JPH03226713A - 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く採用されている。

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、コントラストが不十分
である問題点かあった。

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が提案
されている。（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・ることかできる。

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（
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。

このため、面に垂直な方向の主屈折率が小さい一軸性複
屈折板を用いて、この欠点を解消することを本発明者ら
は提案している（特開昭６３−２３９４２１号）。

［発明の解決しようとする問題点］ 前記のような一軸性複屈折板を用いることにより、広い
視野角が得られる。

しかし、そのような特性を有する均一な一軸性複屈折板
を得ることが困難であり、量産使用には適用しにくいと
いう問題点があった。

［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くなされたものであ
り、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、偏光膜とネマチック液晶層との間
の少なくとも一方に２枚の一軸性複屈折板をその光軸が
互いにほぼ直交するように配置したことを特徴とする液
晶表示装置、及び、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（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、偏光膜とネマチッ
ク液晶層との間の少なくとも一方に２枚の一軸性複屈折
板を、その総合した面内の主屈折率ｎｘｓ　ｎｙと、垂
直方向の主屈折率ｎ２とがｎ）＋”Ｆ　ｎｙ＞　ｎｚな
る関係を満足す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において、液晶
の屈折率異方性Δｎ１と基板間隙ｄ１との積Δｎ１・ｄ
ｌに対して、複屈折板をＮ枚（Ｎ２２の自然数）使用す
る場合、各複屈折板の屈折率異方性Δｎ２とその厚みｄ
２との積Δｎ２ｄ２の値が０．２×Δｎ１ｄ１〈Δｎ２
ｄ２・Ｎ　＜　３．ＯＸΔｎｌ　’ｄｉ　となるように
することを特徴とする液晶表示装置、及び、それらの液
晶表示装置において、ネマチック液晶に２色性色素を添
加した液晶を使用することを特徴とする液晶表示装置を
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チック液晶
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はその上に形
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ＩＢ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、それらの
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。

さらに、偏光膜７Ａと液晶セルとの間に２枚の一軸性複
屈折板８Ａ、８Ｂがその光軸が互いにほぼ直交するよう
に配置されている。

配向膜の配向制御方向の交差角は、通常は９０°となる
ようにされるが、必要に応じて６０゜〜１２０゛程度の
ねじれとしてもよいし、配向制御方向の交差角は９０°
としても、液晶分子のねじれは９０°でなく、２７０”
や４５０°としてもよい。

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向上させるために、必要に応じてこ
れかられずかにずらして、見掛は土偶光軸が直交するよ
うに配置してもよい。

本発明で用いる一軸性複屈折板は、面内の特定方向（説
明上この方向をＸ方向とする）の主屈折率ｎｙが高く、
面内であってもそれに直交する方向（説明上この方向を
Ｘ方向とする）の主屈折率ｎｙが低く、面に垂直な方向
（説明上この方向をＺ方向とする）の主屈折率ｎ２は面
内の低い方の主屈折率ｎｙとほぼ同じである。この−軸
性複屈折板の光軸は、高い主屈折率ｎ８を示すＸ方向と
なる。

本発明では、このような−軸性複屈折板を２枚用いて、
その光軸をほぼ直交するように積層して用いる。具体的
には、一方の偏光膜と液晶セルとの間に、２枚の一軸性
複屈折板を積層して配置する。また、液晶セルの両面に
夫々２枚ずつ、合計４枚配置してもよい。なお、さらに
枚数を増やして、液晶セルの片面側に４枚配置する等配
置してもよい。

本発明では、個々の一軸性複屈折板は面内方向に光軸が
あるので、その主屈折率はｎｘ＞ｎｙ→ｎ２となるが、
２枚の一軸性複屈折板をその光軸がほぼ直交するように
配置しているので、面内方向では総合した主屈折率がほ
ぼ均一になり、ｎ−Ｆ　ｎｙ＞　ｎｙの関係となる。

通常のネマチック液晶を用いた液晶表示装置では、液晶
が正の光学異方性を有しているので、これを打ち消すの
に、この２枚の一軸性複屈折板を用いる。

このため、液晶の屈折率異方性Δｎ１と基板間隙ｄ１と
の積Δｎｌ　ｄ＋に対して、これら複数枚の一軸性複屈
折板の屈折率異方性Δｎ２とその厚みｄ２との積Δｎ２
・ｄ２の値を特定の範囲とすることが好ましい。即ち、
使用する複屈折板をＮ枚（Ｎ２２の自然数）とした場合
、液晶セルのΔｎ１・ｄｌ　と各複屈折板のΔｎ２・ｄ
２との関係を以下のようにすることが液晶の持つ複屈折
性を打ち消し、視野角の広い液晶表示装置が得るために
は好ましい。

０．２ＸΔｎ＋・ｄ＋　＜Δｎｚ’ｄ２’Ｎ　＜　３．
ＯＸΔｎ、・ｄ。

具体的には、片側に２枚の複屈折板を積層して使用した
場合には、　Ｎ＝２となるので、Δｎ２・ｄ２は、０．
１×Δｎ＋−ｄ、　〜１．５ｘΔｎ、−ｄ、とされるこ
とが好ましい。両側に２枚ずつ複屈折板を積層して使用
した場合には、Ｎ＝４となるので、Δｎ２・ｄ２は、０
．０５ＸΔｎ＋−ｄ＋　〜０．７５ｘΔｎ。

・ｄ、とされることが好ましい。

この−軸性複屈折板としては、面内に光軸を有する一軸
性で複屈折性（ｎｙ＞　ｎｙ’＋＝　ｎｙ）を示す透明
板であれば使用でき、プラスチックフィルム、無機の結
晶材料板等が使用可能である。

また、液晶層のΔｎ１・ｄｌの値は、０．３〜０．７μ
ｍ程度の範囲内にあることが好ましい。Δｎ１・ｄｌが
０．３μｍ未満になると、下記の式（１）で表わされる
透過セグメントの透過率が小さくなり、着色したり暗（
なったりする。

なお、Ｕ＝　２Δｎ・°ｄ・ え λ：光の波長 また、Δｎ１・ｄｌが０．７μｍを越えると、コントラ
スト比の角度依存性が低下するため、　０．７μｍ以下
とされることが好ましい。

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、　ＳｉＯ□、　
ＴｉＯ□、Ａｌ２Ｏ，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（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（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（、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。

汁スすス波恩ン１．でけ　通常の立マキ、リウ済晶でよ
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８−１山の（曾嬰″ｒ−＠動オるマル手ブレヅク又駆
動を用いてもよい。

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。

［作用コ 本発明における光学素子の役割を説明する前に、従来例
における遮光セグメント部において、低角度から見た場
合に光が漏れコントラスト比が低下する理由を説明する
。

第２図（ａ）に示すように、Ｚ軸を基板垂線方向、２枚
の偏光膜の偏光軸９Ａ、９Ｂを夫々Ｘ軸、ｙ軸方向（前
記の一軸性複屈折板のところで説明に用いたＸ方向、Ｘ
方向とは別）とする。充分に電界が印加された状態では
、液晶分子はほぼＺ軸方向に向いている。この液晶中を
第２図（ｂ）で示される角度で光が進む場合の光の透過
率を計算する。液晶の屈折率を分子軸方向でｎｌ、分子
軸に直角方向でｎａ　（ｎｅ＞　ｎｏ）とすると、その
複屈折Δｎ、２．は △ｓｔｙ”　　　、　　ｎｏ’ｎ。

（。。・３、。・θや。、・。。８・θ）・・−〇・　
（２）となる。この複屈折によって生じる位相差は、液
晶層の厚さをｄｌとして となり、この場合の透過率は Ｉ　＝ｓｉｎ２２ψ・ｓｉｎ”　（α／２）となる。θ
＝０°においては、 るため複屈折性を示さないが、 に従い、Δｎａｖｙは大きくなり、 この現象はψ＝４５°、１３５°、 （４） Δｎ＠ｆｔ”Ｏであ θが太き（なる 透過率が増す。

２２５°、　３１５　” で最も顕著になる。

この複屈折をなくすには、 （３） 式の位相を打 ち消す位相差を加えてやればよい。この位相差を与える
位相板として用いるのが、本発明における２枚の積層さ
れた一軸性複屈折板である。

即ち、偏光膜と液晶層との間の少なくとも一方に２枚の
一軸性複屈折板の光軸が互いにほぼ直交するように積層
して配置することにより、視野角の広い液晶表示装置を
容易に得ることができる。

［実施例］ 比較例 第１図で一軸性複屈折板８Ａ、８Ｂのみを除いた構成で
、液晶としてΔｎ、＝０．０８７のメルク社製ｒ　ＺＬ
Ｉ−２９７８−０００４偏光膜として日東電工社製「Ｇ
−１２２０ＤｕＪ　、セル間隙は５．５μｍ、従ってΔ
ｎ、　ｄ＋＝０．４８４ｃ　ｍとした。

遮光膜はセル内面に形成し、カーボンインクによる印刷
で厚さ約２μｍ、光の透過率約０．３％とした。また、
駆動電圧はＡＣ１２Ｖとした。この素子においてコント
ラスト比２００以上を示す角度は、中心から視角方向で
２６”まで、反視角方向で１０°、左右方向は１７°程
度までであった。これ以上の低角度では、遮光膜部分よ
り遮光セグメント部の透過率が高くなり、表示品位がお
ちるとともに、表示内容を見誤まる恐れがあった。

実施例１ 比較例と同様の液晶セルを用い、片側の偏光膜と液晶セ
ルとの間に、２枚の一軸性複屈折板をその光軸が互いに
直交するように重ね合せて、一方の光軸が一対の配向膜
の配向制御方向を２等分する線に平行に配置した。

この−軸性複屈折板の夫々のΔｎ２・ｄ２は０．３０μ
ｍであった。

この液晶セルをＡＣ１２Ｖで駆動したところ、コントラ
スト比２００以上を示す角度は、中心から視角方向で２
９°まで、反視角方向で１３°、左右方向は２９°程度
まで広がり、比較例に比べ著しく視認性が改良された。

実施例２ 比較例と同様の液晶セルを用い、夫々の偏光膜と液晶セ
ルとの間に、夫々２枚の一軸性複屈折板を光軸が直交す
るように、かつその一方の光軸が一対の配向膜の配向制
御方向を２等分する線に平行に配置した。

この−軸性複屈折板の夫々のΔｎ２・ｄ２は０．１５μ
ｍであった。

この液晶セルをＡＣ１２Ｖで駆動したところ、コントラ
スト比２００以上を示す角度は、中心から視角方向で２
９°まで、反視角方向で１３°、左右方向は３０°程度
まで広がり、比較例に比べ著しく視認性が改良された。

［発明の効果］ 本発明では、液晶層の示す複屈折性によって生じる光学
的位相差を、容易に入手可能な一軸性複屈折板を２枚用
いて、その光学軸を互いにほぼ直交するように積層して
配置することにより、はぼ打ち消すことが可能になり、
極めて高いコントラスト比による表示を広い角度範囲に
おいて得ることができる。

特に、従来から量産されている面内の一方向の主屈折率
が高い一軸性複屈折板を組み合わせて用いれば良いため
、均一性の良い一軸性複屈折板が容易に入手でき、大面
積でも均一性のよい液晶表示装置への量産適用が容易で
ある。

また、表示色もポジ型駆動のため、角度変化が少ないと
いう効果もあり、−枚の表示パネルにおいて、多種の色
を表示させることが可能である。このことにより、広い
角度範囲で極めてよい視認性をもつ表示が可能である。

また、本発明は、透過型表示のみならず反射型表示にお
いてもよい視認性を示すことにより外光が充分明るい場
所においても使用が可能であり、背景照明の輝度を下げ
ても視認性がよいことから、表示装置を小型にできると
いう効果もある。

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】

第１図は、本発明の基本的例の断面図である。 第２図は、本発明の詳細な説明する斜視図である。 基板　　　　　　　：ｌＡ％ＩＢ 電極　　　　　　　：　２Ａ、　２Ｂ 配向膜　　　　　　：３Ａ、３Ｂ 遮光膜　　　　　　＝４ シール材　　　　　＝５ 液晶層　　　　　　二６ 偏光膜　　　　　　：　７Ａ、　７Ｂ −軸性複屈折板　　＝８Ａ、８Ｂ 偏光軸　　　　　　：９Ａ、９Ｂ 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、偏光膜とネマチック液晶層との
   間の少なくとも一方に２枚の一軸性複屈折板をその光軸
   が互いにほぼ直交するように配置したことを特徴とする
   液晶表示装置。
2. （２）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、偏光膜とネマチック液晶層との
   間の少なくとも一方に２枚の一軸性複屈折板を、その総
   合した面内の主屈折率ｎ＿ｘ、ｎ＿ｙと、垂直方向の主
   屈折率ｎ＿ｚとがｎ＿ｘ≒ｎ＿ｙ＞ｎ＿ｚなる関係を満
   足するように配置したことを特徴とする液晶表示装置。
3. （３）請求項１または２記載の液晶表示装置において、
   液晶の屈折率異方性Δｎ＿１と基板間隙ｄ＿１との積Δ
   ｎ＿１・ｄ＿１に対して、複屈折板をＮ枚（Ｎ≧２の自
   然数）使用する場合、各複屈折板の屈折率異方性Δｎ＿
   ２とその厚みｄ＿２との積Δｎ＿２・ｄ＿２の値が０．
   ２×Δｎ＿１・ｄ＿１＜Δｎ＿２・ｄ＿２・Ｎ＜３．０
   ×Δｎ＿１・ｄ＿１となるようにすることを特徴とする
   液晶表示装置。
4. （４）請求項１または２または３記載の液晶表示装置に
   おいて、ネマチック液晶に２色性色素を添加した液晶を
   使用することを特徴とする液晶表示装置。