광을 방위적인 극성이 없는 원편광으로 하고 있기 때문에, 상술한 문제는 발생하지 않고, 방위에 의존하지 않는 보상 효과가 얻어진다.

이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, 입사광측에 위치하는 제1 파장판(4) 및 제1 편광판(6) 사이에, 제1 편광판(6)의 시각 특성을 보상하는 제1 보상 수단, 즉 굴절율 타원체가 도 3에 도시된 바와 같이 nx＞ny＝nz인 1축의 제3 위상차판( 즉, A 플레이트)(2)을 지상축이 제1 편광판(6)의 투과축과 대략 평행하게 되도록 배치하면, 더욱 양호한 시각 특성을 얻을 수 있다.

이 제3 위상차판(2)을 설치하지 않는 구조는, 소자 전체의 광학 구조로서, 토탈의 위상차로서는 도 11에 도시한 구조와 동등하지만, 각각의 광학 부재의 배치 순서나 광학 부재의 사용 개수가 상이한 구조로 되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 액정층(7) 및 이것의 법선 방향의 위상차를 보상하는 제4 위상차판(1)에 입사하는 광을 극성이 없는 원편광으로 함으로써, 비로소 액정 분자 배열 방위에 의존하지 않는 광학 보상이 이루어지는 것이다. 즉, 본 실시예에서 설명한 제4 위상차판(1), 제3 위상차판(2), 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)을 채용하여도, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 구조로 하지 않는 한, 마찬가지의 효과를 얻는 것은 불가능하다.

예를 들면, 상술한 제4 위상차판(1)을 제1 위상차판(4)과 제1 편광판(6) 사이에 배치한 경우, 제1 위상차판(4)에 입사하는 편광이 입사 방향에 따라서는 타원 편광으로 되기 때문에, 제1 위상차판(4)을 통과해도 원편광으로는 되지 않아, 상술한 효과를 얻을 수 없다. 또한, 제3 위상차판(2)을 제2 편광판(5)과 제2 위상차판(3) 사이에 배치해도, 제1 편광판(6)의 시각 특성은 보상되지 않기 때문에, 상기 제1 위상차판(4)을 출사한 광이 타원 편광으로 되어, 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다.

또한, 상술한 실시예에 따른 액정 표시 소자는, 액정 셀 C에서, 전압을 인가한 상태에서 화소 내의 액정 분자 배열이 적어도 2 방위를 향하도록 제어된 배향 분할형의 수직 배향 모드이고, 각 화소에서의 개구 영역 중, 적어도 절반의 영역에서, 전압을 인가한 상태에서의 화소 내의 액정 분자의 배열 방위가 제2 편광판(5)의 흡수축 또는 투과축과 대략 평행하게 되도록 제어되는 것이 바람직하다.

이러한 배향 제어는, 도 1에 도시한 바와 같이, 화소 내에 배향 분할 제어용의 돌기(12)를 구비하는 것으로 실현 가능하고, 또한 화소 전극(10)의 일부에 배향 분할 제어용의 슬릿(11)을 형성하는 것으로도 실현 가능하며, 또는 액티브 매트릭스 기판(14) 및 대향 기판(13)에서의 액정층(7)을 협지하는 면에 배향 분할 제어용의 러빙 등의 배향 처리를 실시한 배향막을 형성하는 것으로도 실현 가능하다. 또는, 이들 돌기(12), 슬릿(11), 및 배향 처리를 실시한 배향막 중 적어도 2개를 조합하여도 되는 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 직선 편광 주도형 MVA 모드 액정 표시 소자에서는, 액정 분자 배열 방위가 편광판의 투과축에 대하여 π/4(rad)의 각도를 이룰 때(Tlp(LC)의 수학식 1 중의 θ값이 π/4(rad)로 될 때), 최대의 투과율을 얻을 수 있다. 따라서, 직선 편광 주도형 MVA 모드의 경우, 전압을 인가한 상태에서의 화소 내의 액정 분자 배열 방위가 편광판의 투과축에 대하여 π/4(rad)의 각도를 이루도록 화소 내에 배향 분할 구조(돌기나 슬릿)을 형성하거나, 배향막에 러빙 등의 배향 처리를 실시하거나 하고 있다.

이에 대하여, 원편광 주도형 MVA 모드의 액정 표시 소자의 경우, 투과율은 전압을 인가한 상태에서의 화소 내의 액정 분자 배열 방위에 의존하지 않는다. 따라서, 액정층(7) 및 제4 위상차판(1)에서 2분의 1 파장의 위상차를 얻을 수 있으 면, 액정 분자 배열 방위에 따르지 않고, 우수한 투과율 특성을 얻을 수 있다.

배향 분할형 수직 배향 모드에서는, 상술한 2분의 1 파장의 위상차를 광의 입사 각도에 의존하지 않고 얻어지도록 배향 분할을 이루고 있다. 그러나, 입사 각도나 액정 분자의 기울기 각에 따라서는, 배향 분할 효과에 의한 위상차의 방위성의 보상이 이루어지지 않는 경우가 생긴다. 이러한 문제를 최소한으로 억제하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 액정 분자 배열 방위를 편광판의 투과축 또는 흡수축과 평행한 방위로 하면 된다. 이는, 액정층(7) 및 제4 위상차판(1)을 출사한 광이 원편광으로 되지 않고 타원 편광으로 되었을 때에, 그 타원 편광의 장축의 방위가 검광자인 제2 편광판(5)의 광축(투과축 및 흡수축)과 평행하게 되기 때문이다.

또한, 상술한 실시예에 따른 액정 표시 소자에서는, 제4 위상차판(1)은, 카이럴네마틱 또는 콜레스테릭 또는 디스코틱 액정 폴리머 중 어느 하나로 이루어지는 C 플레이트층을 갖는 필름으로 구성되어도 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 액정층(7)의 법선 방향의 위상차를 보상할 목적으로 제4 위상차판(1)을 적용하고 있다. 보상하는 액정층(7)의 위상차에는 파장 분산이 있고, 이 파장 분산을 포함하여 액정층(7)의 위상차를 보상하기 위해서는, 보상판인 제4 위상차판(1)도 동등한 파장 분산을 갖고 있었던 쪽이 보다 우수한 보상 효과가 얻어진다. 따라서, 제4 위상차판(1)은, 상술한 바와 같이 액정 폴리머에서 형성한 쪽이 바람직하다.

또한, 제4 위상차판(1)을, 그 C 플레이트층을 제2 위상차판(3) 위(액정 셀 C에 대향하는 면 위)에 형성하면, 제4 위상차판(1)을 형성할 때의 베이스 필름과 제 2 위상차판(3)을 일체화할 수 있기 때문에, 부재의 삭감 및 전체의 층 두께가 삭감될 수 있어, 박형화에 유리하다.

또한, 상술한 실시예에 따른 액정 표시 소자에서는, 제3 위상차판(2)이 아톤 수지, 폴리비닐 알콜 수지, 제오노아 수지, 트리아세틸셀룰로스 수지 등, 그 면 내에서의 리터데이션값이 입사광의 파장에 거의 의존하지 않는 수지 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 여기서 채용한 제3 위상차판(2), 구체적으로는 제1 위상차판(4)과 제1 편광판(6) 사이에 배치하는 제3 위상차판(2)은, 편광판의 시각 특성을 보상하는 기능을 갖고 있다. 편광판의 시각 특성은 거의 파장에 의존하지 않는다. 따라서, 상술한 제4 위상차판(1)과는 달리, 보상판인 제3 위상차판(2)의 위상차의 파장 분산도 보다 적은 것이 바람직하다. 따라서, 제3 위상차판(2)은, 위상차의 파장 분산이 적은 상술한 재료를 이용하여 구성한 쪽이 보다 효과적이다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 소자는, 액정층(7)의 시각 보상 기능과 편광판의 시각 보상 기능을 분리함으로써, 각각의 파장 분산을 개별로 제어하는 것이 가능하게 되므로, 이를 동시에 하는 종래의 구성과 비교하여, 파장에 대한 보상 효과가 우수한 것으로 되는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 따른 액정 표시 소자에서는, 제4 위상차판은, 그 면 내 방향의 굴절율을 nxy(C), 법선 방향의 굴절율을 nz(C), 두께를 d(C)로 하고, 액정 셀 C에서의 액정층(7)의 액정 재료의 굴절율 이방성을 Δn(LC), 액정 셀 C에서의 액정층(7)의 두께를 d(LC), 액정 표시 소자에의 입사광의 파장을 λ로 하였을 때,

Δn(LC)×d(LC)≥{nxy(C)-nz(C)}×d(C)≥Δn(LC)×d(LC)-λ/2

를 만족하는 것이 바람직하다.

상술한 제4 위상차판(1)을 따른 액정층(7)의 법선 방향의 위상차는 Δn(LC)×d(LC)로 표현된다. 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)(모두, 4분의 1 파장판)의 법선 방향의 위상차는 -λ/2로 표현된다. 따라서, 이러한 4분의 1 파장판의 법선 방향의 위상차를, 4분의 1 파장판을 2축화하여 해소한 경우, 액정층(7)의 법선 방향의 위상차를 해소하는 제4 위상차판(1)의 위상차 {nxy(C)-nz(C)}×d(C)는 Δn(LC)×d(LC)로 된다.

반대로, 이러한 4분의 1 파장판의 법선 방향의 위상차를 해소하지 않은 경우, Δn(LC)×d(LC)-λ/2로 된다. 해소하지 않은 경우, 액정층(7)이나 제4 위상차판(1)에 입사하는 원편광은 약간 타원화되지만, 지상축은 면 내 방위에 있으므로, 이 현상은 거의 무시하여도 된다.

따라서, 편광판의 편광도가 ∞라고 가정하면, 제4 위상차판의 위상차 {nxy(C)-nz(C)}×d(C)는 Δn(LC)×d(LC)-λ/2로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 편광판의 편광도를 파장에 따르지 않고 ∞라고 하는 것은 사실상 불가능하고, 또한 이것을 파장에 상관없이 높이면, 투과율을 저감시킨다. 따라서, 실용적인 투과율을 얻는 편광도로 할 필요가 있고, 이 경우, 편광도가 충분하지 않은 만큼, 제4 위상차판(1)의 위상차의 절대값을 높일 필요가 있다.

이 경우의 위상차값은, 편광 상태가 정확히 반대의 형태로 되는 2분의 1 파 장을 넘는 것은 없기 때문에, 최적의 위상차의 절대값은 제4 위상차판(1)의 위상차의 절대값을 편광판의 편광도가 ∞라고 가정한 경우의 최적값인 Δn(LC)×d(LC)-λ/2보다 크고, 편광 상태가 정확히 반대의 형태로 되는 2분의 1 파장을 넘지 않는 Δn(LC)×d(LC)로 하는 것이 상술한 보상 효과를 얻는 필요 조건으로 된다.

이하에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

<<실시예 1>>

본 실시예 1에서는, 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)으로서, 일동전공사제의 아톤 수지로 이루어지는 1축의 4분의 1 파장판(면 내 위상차는 140㎚)을 적용하였다. 또한, 제2 위상차판(3)으로서 이용한 필름의 표면(액정 셀 C와의 대향면)을 러빙하고, 그 위에 굴절율 이방성 Δn이 0.102이며, 헬리컬 피치가 O.9㎛인 메르크사제의 자외선 가교형의 카이럴네마틱 액정을 층두께 2.2㎛로 되도록 도포하며, 나선축이 필름 법선 방향으로 되는 상태에서 자외선을 조사하여, 액정 폴리머화된 제4 위상차판(C 플레이트층)(1)을 제2 위상차판(3)과 일체로 형성하였다.

이와 같이 하여 얻어진 제4 위상차판(1)의 법선 방향에서의 위상차의 절대값은 205㎚로 되어 있다. 이렇게 하여 얻어진 제4 위상차판(1)을 갖는 제2 위상차판(3)을, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제4 위상차판(1)이 액정층(7)측에 위치하도록 풀 등의 접착층을 통하여 접착하였다. 또한, 제2 위상차판(3)의 바로 위에는, 제2 편광판(5)으로서 일동전공사제의 편광판 SEG1224DU를 풀 등의 접착층을 통하여 접착하였다.

한편, 상술한 제3 위상차판(2)으로서, 일동전공사제의 아톤 수지로 이루어지 는, 면 내 위상차가 400㎚인 1축의 위상차판을 적용하였다. 제2 위상차판(3)과 동일한 4분의 1 파장판을 제1 위상차판(4)으로서 적용하였다. 또한, 제1 편광판(6)으로서, 일동전공사제의 SEG1224DU를 적용하였다. 이들 제1 위상차판(4), 제3 위상차판(2), 및 제1 편광판(6)은 기판(14)으로부터 이 순서로 풀 등의 접착층을 통하여 접착하였다.

제1 편광판(6) 및 제2 편광판(5)의 각각의 투과축과 제1 위상차판(4) 및 제2 위상차판(3)의 지상축이 이루는 각도는 π/4(rad)로 하고 있고, 제1 편광판(6)의 투과축과 제3 위상차판(2)의 지상축과는 평행으로 하고 있어, 액정층(7)에 전압을 인가하였을 때의 액정 분자 배열 방위는 각각의 편광판(5, 6)의 투과축과 평행 또는 직교하도록 돌기(12)나 슬릿(11)을 배치하고 있다. 또한, 제2 편광판(5)의 흡수축과 제1 편광판(6)의 흡수축은 상호 직교하도록 배치하고 있다.

이와 같이 구성된 액정 표시 소자에서, 액정층(7)에 인가하는 전압을 4.2V(백표시 시) 및 1.0V(흑표시 시; 액정 재료의 임계 전압 미만의 전압이며, 액정 분자는 수직 배향 그대로의 상태로 되는 전압임)로 되도록 하여 구동시켜, 콘트라스트비의 시각 특성을 평가하였다.

결과를 도 6에 도시한다. 여기서는, 30도(deg.) 및 210도(deg.)의 방위가 화면의 좌우 방향에 상당하고, 120도(deg.) 및 300도(deg.)의 방위가 화면의 상하 방향에 상당한다. 거의 전 방위에서 콘트라스트비가 10 : 1 이상인 시야가 ±80° 이상으로 되어, 우수한 시야각 특성을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 4.2V에서의 투과율을 측정한 바, 5.0%로 매우 높은 투과율을 얻고 있는 것을 확인할 수 있었다.

<<실시예 2>>

도 1에 도시한 구성의 액정 표시 소자에서, 화소 전극(10)에 슬릿(11)을 형성하지 않고, 또한 대향 기판(13)의 돌기(12)도 형성하지 않으며, 이들 대신에, 각각의 기판에 형성된 배향막의 표면을 일정한 방향으로 러빙 처리하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 재료, 구조, 제조 방법으로 배향 분할하지 않은 수직 배향 모드로 이루어지는 액정 표시 소자를 작성하였다.

러빙 방향으로서는, 제2 편광판(5)의 흡수축과 평행하게 되는 방위로 러빙 처리한 것과, 45°의 각도로 되도록 러빙 처리한 것의 2종의 액정 표시 소자를 작성하였다. 이렇게 해서 얻어진 2종의 액정 표시 소자의 액정층(7)에 인가하는 전압을 4.2V 및 1.0V로 되도록 하여 구동시켜, 콘트라스트비의 시각 특성을 평가하였다.

각각의 평가 결과를 도 7a 및 도 7b에 도시한다. 도 7a는 제2 편광판(5)의 흡수축과 평행하게 되는 방위로 러빙 처리한 것의 평가 결과이고, 도 7b는 제2 편광판(5)의 흡수축에 대하여 45° 각도의 방위로 러빙 처리한 것의 평가 결과이다. 어느 결과도 넓은 콘트라스트 시각 특성으로 되어 있지만, 도면으로부터 분명한 바와 같이, 액정 분자 배열 방위가 편광판의 흡수축이나 투과축과 평행하게 되도록 러빙 처리한 도 7a의 구조쪽이 콘트라스트 시각이 넓게 되는 것을 확인할 수 있었다.

<<비교예 1>>

도 1에 도시한 구성에서 제1 위상차판(4), 제2 위상차판(3), 제3 위상차판(2) 및 제4 위상차판(1)을 생략하고, 액정 분자 배열 방위가 편광판의 흡수축과 45°의 각도를 이루도록 구성하며, 그 이외의 조건은 실시예 1과 마찬가지의 재료, 제조 방법으로 직선 편광 주도형의 MVA 모드의 액정 표시 소자를 작성하였다. 실시예 1과 마찬가지로 하여 투과율을 측정한 바, 4.0%로 되어, 상술한 실시예 1 및 2보다 낮은 값이었다.

<<비교예 2>>

도 9에 도시한 구성의 액정 표시 소자를 작성하였다. 실시예 1과 비교하여 제3 위상차판(2) 및 제4 위상차판(1)을 이용하지 않는다는 점 이외는 실시예 1과 마찬가지의 재료, 제조 방법으로 액정 표시 소자를 작성하였다. 실시예 1과 마찬가지로 하여 콘트라스트비의 시각 의존성을 측정하였다. 측정 결과는 도 10에 도시한 바와 같다. 도시하는 바와 같이, 콘트라스트비가 10 : 1 이상인 시야는 상하 좌우로 ±40°로 되어, 상술한 실시예 1 및 2보다 좁았다.

<<비교예 3>>

도 11에 도시한 구성의 액정 표시 소자를 작성하였다. 이용한 2축의 위상차판은 일동공사제의 아톤 수지로 이루어진 위상차판이고, 면 내 위상차는 140㎚, 법선 방향의 위상차(nx-nz에 층 두께를 곱한 값)는 각각 105㎚이다. 실시예 1과 마찬가지로 하여 콘트라스트비의 시각 의존성을 측정하였다. 측정 결과는 도 13에 도시한 바와 같다. 도시하는 바와 같이, 콘트라스트비가 10 : 1 이상인 시야는, 경사 방위에서 ±80°로 넓지만, 상하 좌우 방위에서는 ±40°로 되어, 상술한 실 시예 1 및 2보다 좁았다.

<<실시예 3>>

실시예 1에서의 제4 위상차판(1)을, 한쪽은 실시예 1과 마찬가지의 재료, 다른 한쪽은 아톤 수지로 이루어진 재료로 작성하여 이들을 이용하고, 이들 이외의 구성, 재료, 제법, 광학적인 물성값은 실시예 1과 마찬가지로 하여, 2 종류의 액정 표시 소자를 작성하였다. 액정층에 인가하는 전압을 1.0V로 되도록 하여 구동시켜, 흑표시 시의 색도의 시각 의존성을 평가하였다.

각각의 평가 결과를 도 8a 및 도 8b에 도시한다. 도 8a는 액정 폴리머로 작성한 제4 위상차판(1)을 적용한 액정 표시 소자의 평가 결과이고, 도 8b는 아톤 수지로 작성한 제4 위상차판(1)을 적용한 액정 표시 소자의 평가 결과이다. 또한, 어느 결과도 80°의 콘 시야에서의, 색도의 평가 결과를 모두 플로팅한 것이다. 어느 결과도 우수한 색 시야각 특성이지만, 실시예 1의 구성인 도 8a쪽이 보다 우수한 색 시각 특성을 얻는 것을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수직 배향 모드나 배향 분할분 수직 배향 모드 등의 액정층에서 입사광의 위상을 대략 2분의 1 파장 변조시키는 표시 모드에서, 액정 분자의 배열 방위가 쉬리렌 배향이나 의도하는 방위 이외의 방위로 배열하는 것 등에 의한 투과율의 저하를 방지하기 위해서, 액정층에 입사하는 편광을 원편광으로 한 원편광 주도형의 표시 모드, 특히 원편광 주도형 MVA 모드에서, 시야각 특성이 좁다고 한 문제 및 이용하는 부재의 제조 코스트가 높다고 한 문제를 해결하기 위해, 신규한 액정 표시 소자의 구조를 제공한다.

이에 따르면, 신규한 구조에 의해, 종래의 원편광 주도형 MVA 모드와 마찬가지로, 높은 투과율 특성을 얻는 것 뿐만 아니라, 우수한 콘트라스트 시각 특성을 실현할 수가 있고, 게다가 종래의 시각 보상 구조를 수반한 원편광 주도형 MVA 모드보다 염가로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예 그대로에 한정되는 것이 아니고, 그 실시의 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적당한 조합에 의해 여러 가지의 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시예에 나타난 모든 구성 요소에서 몇몇의 구성 요소를 삭제하여도 된다. 또한, 서로 다른 실시예에 걸친 구성 요소를 적절하게 조합하여도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 시야각 특성을 개선할 수 있고, 또한 코스트의 저감이 가능한 액정 표시 소자를 제공할 수 있다.

Claims

삭제
2매의 전극 부착 기판 사이에 액정층을 협지한 도트 매트릭스형의 액정 셀을, 광원측에 위치하는 제1 편광판 및 관찰측에 위치하는 제2 편광판 사이에 배치하고, 상기 제1 편광판과 상기 액정 셀 사이에 제1 위상차판을 배치하며, 상기 제2 편광판과 상기 액정 셀 사이에 제2 위상차판을 배치한 표시 소자이고, 각 화소의 액정 분자 배열이 화소에 전압을 인가하지 않은 상태에서 기판 주면에 대하여 거의 수직으로 배향한 원편광 주도형의 수직 배향 모드의 액정 표시 소자로서,

상기 제1 편광판 및 상기 제1 위상차판을 포함하는 원편광자 구성체와,

상기 액정 셀을 포함하는 가변 리타더 구성체와,

상기 제2 편광판 및 상기 제2 위상차판을 포함하는 원검광자 구성체를,

상기 광원, 상기 원편광자 구성체, 상기 가변 리타더 구성체, 상기 원검광자 구성체의 순서로 구성시킨 액정 표시 소자이고,

상기 제1 위상차판 및 상기 제2 위상차판은 1축의 4분의 1 파장판이며,

상기 제1 편광판과 상기 제1 위상차판 사이에, 굴절율 이방성이 nx＞ny＝nz로 되는 광학적으로 1축의 제3 위상차판을 그 지상축이 상기 제1 편광판의 투과축과 대략 평행하게 되도록 배치하고,

또한, 상기 액정 셀과 상기 제1 위상차판 또는 상기 제2 위상차판 사이에, 굴절율 이방성이 nx＝ny＞nz로 되는 광학적으로 마이너스의 1축의 제4 위상차판을 배치한 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
삭제
제2항에 있어서,

상기 액정 셀은, 전압을 인가한 상태에서 화소 내의 액정 분자 배열이 적어도 2 방위를 향하도록 제어된 배향 분할형의 수직 배향 모드인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
삭제
제2항에 있어서,

각 화소에서의 개구 영역 중, 적어도 절반의 영역에서, 상기 전압을 인가한 상태에서의 화소 내의 액정 분자 배열 방위가 상기 제1 편광판의 흡수축 또는 투과축과 대략 평행하게 되도록 제어된 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
삭제
제6항에 있어서,

화소 내에 배향 분할 제어용의 돌기를 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
삭제
제6항에 있어서,

상기 전극에 배향 분할 제어용의 슬릿을 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
삭제
제6항에 있어서,

2매의 상기 기판에서의 상기 액정층을 협지하는 면에 배향 분할 제어용의 배향 처리를 실시한 배향막을 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
제2항에 있어서,

상기 제4 위상차판은 카이럴네마틱, 콜레스테릭, 디스코틱 액정 폴리머 중 어느 하나로 이루어지는 C 플레이트층을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
제13항에 있어서,

상기 제4 위상차판은 C 플레이트층을 상기 제2 위상차판 상에 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
제2항에 있어서,

상기 제3 위상차판은 아톤 수지, 폴리비닐 알콜 수지, 제오노아 수지, 트리아세틸셀룰로스 수지 중 어느 한 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
제2항에 있어서,

상기 제4 위상차판은, 그 면 내 방향의 굴절율을 nxy(C), 법선 방향의 굴절 율을 nz(C), 두께를 d(C)로 하고, 상기 액정층의 액정 재료의 굴절율 이방성을 Δn(LC), 상기 액정층의 두께를 d(LC), 액정 표시 소자에의 입사광의 파장을 λ로 하였을 때,

Δn(LC)×d(LC)≥{nxy(C)-nz(C)}×d(C)≥Δn(LC)×d(LC)-λ/2

를 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
광원과,

한쌍의 기판 사이에 액정층을 협지하고, 상기 액정층의 상기 기판 법선 방향의 굴절율이 상기 기판면 내 방향의 굴절율보다 큰 상태를 취하는 것이 가능한 복굴절 모드의 액정 셀을 포함하는 가변 리타더 구성체와,

상기 광원과 상기 가변 리타더 구성체 사이에 배치되고, 제1 편광판과, 상기 제1 편광판과 상기 가변 리타더 구성체 사이에 배치된 제1 위상차판을 갖는 원편광자 구성체와,

상기 가변 리타더 구성체에 대하여 상기 광원과는 대향하는 관찰면측에 배치되고, 제2 편광판과, 상기 가변 리타더 구성체와 상기 제2 편광판 사이에 배치된 제2 위상차판을 갖는 원검광자 구성체

를 구비한 액정 표시 소자로서,

상기 원편광자 구성체는, 상기 원편광자 구성체로부터의 출사광의 편광 상태가 출사 방위에 상관없이 대략 원편광으로 되도록 상기 제1 편광판에 기인하는 시각 특성을 보상하는 제1 보상 수단을 포함하고,

상기 가변 리타더 구성체는, 상기 액정 셀의 위상차의 시각 특성을 보상하는 제2 보상 수단을 포함하고,

상기 제1 보상 수단은 상기 제1 편광판과 상기 제1 위상차판 사이에 굴절율 이방성이 nx＞ny＝nz로 되는 광학적으로 1축의 제3 위상차판을 구비하고, 상기 제3 위상차판은 그 지상축이 상기 제1 편광판의 투과축과 대략 평행하게 되도록 배치하고,

상기 제2 보상 수단은 상기 액정 셀과 상기 제1 위상차판 또는 상기 제2 위상차판 사이에 굴절율 이방성이 nx＝ny＞nz로 되는 광학적으로 마이너스의 1축의 제4 위상차판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.