JPH049006A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、遮光膜を形成したネガ型表示を行う液晶表示
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、自動車の計器類、あるいは時計等の表示に用いら
れている液晶表示装置は、暗い表示面に明るい文字、図
形などの表示を行うネガ型表示が多（採用されている。

ネガ型液晶表示装置は、表示部分以外の背景部分では液
晶層に電圧が印加されていないため、液晶分子がねじれ
ており、これに沿って光がねじれて進み、一対の偏光膜
の偏光軸を並行させて配置することにより、背景部分で
光が透過しないようにされている。しかし、通常のこの
ネガ型液晶表示装置の背景部分では、光が液晶層中をね
じれて進む際に、偏光度が低下するため、ある程度特定
の色の光が透過してきてしまい、コントラスト比が不十
分である問題点があった。

この問題を解決するために、表示部分以外の背景部分に
遮光膜を形成し、さらに通常のポジ型液晶表示装置の場
合と同様に、液晶に電圧を印加しない状態で透過してく
るように偏光膜を配置するネガ型表示装置が提案されて
いる。この表示装置は、表示部分のうち、所定の表示パ
ターン部（以下透光セグメントという）には液晶分子が
立ち上るしきい値電圧以下の電圧を印加し光を透過させ
、所定の表示パターン以外の表示部（以下、遮光セグメ
ントという）には、しきい値電圧以上の電圧を印加し光
を遮光してネガ型表示を行なう形の液晶表示装置である
。

（特開昭６０−１６２２２７号） この表示装置においては、遮光セグメント部は液晶分子
の基板に対して立ち上がっているため、基板に対して垂
直方向が液晶分子の光軸方向となり、この方向から見る
限りにおいては液晶分子は複屈折性を示さない。従って
、偏光板の偏光軸を直交してはりあわせた場合と等しい
遮光度が得られるため、１０００以上という極めて高い
コントラスト比を得ることができる。

しかしながら、この表示装置の遮光セグメント部を斜め
方向から見ると、液晶分子が複屈折性を示すことのより
、光が漏れ、遮光セグメント部の遮光が不充分になる。

この光の漏れは、特定の方向において低角度になるに従
い増加し、コントラスト比の低下により、視認性が悪く
なる。また、背景部と遮光セグメント部の明るさが大き
く異なり、遮光セグメント部と透光セグメント部の明る
さの違いが小さくなるため、表示内容を誤認する恐れが
あるという問題点があった。

［発明の解決しようとする問題点］ この液晶層の示す複屈折を斜め方向において電圧印加時
にできるだけ小さくするために、液晶層のねじれ角を９
０°からずらして、５０〜８０゜にする等の提案も本発
明者らによってなされている。（特開昭６２−２２０３
８０号）また、斜め方向から観察すると、偏光膜の偏光
軸が見掛は上回転し、偏光軸の交差角が直交からずれて
くる。このずれを補正するように、偏光軸の交差角を直
交から１−１０°ずらして配置することで、偏光膜の持
つ遮光性を充分生かすことができ、斜め方向で高いコン
トラスト比を持つ液晶表示装置が得られる。（特開昭６
２＝２４５８６２号） しかし、このように改善を行っても、充分広い範囲で高
いコントラスト比が得られなかったり、正面方向のコン
トラスト比が低下したりする問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべ（なされたものであ
り、配向処理した電極を設けた基板間にネマチック液晶
層を挟持し、表示パターンに対応する部分以外には遮光
膜を設け、液晶セルの両面に偏光膜の偏光軸を電圧無印
加部分で光が透過してくるように一対の偏光膜を配置し
、所望の表示パターン以外の表示パターン部分の電極に
前記ネマチック液晶が励起する以上の電圧を印加するネ
ガ型表示の液晶表示装置において、電界無印加時の液晶
層の中央部における液晶分子配向方向と、いずれかの偏
光膜の偏光軸方向とがほぼ平行となるように配置したこ
とを特徴とする液晶表示装置、及び、液晶分子のねじれ
角が６０〜１２０°となるように配向処理した電極を設
けた基板間に、ネマチック液晶層を挟持し、表示パター
ンに対応する部分以外には遮光膜を設け、液晶セルの両
面に夫々偏光膜の偏光軸の交差角がほぼ９０°となるよ
うに配置し、所望の表示パターン以外の表示パターン部
分の電極に前記ネマチック液晶が励起する以」二の電圧
を印加するネガ型表示の液晶表示装置において、配向処
理力向の交差角のほぼ２等分線方向と、いずれかの偏光
膜の偏光軸方向とがほぼ平行となるように配置したこと
を特徴とする液晶表示装置、及び、それらの液晶表示装
置の裏側に、光源を配置したことを特徴とする光源付液
晶表示装置を提供するものである。

本発明を図面を参照しつつ説明する。

第１図は、本発明のネガ型表示のねじれネマヂック液晶
表示装置の基本的な例の断面図を示す。

第１図において、ＩＡは基板であり、２Ａはその」二に
形成された電極であり、さらにその上には配向膜３Ａが
形成されている。一方、他方の基板１Ｂには、その上に
電極２Ｂ、表示パターン以外の部分に遮光膜４、そ第１
らの上に配向膜３Ｂが形成されている。これらの２枚の
基板の電極面が相対向するように配置して、周辺をシー
ル材５でシールし、内部にネマチック液晶を注入して液
晶層６を形成して液晶セルを形成する。

この液晶セルの両面には、一対の偏光膜７Ａ、７Ｂが配
置され、その偏光軸は、通常のポジ型表示の液晶表示素
子の場合と同様に電圧を印加した部分で光が遮断される
ようにされている。

液晶層の厚み（ｄ）と液晶の示す屈折率異方性（八〇）
との積△ｎｄが０．３〜１．０μｍの間になるように決
められていることが、コントラストの角度依存性を低減
する目的と、透光セグメント部の透過率を高くするため
に好ましい。

さらに、透光セグメント部の着色を少なくするために△
ｎ−ｄが０．３〜０．５４ｚｍの間になるように決めら
れていることが好ましい。

配向膜の配向処理方向の交差角は、通常は９０°となる
ようにされるが、必要に応じて６０６〜１２０’程度の
ねじれとしてもよいし、配向処理方向の交差角は９０°
としても、液晶分子のねじれは９０°でなく、２７０°
や４５０°としてもよ偏光膜の偏光軸の交差角は、電圧
を印加した状態、即ち、液晶分子が立ち上がっている状
態で遮光状態になるようにするため、通常９０°とすれ
ばよいが、特定の斜め方向からの視認性を同士させるた
めに、必要に応じてこれかられずかに１〜５°程度ずら
して、見掛は上偏光軸が直交するように配置する等して
もよい。

本発明では、この偏光膜の偏光軸を配向処理Ｊｊ向とほ
ぼ平行またはほぼ直交するように配置するのではなく、
電界無印加時の液晶層の中央部における液晶分子配向方
向と、いずれかの偏光膜の偏光軸方向とがほぼ平行とな
るように配置する。通常は、配向処理方向の交差角のほ
ぼ２等分線方向と、いずれかの偏光膜の偏光軸方向とが
ほぼ平行となるように配置されればよい。

第２図（ａ）（ｂ）は、その配向処理方向と偏光軸方向
とを示した説明図である。

図において、　１３Ａ、２３Ａは表側の基板ＩＡの配向
処理方向、　１３Ｂ、２３Ｂは裏側の基板ＩＢのツ・ピ
ンク方向たる配向処理方向、　１７Ａ、２７Ａは表側の
偏光膜７Ａの偏光軸、　１７Ｂ、２７Ｂは裏側の偏光膜
７Ｂの偏光軸、　１８．２８は主視角方向を示している
。

この例は、液晶のねじれが表側からみて左向きのらせん
構造をとる場合を示しており、表側の基板の配向処理方
向を左下側から右上側に向かう方向にすることにより、
その主視角方向は図の下側になる。この主視角方向は、
液晶表示装置のしきい値電圧が低（なる方向であり、こ
の方向から見た場合に電圧印加時に液晶層の示す複屈折
が小さくなり、高いコントラスト比が得られる方向であ
り、液晶表示装置を設置する際にこの方向から観察され
るように設置することが好ましい。

液晶のねじれ角が９０°の場合、配向処理方向は主視角
方向に対して夫々左右に４５°傾いて配置される。この
場合、電界無印加時の液晶層の中央部における液晶分子
配向方向は、この主視角方向と一致する。

本発明では、この電界無印加時の液晶層の中央部におけ
る液晶分子配向方向にいずれかの偏光膜の偏光軸方向を
ほぼ平行となるように配置する。

第２図（ａ）はこの方向に、表側の偏光膜の偏光軸方向
１７Ａをほぼ平行となるように配置したところを示して
おり、（ｂ）はこの方向に、裏側の偏光膜の偏光軸方向
２７Ｂをほぼ平行となるように配置したところを示して
いる。

この２つの例の違いは、左右のコントラスト比の角度依
存性が逆になることであり、用途に応じて選択使用すれ
ばよい。例えば、第２図（ａ）の例では、主視角方向か
ら見て、右側より左側のコントラスト比が高い傾向があ
り、（ｂ）では逆になる。

車載用の液晶表示装置のように運転者が偏光サングラス
を使用する場合には、（ｂ）のように表側の偏光膜の偏
光軸がほぼ水平になるように配置することが好ましい。

また、液晶のねじれ角は９０６からずらしてもよく、こ
の場合には、配向処理方向の交差角のほぼ２等分線方向
を電界無印加時の液晶層の中央部における液晶分子配向
方向として、この方向と、いずれかの偏光膜の偏光軸方
向とがほぼ平行となるように配置すればよい。

また、第２図の例は、液晶のねじれが表側からみて左向
きのらせん構造をとる場合を示しているが、右向きのら
せん構造をとる場合には、夫々ＡとＢとを入れ替えた方
向とすればよい。

本発明で用いられる配向制御方法としては、ポリイミド
、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機高分子の
膜、　５１０２．　ＴｌＯ２、Ａ１２０１等の無機物の
膜をラビングする方法、ＳｉＯ等の斜め蒸着でもよい。

本発明の遮光膜は、液晶セルの内面に設けてもよいし、
外面に設けてもよく、その光透過率は０，０２〜１．０
％程度とされる。もつとも、液晶セルの内面側に遮光膜
を形成する方が斜め方向から見た場合に表示パターンと
遮光膜との位置ずれを生じにくく好ましい。

この遮光膜は、表示の背景部分に形成されるものであり
、通常は一方の基板にのみ形成されればよい。もちろん
両方の基板に分割して形成されてもよいが、一方の基板
に形成するほうが工程が少なく生産性がよい。

この遮光膜は、透明電極と絶縁膜を介してアルミ、ニッ
ケル、クロム等の金属性遮光膜を蒸着、メツキ等で形成
したり、カーボンペースト等の遮光性インクを印刷等で
形成したりして形成されればよい。

シール材は、通常のエポキシ樹脂、シリコン樹脂等のシ
ール材でよく、通常はその一部に開口部を形成しておき
、セル化して後、その開口部から液晶を注入し、その開
口部を封止すればよい。

注入する液晶としては、通常のネマチック液晶でよいが
、逆回転のらせん構造をとることを防止するため、通常
カイラル物質が少量添加されることが好ましい。

このほか、カラーフィルター層を基板の内面または外面
に形成したり、基板を偏光膜基板としたり、基板の外面
にタッチスイッチ、紫外線カツトフィルター、無反射フ
ィルターを積層したりしてもよく、本発明の効果を損し
ない範囲内で通常の液晶表示素子に適用しつる技術を適
用してもよい。

本発明では、全体としてはネガ型表示であるが、電極へ
の電圧の印加は、ポジ型表示と同様に行う。

即ち、表示部分のうち、光を透過させる透光セグメント
においては、液晶分子が立ち上るしきい値以下の電圧を
印加し、遮光セグメントにおいては、しきい値電圧以上
の電圧を印加する。電圧の印加の方法については、各セ
グメントを個別駆動してもよいし、また複数のセグメン
トを共通の信号で駆動するマルチプレックス駆動を用い
てもよい。

これにより、背景部分は遮光膜により遮光され、遮光セ
グメントは一対の偏光膜により遮光され、透光セグメン
トは液晶分子のねじれに従い光もねじれて進むため、光
が透過してくるため、暗い背景に明るい表示が得られる
。

この場合、駆動電圧は主に観察される方向で高いコント
ラスト比が得られるように選択すればよい。一般には高
い電圧で駆動するほど高い角度（基板に垂直な方向）で
高いコントラスト比が得られる。逆に、液晶分子が立ち
上がる範囲ではあるが、比較的低い電圧で駆動すれば、
低角度で高いコントラスト比が得られる。具体的には、
垂直方向のしきい値電圧の１．５倍から６倍程度の範囲
内で駆動することが好ましい。

通常は、裏面の偏光膜の背後に、照明手段を設けて使用
するが、背後に反射板を設置し、正面からの光を利用し
て表示を行なってもよい。

また照明手段と、半透過半反射板を設置し、背面と正面
の両方の光を利用する装置としても本発明は適用できる
。

また、液晶中にネガ型、あるいはポジ型の２色性色素を
添加することでさらに高いコントラスト比を広い視野角
で得ることができる。また、この２色性色素を照明手段
の色温度の補償に用いてもよい。

［作用］ 高い遮光度を得るには、液晶層が複屈折性をほとんど示
さないこと、及び、偏光膜が充分な偏光度を保っている
ことの２点を満たす必要がある。

従来の９０″ねじれのねじれネマチック液晶表示装置に
おいては、主視角方向と偏光軸方向がおおよそ４５″′
の交差角を持っている。これらの液晶表示装置を斜めに
傾けて使用した場合、特定の方向でのコントラスト比を
上げることはできるが、左右方向に角度を振った場合、
偏光膜の偏光度の低下は避けられない。これは偏光軸に
対して４５″の角度から観察することになり、偏光軸の
回転効果、及び、偏光膜を構成している支持フィルムの
持つ微小な複屈折が最も効果を現す角度がこの角度であ
るためである。

このため、主視角方向のみでコントラスト比が高いが、
左右の角度依存性は悪く、視野角の広い液晶表示装置は
得られない。

これに対して、本発明においては、主視角方向と偏光軸
方向とがほぼ一致しており、左右に大きく角度を振った
場合においても、その角度が偏光軸と小さい角度をなす
ために５上述の効果が現れにくく、従って偏光度の低下
も小さい。このため、左右の角度依存性の良く、広い視
野角な有する液晶表示装置が得られる。

［実施例］ １Ｌ較例 第１図の構成で、液晶層のねじれ角を７０°とし１、セ
ル間隙は６．０１１ｍとし、液晶としてメルク社製ｒ　
ＺＬＪ−２９７８−０００Ｊ　　（△ｎ＝０．０８７　
）　、偏光膜として日東電工社製ｒＧ−１２２０ＤｕＪ
を用いた。

偏光膜の偏光軸は、夫々隣接する基板上での液晶分子配
向処理方向と１１．８°の角度をなし、かつ主視角方向
からみた２枚の偏光膜の偏光軸の交差角が９３．６”を
なすように配置した。

遮光膜はセル内面に形成し、カーボンインクによる印刷
で形成し、光の透過率約０．２％とした。

この液晶表示装置を３０°傾りて配置し、横方向（第２
図の主視角方向１８と直交する方向）に角度を振って、
その視認性を評価した。

なお、駆動信号は６．９Ｖ、１００ｔ（ｚの方形波とし
た。この素子のコントラスト比の角度変化を第３図中に
点線で示した。この液晶表示装置の視角は左右はぼ対称
であり、コントラスト比１００以上を示す角度は、中心
から視角方向で２２°であった。

実施例１ 比較例と同様の構成で、液晶層のねじれ角を９０°とし
た外は比較例と同一の液晶セルを用いｌこ　。

この液晶セルを第２図（ａ）に示すように、その配向処
理方向を主視角方向から夫々左右に４５°の方向になる
ように配置した。この場合、電界無印加時の液晶層の中
央部における液晶分子配向方向は、配向処理方向の交差
角のほぼ２等分線方向である主視角方向と一致する。

偏光膜を表側の偏光膜の偏光軸を、主視角方向と一致す
るように配置し、裏側の偏光膜の偏光軸を、それに直交
するように配置した。その裏側に冷陰極放電管による光
源を配置した。

この液晶表示装置を比較例と同様に、３０°傾けて配置
し、横方向（第２図の主視角方向１８と直交する方向）
に角度を振って、その視認性を評価した。

なお、駆動信号は６．３Ｖ　、　１００Ｈｚの方形波と
した。この素子のコントラスト比の角度変化を第３図中
に実線で示した。この液晶表示装置の視角は右側では比
較例よりも約１０°角度依存性が悪くなったが、左側は
４０°傾いた方向においてもコントラスト比３００以上
と非常に良い角度依存性を示した。

実施例２ 実施例１と同じ液晶セルを用い、表側の偏光膜を実施例
１に比して２°時計方向に回転して設置した。即ち、表
側の基板の配向処理方向を主視角方向から４７°傾け、
裏側の基板の配向処理方向は実施例１と同様に主視角方
向から４５゜傾けた状態にした。この結果、偏光膜の偏
光軸の交差角は８８°になった。

なお、駆動信号は６．　ＯＶ　、　１００Ｈｚの方形波
とした。この結果を第３図に一点鎖線で示す。これによ
り、右側の角度依存性が改善され、その差は２°程度に
なった。一方、左側は実施例１よリコントラスト比が低
下したが、４０６傾いた方向においてもコントラスト比
３００以上と非常に良い角度依存性を示した。

実施例３ 実施例１の配向処理方向を上下基板で逆にして、偏光膜
の偏光軸はそのままとした。液晶層のねじれは、実施例
１とは逆に右向きのらせん構造となる。

この液晶表示装置は、実施例１と左右がほぼ反転したコ
ントラストの角度依存性を示した。

３０°傾けた配置においては、横方向のうち、右側に４
０°傾いた方向においても、コントラスト比３００以上
と非常に良い角度依存性を示した。

［発明の効果］ 本発明では、配向処理した電極を設けた基板間にネマチ
ック液晶層を挟持し、表示パターンに対応する部分以外
には遮光膜を設け、液晶セルの両面に偏光膜の偏光軸を
電圧無印加部分で光が透過してくるように一対の偏光膜
を配置し、所望の表示パターン以外の表示パターン部分
の電極に前記ネマチック液晶が励起する以上の電圧を印
加するネガ型表示の液晶表示装置において、電界無印加
時の液晶層の中央部における液晶分子配向方向と、いず
れかの偏光膜の偏光軸方向とがほぼ平行となるように配
置したことにより、視角方向を液晶表示装置の基板に垂
直な方向から傾ける効果を有し、左右方向に広い視野角
を有する高コントラスト比のネガ型表示の液晶表示装置
を容易に得ることができる。

このほか、本発明の効果を損しない範囲内で種々の応用
が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

本発明の基本的例の断面図であ 第１図は、 る。 第２図（ａ）（ｂ） 向、偏光膜の偏光軸、 明する説明図である。 基板 電極 配向膜 遮光膜 シール材 液晶層 偏光膜 配向処理方向 偏光軸 主視角方向 は、本発明の配向処理力 主視角方向との関係を説 ：　　ＩＡ、　　ＩＢ ：　　２Ａ、　　２Ｂ ：　　３Ａ、　　３Ｂ ＝　４ ：　５ ：　６ ：　７Ａ、　　７Ｂ ：　１３Ａ、　　１３Ｂ、　２３Ａ、 ：　１７Ａ、　１７Ｂ、２７Ａ、 ：１８、２８ ３Ｂ ７Ｂ り　　１ 第 図 第 図 （ａ） （ｂ） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 平成　２年特許願第　２７１９６号 ２、発明の名称 液晶表示装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都千代田区丸の内二丁目１番２号名称　
（００４）旭硝子株式会社 平成　３年　８月２７日（発送臼） ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）配向処理した電極を設けた基板間にネマチック液
   晶層を挟持し、表示パターンに対応する部分以外には遮
   光膜を設け、液晶セルの両面に偏光膜の偏光軸を電圧無
   印加部分で光が透過してくるように一対の偏光膜を配置
   し、所望の表示パターン以外の表示パターン部分の電極
   に前記ネマチック液晶が励起する以上の電圧を印加する
   ネガ型表示の液晶表示装置において、電界無印加時の液
   晶層の中央部における液晶分子配向方向と、いずれかの
   偏光膜の偏光軸方向とがほぼ平行となるように配置した
   ことを特徴とする液晶表示装置。（２）液晶分子のねじ
   れ角が６０〜１２０゜となるように配向処理した電極を
   設けた基板間に、ネマチック液晶層を挟持し、表示パタ
   ーンに対応する部分以外には遮光膜を設け、液晶セルの
   両面に夫々偏光膜の偏光軸の交差角がほぼ９０゜となる
   ように配置し、所望の表示パターン以外の表示パターン
   部分の電極に前記ネマチック液晶が励起する以上の電圧
   を印加するネガ型表示の液晶表示装置において、配向処
   理方向の交差角のほぼ２等分線方向と、いずれかの偏光
   膜の偏光軸方向とがほぼ平行となるように配置したこと
   を特徴とする液晶表示装置。 （３）請求項１または２記載の液晶表示装置の裏側に、
   光源を配置したことを特徴とする光源付液晶表示装置。