JPS6355522A - ネジレネマチック液晶表示装置 - 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］ 本発明は自動車あるいは時計などの表示に用いられるネ
ジレネマチック液晶表示装置に関するものであり、暗い
背景に明るい表示パターンの現われるネガ表示型液晶表
示装置に関するものである。

［従来技術］ ネジレネマチック液晶表示装置は、その外観によりネガ
表示型とポジ表示型に大別される。

ネガ表示型とは、暗い表示面に明るい文字・図形等の表
示を行う形式であり、自動車の計器類、時計等に既に広
く用いられている。

第２図に従来のネガ型ネジレネマチック液晶表示装置の
例を模式的に示した斜視図を示す。

一般に裏面の照明手段ｌ、偏光板３．５、ネジレネマチ
ックセル（ＴＮセル）４とからなり、用途に応じて色フ
イルタ−２を併用することも′ある。

ＴＮセルは２枚のガラス、プラスチック等の透明支持体
に相対向する所望形状の電極を備え、透明支持体間では
、ネマチック液晶分子が透明支持体の表面に対しほぼ平
行になり、かつ９０°のラセン構造を成す様に配向制御
されている。また、偏光板３．５の偏光軸は、隣接する
基板表面の液晶分子の配向方向に平行もしくは直交し、
かつ偏光軸が互いに平行になる如く設置される。このよ
うな構成をとることにより、電圧が印加されない部分で
は光源ｌの光は、偏光板３で直線偏光となり、ＴＮセル
４に入射する。ＴＮセル４において直線偏光はほぼ９０
°偏光面が回転させられ、偏光板５で遮光される。

一方、ＴＮセルの、しきい電圧以上の励起電圧を印加さ
れた部分では偏光面の回転がないために％ＴＮセル４を
通過した偏光面は偏光板５の偏光軸と一致し、明るいパ
ターンを生ずる。また、色フイルタ−２を設ければ、透
過光を着色することが可能になり、部分的に表示色を変
えた表示装置も構成できる。

［発明の解決しようとする問題点］ 従来から用いられているこの方式は、既に理論的に解析
されている。　（Ｃ１ｌＧｏｏｃｈ等、Ｊ、　Ｐｈｙｓ
、　。

Ｄ、　８　、１９７５．　Ｐ、＋５７５）背景部分の透
過率（Ｔｏｆｆ）は、理論的な偏光板を用いた場合 Ｔｏｆｆ＝ｓ＋ｎ”（−（１＋ｕ”）”’）／（１＋ｕ
”）　　　（１）ｕ＝２ｄΔｎ／λ　　　　　　　　　
（２）ｄ：ＴＮセルの間隙 □　Δｎ：ネマチック液晶の屈折率異方性λ：先の波長 で表わされる。また１表示部分（電圧印加部分）の透過
率（Ｔｏｎ）は、２枚の偏光板を、互いに偏光軸が平行
になる如く設置した場合の透過率で近似できるので、Ｔ
ｏｎ４０．５となる。従って、コントラスト比（ＣＲ）
は ＣＲ＝　Ｔｏｎ／　ＴｏｆｒＪｖ　０．５／　Ｔｏｆｆ
　　　　（３）で近似することができ、セル間隙（ｄ）
％液晶の屈折率異方性（Δｎ）および波長依存性を持っ
ている。

一方、液晶セル間隙（ｄ）を厳密に一定に制御すること
は困難であり、設定値に対するバラツキをもつこと、ま
た八〇は温度依存性、波長依存性共に有すること、さら
には同一セルで多色の表示をする、言い換えれば異なっ
た波長の光を使用する場合があること等の制限条件があ
る。

その結果、従来の装置は以下に挙げる問題を持っていた
。

（＋）コントラスト比が小さい。

（２）背景の暗さが充分でなく、背景もある程度明るく
見えてしまう、言い換えればＴｏｒｆが大きい。

（３）　Ｔｏｆｆの温度依存性が大きく、温度により背
景の暗さが変化する。

いずれの問題点もＴｏｆｆが（１）式に従うために理想
的な光シヤツターで無いことに起因する。

これをさけてネガ型表示をするためには、ポジ型セルを
用い、背景部分に電極を設は常に電圧を印加することも
考えられたが、２層セルとするか、２層電極とする等し
なくてはならなく、パターン設計の容易さ、見易さ、生
産性、コスト上好まくしない、又、部分的に配向を平行
配向とすることも考えられたが、単に固定表示部分を設
けるのみならばそれほど困難でもないが、表示パターン
以外の全ての部分の配向方向のみを変えることは極めて
困難で、複雑な表示には応用できない。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は、従来装置のかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、Ｔｏｆｆを２枚の偏光板の偏光軸を
直交させた場合と同等の光量となる如く構成されるもの
であり、コントラストの大きいネガ型ネジレネマチック
液晶表示装置゛を提供するものである。

本発明は、照明手段と、ほぼ９０°のラセン構造をもつ
ネマチック液晶層と、ネマチック液晶層を挟持し、かつ
電極の形成された複数の透明支持体と、表示パターンに
対応する位置に光透過部分の形成された遮光マスクと、
透明支持体の外側に設けられた１対の偏光板と、電極に
電圧を印加する手段とを備えたネジレネマチック液晶表
示装置において、遮光マスクに設けられた光透過部分が
、対向する電極により定められる表示セグメントパター
ンの内側に設けられるとともに、各々の偏光板の偏光軸
が互いに直交するように配置し、かつ所望の表示パター
ンに対応する電極間以外の電極間に励起電圧を印加する
ようにしたことを特徴とするネジレネマチック液晶表示
装置を提供するものである。

本発明では２枚の偏光板は互いにその偏光軸が直交する
ように配置されるものであり、通常はその偏光軸を近接
する液晶分子の配向方向に直交または平行するように配
置されればよい。

本発明では、このような構成をとることにより、即ち、
ポジ型のセル構成でネガ型表示をすることにより、背■
λ部分は遮光マスクで遮光され、表示パターン部分での
Ｔｏｆｆは電圧印加により液晶分子がねじれ配向でなく
なることから、２枚の偏光板の偏光軸を直交させた場合
と同等の光量となるので、充分に暗くできるとともに温
度、色に関係なく同じ暗状態とすることができる。これ
により部分的に色フィルターや異色光源を設けた場合に
おいてもそれが認識されなく、さらにコントラストも大
きくとれることになる。

また、本発明では、遮光マスクに設けられた光透過部分
が、対向する電極により定められる表示セグメントパタ
ーンの内側に設けられており、即ち、表示セグメントパ
ターンよりも遮光マスクに設けられた光透過部分が小さ
くされているため、電極と遮光マスクにずれを生じても
暗くしたい表示パターンの一部が明るくなってしまうと
いう問題点を生じにくい。

これにより、真暗な背景に表示したい表示パターンのみ
が明るく表示され、視認性が極めて高いものとなる。

本発明に使用するＴＮセルは、従来のポジ型ＴＮセルと
同じ構成でよく、偏光板もポジ型表示の配置とすればよ
く、表示したいパターンに光透過部分を構成した遮光マ
スクを用い、表示パターンに相当するセグメント電極の
電極間にはポジ型表示の時に点灯したい（暗くしたい）
セグメント電極に対応する電極間には電圧を印加しなく
、ポジ型表示の時に点灯したくない（明るくしたい）セ
グメント電極に対応する電極間には電圧を印加すること
により、ネガ型表示をする。

遮光マスクは、従来から公知の顔料人のインクの印刷、
金属の蒸着、メッキ等光を遮光するものであればよく、
セルの外側、またはセル内面に形成されればよい。その
遮光度は背景部分の光の抜けをどの程度にするかにより
適宜設定されれば良いが、通常は暗いセグメント部分と
ほぼ等しい程度の光の抜は状態とされれば良い。

また、本発明では、表示セグメントパターンよりも遮光
マスクに設けられた光透過部分が小さくされるが、この
重なり部分の幅は１例えば０．１〜ｌ　Ｏｍｍ程度とさ
れ、表示パターンの幅、位置合せ精度等により適宜定め
られれば良い。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図、第３図及び第４図によ
り説明する。

実施例１ 第１図は本発明の基本的構成例の斜視図を示す。従来例
と異なる部分は、遮光マスク７が設けられ、表示パター
ンの形状が遮光マスクの形状とほぼ同一であり、遮光マ
スクに設けられた光透過部分が、対向する電極により定
められる表示セグメントパターンの内側に設けられてい
ること、偏光板３及び５の偏光軸が互いにほぼ直交して
おり、かつ隣接する液晶分子の配向方向とほぼ直交もし
くは平行すること、及びＴＮセル４に電圧印加する手段
６が、非表示セグメントにのみＴＮセル動作電圧を与え
るという従来とは逆の駆動を行うことである（以下これ
をＲ−ＴＮセルと称す）。

第３図は、遮光マスク７とＴＮセル４とを拡大して示し
た平面図であり、第４図は、遮光マスクと電極による表
示セグメントパターンとの関係を示す平面図である。

第３図において、ＴＮセル４の複数の表示セグメントパ
ターンｌｌＮｌ８は、遮光マスク７の光透過部分８とほ
ぼ位置を合せるように設置される。この際、本発明では
遮光マスクに設けられた光透過部分が、対向する電極に
より定められる表示セグメントパターンの内側に設けら
れているので、表示パターンの輪郭は遮光マスクの光透
過部分８の形状により決められる。

第４図は、遮光マスクのパターンと表示セグメントパタ
ーンの形状を示す平面図であり、対向する電極パターン
によって定まる表示セグメントパターン（破線）のやや
内側まで遮光マスクのパターン（実線）が設けられたと
ころを示している。　　　′ これにより、通常のネガ表示と同様、表示したいセグメ
ント電極の部分のみが明状態となってみえるものであり
、遮光マスクの光透過部分のパターンが表示セグメント
パターンよりも小さくされているので、電極と遮光マス
クの位置がずれたとしても、この重なり部分の範囲内で
あれば暗くしたい部分の端から光が漏れてくというよう
な事態を生じなく、パターンのずれに対する許容度が増
えるとともに、斜め方向からみてもこのパターンのずれ
を生じに＜＜、二ｍに見えにくい。

第３図は７セグメントでＯ〜９までの数字表示をするパ
ターンの例である。表示セグメント１１〜１８に全く電
圧が印加されない場合、全てのセグメントは明状態であ
る。次に１部のセグメントに液晶のしきい電圧以上の所
要電圧が印加されるとその部分は液晶分子が立ち上がり
、暗状態となり、電圧無印加セグメントのみが表示パタ
ーンとして認識される。−例として、セグメント４７．
４５に対応する電極間にのみ電圧印加した場合は、３の
表示となる。尚、この場合セルの背景部分ｌＯは電圧無
印加部分と同じ明状態であるが、遮光マスク７があるた
め遮光され、暗状態として視認される。

そこで前述の従来例と同様に本発明のＲ−ＴＮセルのコ
ントラストを解析すると以下のようになる。理想的な偏
光板を用い、充分な印加電圧を与えた場合、 ＴｏｆｆＬ９０　　　　　　　　　　　　　　　（４）
Ｔｏｎ＝ｌ−ｓ＋ｎ”（−（１＋ｕ”）”’）／（１＋
ｕ”）　　　　（５）となり、コントラスト比（Ｔｏｎ
／Ｔｏｆｆ）は無限大に近くなる。実際には偏光板の特
性あるいは印加電圧の限界により有限のコントラスト比
しか得られないが、従来方式に比較すると飛躍的な向上
が可能になる。表１にコントラスト比の測定結果を示す
、使用した液晶はメルク社！！２ＺＬｆ−１５６５、偏
光板は日東電工社製Ｑ−１２、また、セル間隙は９．３
μｍである。また、印加電圧はｌＯＶ、透過光強度はセ
ル表面に垂直方向で測定し、Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆの値とし
てはフォトマルの出力電圧で表示した。

表−１ さらに表示装置として実用化するためには視野角も重要
である。本発明者などは種々検討した結果、液晶の屈折
率異方性（Δｎ）とセル間隙（ｄ）　　との積Δｎｄカ
月、０〜０．３μｍ、より好ましくは、０．８〜０．３
μｍに設定されれば実用的な視野角が得られることを見
出した。

第５図はコントラスト比の角度依存性を比較例とともに
示すグラフである。第５図（ａ）はコントラスト比と視
角との関係を示すグラフである。

本発明の実施例であるＲ−ＴＮセルでは５μｍ、従来例
は９．３μｍと５μｍのセル間隙に設定した。液晶及び
偏光板などの条件は表１と同様である。また、第５図（
ｂ）は測定角度条件を表わす斜視図であり、ＴＮセルの
主視野方向（θ〉０°）および反視野方向（θくＯ″″
）に角度依存性を測定した。

第５図に見られるように、従来セルでは単純にΔｎｄを
小さくしたのみでは、視野角は広くなるが、コントラス
ト比は小さく、一方、垂直方向（θ＝０°）のコントラ
ストを大きくすれば視野角が狭くなるといった矛盾を持
っているのに対し、本発明ではその両者の優れた特徴を
生かすことができた。

また１本発明では、偏光板の偏光度が高いものを使用す
れば、さらにＴｏｆｆの値を小さくすることができ、Ｔ
ｏｎ／Ｔｏｆｆのコントラスト比を１０００以上とする
ことも可能であり、従来のネガ型液晶表示装置では到底
得られなかった高コントラスト比を有するネガ型液晶表
示装置を得ることができる。

実施例２ 実施例１の遮光マスクをセルの内面に設けた外は実施例
１と同様のネガ型液晶表示装置を製造した。

この液晶表示装置は、コントラスト比については、実施
例１と同様であり、かつ、斜め方向から見た場合の電極
と遮光マスクのずれを生じにくいという利点を有してい
た。

本発明の構成は第１図の実施例に示した例に限るもので
はなく、ＴＮセルに用いられる応用は可能であり、カラ
ーフィルター、カラー偏光板、各種導光板の使用をはじ
め、液晶材料への２色性染料の添加、能動素子を基板上
に設けるなどしてもよい。

本発明の遮光マスクは、セルの裏側に配置してもよいし
、セルの表側、セルの内面へ配置してもよい。

もっとも、広い視野角が求められる用途、または微細な
表示パターンが必要な用途においては、遮光マスクの形
状と表示セグメント１１〜１Ｂに視差があると表示欠陥
となりつる。従って、こうした場合ＴＮセル４の内面に
遮光マスクを、　設けることが好ましい。

また１本発明では背景部分は遮光マスクで暗状態とする
ため、その部分には光は不要であり、光源の光を表示パ
ターン部分に集中することにより、より明るい表示が可
能となるため、セルの裏面、もしくは裏側偏光板の裏側
に反射するような反射板を表示パターン部分を除いて設
ける、表示パターン部分にのみ光を集中放射する導光板
を用いる等することができる。

また、使用するネマチック液晶のΔｎは、実用的なセル
間隙６〜１０μｍを考慮すると好ましい領域があり、０
．０３≦△ｎ≦０，１７、また、より好ましくは０．０
３≦△ｎ≦０．１３である。八〇の小さい液晶材料とし
ては、 Ｒ％ｃｏｏ−＠）−ｘ Ｒ＜Ｅ＞ＣＯＯ＜Ｅ）−Ｘ 等のトランス−シクロヘキサン環を有する化合物が用い
られる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば従来のネガ型ＴＮセルの
コントラスト不足を解消するのみならず、視野角をも改
良するという効果が得られる。

また１本発明では、対向する電極パターンによって定ま
る表示セグメントパターンのやや内側まで遮光マスクの
パターンが設けられており、遮光マスクの光透過部分の
パターンが表示セグメントパターンよりも小さくされて
いるので、！！２造工程の位置合せのずれにより電極と
遮光マスクの位置がずれたとしても、この重なり部分の
範囲内であれば暗くしたい部分の端から光が漏れてくと
いうような事態を生じにくく、パターンのずれに対する
許容度が高く、かつ、斜め方向からみてもこのパターン
のずれを生じに＜＜、二重に見えにくいという利点も有
する。

特に、遮光マスクをセル内面に形成することにより、斜
め方向から見た場合にも電極と遮光マスクのずれを生じ
に＜＜、見映えが良いものである。

また、セル間隙を小さくできるために応答速度も改良さ
れるという副次的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図である。 −第２図は従来のネガ表示型ＴＮ液晶表示装置の構成例
を示す斜視図である。 第３図は第１図の部分拡大図である。 第４図は本発明の表示セグメントのパターン（破線）と
遮光マスクのパターン（実線）の例を示す平面図である
。 第５図（ａ）はコントラスト比の角度依存性を示すグラ
フであり、（ｂ）は測定角度条件を表わす斜視図である
。 ｌ・・・照明光源、　　２・・・色フイルタ−，３・・
・偏光板、　　　４−ＴＮセル、５・・・偏光板　　　
６・・・電圧印加手段。 ７・・・遮光マスク、８・・・光透過部分、ｌｌ−１８
・・・表示セグメント 携斤角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）照明手段と、ほぼ９０°のラセン構造をもつネマ
   チック液晶層と、ネマチック液晶層を挟持し、かつ電極
   の形成された複数の透明支持体と、表示パターンに対応
   する位置に光透過部分の形成された遮光マスクと、透明
   支持体の外側に設けられた１対の偏光板と、電極に電圧
   を印加する手段とを備えたネジレネマチック液晶表示装
   置において、遮光マスクに設けられた光透過部分が、対
   向する電極により定められる表示セグメントパターンの
   内側に設けられるとともに、各々の偏光板の偏光軸が互
   いに直交するように配置し、かつ所望の表示パターンに
   対応する電極間以外の電極間に励起電圧を印加するよう
   にしたことを特徴とするネジレネマチック液晶表示装置
   。
2. （２）液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶層の厚み（ｄ
   ）の積Δｎｄが０．３〜１．０μｍである特許請求の範
   囲第１項記載のネジレネマチック液晶表示装置。
3. （３）偏光板の偏光軸が近接する液晶分子の配向方向に
   平行または直交している特許請求の範囲第１項記載のネ
   ジレネマチック液晶表示装置。
4. （４）遮光マスクがセル内面に形成されている特許請求
   の範囲第１項記載のネジレネマチック液晶表示装置。