JP2018132697A - 液晶表示装置、および、液晶モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の液晶セルが重ねて配置される液晶表示装置において、新規な構造を有する液晶表示装置を提供する。【解決手段】当該液晶表示装置は、光源と、前記光源の光軸上に、相互に離れて配置される一対の偏光板と、前記一対の偏光板の間に配置され、前記光源の光軸に直交する仮想平面に対して、第１の角度で傾く第１の液晶セルと、前記一対の偏光板の間に配置される第２の液晶セルと、を有する。【選択図】 図３−１

Description

本発明は、複数の液晶セルを含む液晶表示装置、および、その液晶表示装置を構成する液晶モジュールに関する。

複数枚の液晶セルを積層して用いる液晶表示装置が開発されている（たとえば特許文献１〜４）。このような液晶表示装置を利用すれば、たとえば、所望の表示領域に種々の異なる表示パターンを表示させることができる。

特開２００１−０６６６２６号公報 特開２００３−０４３４４９号公報 特開２００３−１９５３４４号公報 特開２００８−１５８１７４号公報

本発明の主な目的は、複数の液晶セルが重ねて配置される液晶表示装置において、新規な構造を有する液晶表示装置を提供することにある。また、他の目的は、複数の液晶セルが重ねて配置される液晶表示装置において、その表示品質を向上することにある。

本発明の主な観点によれば、光源と、前記光源の光軸上に、相互に離れて配置される一対の偏光板と、前記一対の偏光板の間に配置され、前記光源の光軸に直交する仮想平面に対して、第１の角度で傾く第１の液晶セルと、前記一対の偏光板の間に配置される第２の液晶セルと、を有する液晶表示装置が提供される。

複数の液晶セルが重ねて配置される液晶表示装置において、その表示品質が向上する。

図１Ａは、参考例による液晶表示装置の基本的な構成を示す断面図であり、図１Ｂは、その液晶表示装置の表示面を示す平面図である。 図２Ａは、液晶表示装置を構成する複数の液晶セルの光学特性を測定する様子を示す断面図であり、図２Ｂおよび図２Ｃは、それら液晶セルにおける光透過率の傾き角（観察角度）依存性を示すグラフである。 および、 図３Ａ〜図３Ｄは、それぞれ第１〜第４の実施例による液晶表示装置を示す断面図である。 実施例による液晶セルの電極パターンを例示する平面図である。

図１Ａは、参考例による液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。便宜のため、各構成要素の相対的なサイズや位置関係は、実際のものとは異なっている。

参考例による液晶表示装置１１０は、第１および第２の液晶セル１０，２０と、一対の偏光板３１，３２と、光源４０と、を備える。光源４０には、たとえば蛍光灯やＬＥＤライトなどを用いることができる。または、導光板を用いたエッジライト型バックライトユニットを用いてもよい。

光源４０の光軸上に、相互に間隔を空けて一対の偏光板３１，３２が配置される。一対の偏光板３１，３２の間に、第１および第２の液晶セル１０，２０が配置される。光源４０側から、一方の偏光板（裏側偏光板）３１、第１の液晶セル（裏側液晶セル）１０、第２の液晶セル（表側液晶セル）２０、および、他方の偏光板（表側偏光板）３２が、順番に並んで配置される。第１および第２の液晶セル１０，２０、ならびに、一対の偏光板３１，３２を、総称して、液晶モジュールと呼ぶことがある。

第１の液晶セル１０は、いわゆる、ドットマトリクス型の電極構造を有する、マルチプレックス駆動ＶＡ（バーティカル・アライメント）方式の液晶セルである。第１の液晶セル１０は、対向配置された下側基板１１および上側基板１２と、下側基板１１および上側基板１２に挟持される液晶層１７と、を備える。

下側基板１１および上側基板１２は、それぞれ、たとえばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。具体的には、０．７ｍｍ厚ソーダライムガラス基板を用いることができる。下側基板１１と上側基板１２は、たとえば５μｍの間隙を設けて貼り合わされている。下側基板１１と上側基板１２との間隙は、図示しない枠状のシール材に含有するロット状又は球状のスペーサーと、基板面内に均一に分散配置される球状スペーサーにより保持される。

下側基板１１の一面側（上側基板１２との対向面側）に、一方向に延在するストライプ状の下側電極１３が設けられている。同様に、上側基板１２の一面側（下側基板１１との対向面側）に、下側電極１３と交差する方向に延在するストライプ状の上側電極１４が設けられている。これらの電極１３，１４は、それぞれインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって形成される。なお、電極１３，１４は、それぞれ、基板の中央付近に集中的に形成されているものとする。

下側配向膜１５は、下側基板１１の一面側に下側電極１３を覆うように設けられている。同様に、上側配向膜１６は、上側基板１２の一面側に上側電極１４を覆うように設けられている。これらの配向膜１５，１６としては、液晶層１７の配向状態を垂直配向（基板法線方向）に規制する垂直配向膜が用いられている。各配向膜には、ラビング処理等の一軸配向処理が、相互に反平行となるように施されている（一軸配向処理の方向を、図中において、矢印１５ｒ，１６ｒとして示す）。

液晶層１７は、下側基板１１と上側基板１２との間に、図示しない枠状のシール材に囲まれて設けられている。液晶層１７を構成する液晶部材が、下側基板１１、上側基板１２、および、枠状のシール材により画定される空間に充填されている。液晶材料には、たとえばメルク社製ネガ型液晶材料（複屈折Δｎ＝０．１８，誘電率異方性Δε＝−２．０）を用いることができる。

電圧無印加時において、液晶層１７を構成する液晶分子の配向方向は、下側基板１１および上側基板１２の各基板面に対してほぼ垂直となる。液晶分子のプレチルト角は、約８９．８５°である。図中において、液晶分子配向方向を矢印１７ｄとして示す。電圧印加時において、液晶分子の配向方向は、下側基板１１および上側基板１２の各基板面に対してほぼ水平となる。

第２の液晶セル２０は、いわゆる、セグメント型の電極構造を有する、ＶＡ方式の液晶セルである。第２の液晶セル２０は、対向配置された下側基板２１および上側基板２２と、上側基板２１および下側基板２２に挟持される液晶層２７と、を備える。

下側基板２１および上側基板２２は、たとえば、０．７ｍｍ厚ソーダライムガラス基板である。下側基板２１と上側基板２２は、たとえば４μｍの間隙を設けて貼り合わされている。

下側基板２１の一面側（上側基板２２との対向面側）に、コモン電極（ベタ電極）２３が設けられている。上側基板２２の一面側（下側基板２１との対向面側）に、所望の文字や図形等の形状を有するセグメント電極（表示電極）２４が設けられている。

下側配向膜２５は、下側基板２１の一面側にコモン電極２３を覆うように設けられている。同様に、上側配向膜２６は、上側基板２２の一面側にセグメント電極２４を覆うように設けられている。これらの配向膜２５，２６としては、液晶層２７の配向状態を垂直配向（基板法線方向）に規制する垂直配向膜が用いられている。各配向膜には、ラビング処理等の一軸配向処理が、相互に反平行となるように施されている（一軸配向処理の方向を、図中において、矢印２５ｒ，２６ｒとして示す）。

液晶層２７は、下側基板２１と上側基板２２との間に、図示しない枠状のシール材に囲まれて設けられている。液晶層２７を構成する液晶部材が、下側基板２１、上側基板２２、および、枠状のシール材により画定される空間に充填されている。液晶材料には、たとえばメルク社製ネガ型液晶材料（複屈折Δｎ＝０．０８，誘電率異方性Δε＝−５．０）を用いることができる。

電圧無印加時において、液晶層２７を構成する液晶分子の配向方向は、下側基板２１および上側基板２２の各基板面に対してほぼ垂直となる。液晶分子のプレチルト角は、約８９．７０°である。図中において、液晶分子配向方向を矢印２７ｄとして示す。電圧印加時において、液晶分子の配向方向は、下側基板２１および上側基板２２の各基板面に対してほぼ水平となる。

第１の液晶セル１０は、たとえば、駆動電圧が２２．５Ｖであり、フレーム周波数が１５０Ｈｚである、１／６４Ｄｕｔｙ，１／９Ｂｉａｓのマルチプレックス駆動により駆動される。また、第２の液晶セル２０は、たとえば、駆動電圧が５Ｖであり、フレーム周波数が１２８Ｈｚである、１／４Ｄｕｔｙ，１／３Ｂｉａｓのマルチプレックス駆動により駆動される。

第１および第２の液晶セル１０，２０は、液晶分子配向方向１７ｄ，２７ｄが同じ方向を向くように配置される。一対の偏光板３１，３２は、それらの吸収軸が相互に直交するように配置される（クロスニコル配置される）。また、それらの吸収軸が液晶セル１０，２０の液晶分子配向方向に対して４５°傾くように配置される。

図１Ｂは、液晶表示装置１１０を、表側偏光板３２側から見た際の平面図である。第１の液晶セルを駆動（電圧印加状態）すると、表示領域の中央付近に、複数の画素がマトリクス状に配列されたドットマトリクスパターンを表示することができる。また、第２の液晶セルを駆動（電圧印加状態）すると、表示領域の所望の領域に、予め定められた文字や図形などのセグメントパターンを表示することができる。表示領域の中央付近に示す、破線で囲う領域Ａｓｍには、第１の液晶セルによるドットマトリクスパターンと、第２の液晶セルによるセグメントパターンと、を選択的に表示することができる。

液晶表示装置１１０において、領域Ａｓｍに第１の液晶セルによるドットマトリクスパターンを表示し、その他（両端）の領域に第２の液晶セルによるセグメントパターンを表示することができる。第１および第２の液晶セルは、種々の製造条件（セル厚，液晶材料）や駆動条件が異なるため、光学特性（特に光透過率）が異なる。このため、第１の液晶セルによるドットマトリクスパターンと第２の液晶セルによるセグメントパターンとを同時に表示する場合、それらのパターンの間に著しい輝度・明るさの違いが生じうる。このような輝度・明るさの違いは、表示品質向上の観点から、抑制されることが好ましい。

図２Ａは、第１および第２の液晶セルをそれぞれ傾けたときの、当該液晶セルの光透過率を測定する様子を示す断面図である。なお、図２Ａに示す液晶セル１０，２０は、便宜のため、簡略化して示す。

光源４０の光軸４１および液晶セルの液晶分子配向方向に直交する軸（図中において手前から奥に延在する軸）を中心に、液晶セルを傾けて（回転させて）、当該液晶セルの光透過率を、表側偏光板３２側から測定・観察する。液晶セルが光源４０に正対している（光源４０の光軸４１に直交している）ときの姿勢・態様を基準（観察角度θ＝０°）とする。液晶セル１０，２０を、液晶分子配向方向が光源４０側に向くように傾ける（図中において、時計回りに回転させる）方向を、正の回転方向に設定する。

図２Ｂは、電圧印加時（透光状態）の第２の液晶セル（表側液晶セル）２０を、−６０°〜＋６０°に傾けたときの、当該液晶セルの光透過率を示すグラフである。横軸は、第２の液晶セル２０の傾き角θを示し、縦軸は当該液晶セルの光透過率を示す。

第２の液晶セル２０の傾きが０°であるとき、当該液晶セルの光透過率は約１３％程度である。当該液晶セルを正方向に傾ける（回転させる）と、傾きが４０°程度になるまで、光透過率が単調に増加する。一方、当該液晶セルを負方向に傾ける（回転させる）と、傾きが−３０°程度になるまで、光透過率は単調に減少する。

図２Ｃは、電圧印加時（透光状態）の第１の液晶セル（裏側液晶セル）１０を、−６０°〜＋６０°に傾けたときの、当該液晶セルの光透過率を示すグラフである。横軸は、第１の液晶セル１０の傾き角θを示し、縦軸は当該液晶セルの光透過率を示す。

第１の液晶セル１０の傾きが０°であるとき、当該液晶セルの光透過率は約１０％程度である。当該液晶セルを正方向に傾ける（回転させる）と、傾きが３０°程度になるまで、光透過率が単調に増加する。一方、当該液晶セルを負方向に傾ける（回転させる）と、傾きが−２０°程度になるまで、光透過率は単調に減少する。

図２Ｂおよび図２Ｃに示すグラフにより、液晶セルを傾けることで光透過率が変化することがわかる。参考例による液晶表示装置１１０（図１Ａ）において、第１の液晶セル１０によるドットマトリクスパターンと第２の液晶セル２０によるセグメントパターンとを並べて表示する場合、液晶セル１０，２０の傾きを調整して、それら液晶セルが表示するパターンの輝度・明るさを同等にすることができる。

図３Ａは、第１の実施例による液晶表示装置１０１を示す断面図である。参考例（図１Ａ）と比較すると、液晶表示装置１０１では、第１の液晶セル１０が、たとえば＋５°傾いて配置される。これにより、第１および第２の液晶セル１０，２０の光透過率が同等になり、結果、それら液晶セルが表示するパターンの輝度・明るさが同等になる。

図３Ｂは、第２の実施例による液晶表示装置１０２を示す断面図である。液晶表示装置１０２では、第１の液晶セル１０にくわえ、さらに第２の液晶セル２０も傾いて配置される。たとえば、第１の液晶セル１０が＋１０°傾けられ、第２の液晶セル２０が＋５°傾けられる。これにより、液晶セル１０，２０双方の表示パターンを、参考例（図１Ａ）よりも明るく表示することができる。

図３Ｃは、第３の実施例による液晶表示装置１０３を示す断面図である。液晶表示装置１０３では、第１および第２の液晶セル１０，２０の間に、さらに透光性樹脂部材５０が充填される。透光性樹脂部材５０は、液晶セル１０，２０を構成するガラス基板（基板１１，１２，２１，２２、図１Ａ参照）と同等の屈折率（たとえば１．４〜１．６）を有する。透光性樹脂部材５０には、たとえば、シリコーンなどを用いることができる。透光性樹脂部材５０は、液晶セル１０，２０間へのほこり等の侵入を防止し、表示品質の向上に貢献する。また、透光性樹脂部材５０を設けて、液晶セル１０，２０間の空気層を取り除くことで、液晶セル（特にガラス基板）および空気層の屈折率界面を無くすことができる。これにより、全体的な透過率が向上し、表示輝度・明るさを向上させることができる。

図３Ｄは、第４の実施例による液晶表示装置１０４を示す断面図である。液晶表示装置１０４では、第１および第２の液晶セル１０，２０に合せて、偏光板３１，３２も傾いて配置される。より具体的には、第１の液晶セル１０の裏面に裏側偏光板３１が、図示しない粘着層を介して貼り付けられ、第２の液晶セル２０の表面に表側偏光板３２が、図示しない粘着層を介して貼り付けられる。第３の実施例と同様に、部材間へのほこり等の侵入を防止し、表示品質の向上に貢献する。また、液晶セル（特にガラス基板）と偏光板との間の空気層を取り除いて、屈折率界面を無くすことにより、全体的な透過率が向上し、表示輝度・明るさを向上させることができる。

図４は、第２の液晶セルが表示するセグメントパターンを示す平面図である。光源の光軸に直交するスクリーン上に、実施例による液晶表示装置の表示パターンを投影する場合を想定する。実施例に示すように液晶セルを傾けて配置する場合、特に、第２および第３の実施例のように、セグメントパターンを表示する液晶セル（第２の液晶セル）を傾ける場合には、当該液晶セルによるセグメントパターンが、スクリーン上において台形状に歪んで投影されうる。このような場合には、図４に示すように、セグメント電極２４（図１Ａ参照）を、投影の際の歪みを加味して、その歪みが補正されるように形成することが好ましい。

同様に、第１の液晶セルのドットマトリクス電極パターンに、投影の際の歪を考慮した電極構造を導入してもよい。また、用途に応じて、絵柄などのセグメントパターンの歪み・変形を強調するように、補正を行ってもよい。

以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例では、液晶セルを光透過率が増加する方向に傾ける例を示したが、液晶表示装置の用途や目的に応じて、液晶セルを光透過率が減少する方向（負方向）に傾けてもよい。また、液晶セルを３枚以上重ねて用いてもよいし、視角補償板や光学レンズなどの光学部材、ないし、液晶セルを自動的に傾ける可動機構などを追加的に設けてもよい。光学部材を設ける場合には、さらに、当該光学部材と、液晶セルないし偏光板と、の間に、透光性樹脂部材などの光学マッチング部材を設けてもかまわない。

液晶セルは、傾けることで光学特性（特に光透過率）が変化するものであれば、どのような液晶セルであってもかまわない。たとえば、ＶＡ駆動方式に替えて、いわゆるＩＰＳ（インプレーンスイッチング）駆動方式の液晶セルを用いることも可能であろう。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

１０…第１の液晶セル（裏側液晶セル）、１１，１２…基板、１３，１４…電極（ドットマトリクス型）、１５，１６…配向膜、１７…液晶層、２０…第２の液晶セル（表側液晶セル）、２１，２２…基板、２３，２４…電極（セグメント型）、２５，２６…配向膜、２７…液晶層、３１，３２…偏光板、４０…光源、４１…光軸、５０…樹脂部材、１０１〜１０４…実施例による液晶表示装置、１１０…参考例による液晶表示装置。

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源の光軸上に、相互に離れて配置される一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板の間に配置され、前記光源の光軸に直交する仮想平面に対して、第１の角度で傾く第１の液晶セルと、
   前記一対の偏光板の間に配置される第２の液晶セルと、
   を有する液晶表示装置。
2. 前記第２の液晶セルは、前記仮想平面に対して、前記第１の液晶セルと同じ方向に、前記第１の角度とは異なる第２の角度で傾く請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第１および第２の液晶セルの間隙に充填される透光性樹脂部材と、をさらに有する請求項１または２記載の液晶表示装置。
4. 前記一対の偏光板の一方が前記第１の液晶セルに貼り付けられており、他方が前記第２の液晶セルに貼り付けられている請求項１〜３いずれか１項記載の液晶表示装置。
5. 前記第１または第２の液晶セルは、垂直配向型の液晶セルである請求項１〜４いずれか１項記載の液晶表示装置。
6. 相互に離れて配置される一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板の間に配置される第１および第２の液晶セルと、を有し、
   前記第１の液晶セルが、前記第２の液晶セルに対して傾いて配置されている液晶モジュール。
   
   

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