JP2545877B2

JP2545877B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2545877B2
Application number: JP62232438A
Authority: JP
Inventors: 四士男杉本; 隆二郎武藤; 武治新垣
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1987-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPS6476030A

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なう液晶
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、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、光がねじれて進むが、光の色に
よって屈折率が異なるため、ある程度特定の色の光が透
過してきてしまう問題点があった。単に一対の偏光膜で
その偏光軸を直交して配置した時と、偏光軸を平行に配
置した時との比（コントラスト比）は1000以上にもな
る。しかし、通常のネガ型液晶表示装置で、この間に液
晶層を挟持した場合には、前述のごとく、背景部分では
光がねじれて進むため、全ての色で充分な偏光が得られ
なく、背景部分での光の漏れを生じ、これが問題となっ
ていた。

このため、この背景部分に遮光膜を形成し、背景部分
の光の漏れを防止することが提案されている。

しかし、単に背景部分の光の漏れをなくすために遮光
膜を設けた場合には、背景部分は暗くなるが、表示パタ
ーンの部分のうち、光が透過してこないようにされる非
表示パターンの部分では、光がある程度漏れてくるため
前述の背景部分と同じ問題を生じ、背景部分とこの非表
示パターン部分との暗さの比が大きくなると、本来光が
透過していないはずの部分を光が透過していると表示を
見誤る恐れが出てきた。

このため、本出願人は、背景部分に遮光膜を設けると
ともに、偏光膜を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部分で光が透過してくるよう
に、配置し、表示パターンの駆動を光が透過しないよう
にする部分の液晶に電圧を印加するようにすることを提
案している。これにより、液晶に電圧を印加した部分で
は、液晶が立ち上がっているため、色による影響がな
く、一対の偏光膜をその偏光軸が直交するように配置し
ておけば、ほぼ偏光膜の有する偏光性能を充分に生かし
て高い遮光性が得られ、コントラスト1000以上というよ
うに高いものが得られた。

［解決しようとする問題点］液晶表示装置は、通常その基板間隙が数μｍ程度と狭
く、かつ基板間隙をかなり精度よく保たないと色ムラ等
を生じるという問題点を有している。

このため、液晶表示装置のセル内にガラス繊維、プラ
スチック粒子、セラミック粒子等のスペーサーを散布し
て上下の基板間隙をほぼ一定に保つようにしている。

通常のネガ型液晶表示装置では、コントラスト比が低
いため、このスペーサーによる散乱はあまり問題でなか
ったが、遮光膜によりコントラスト比が向上させられた
液晶表示装置では、表示部の電圧を印加して光が透過し
てこないようにした非表示部分でスペーサーによる光の
散乱を生じ、非表示部分の遮光度が低下する傾向があっ
た。このため、充分なコントラストを生じないことがあ
った。

特に、スペーサーが単に散布されただけの場合には、
電圧の印加等によって、電極周辺に遮光膜部分に散布さ
れたスペーサーが集まってきて、スペーサーの凝集を生
じ、その凝集点ではかなり目立つ光の抜けを生じ易かっ
た。

［問題点を解決するための手段］本発明は、かかる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、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
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たネガ型表
示の液晶表示装置において、遮光膜形成材料供給前また
は後にスペーサーを供給して、遮光膜が形成されている
部分ではスペーサーの一部が遮光膜中に埋設することに
より基板内面に固定されてい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。

本発明では、スペーサーの一部を遮光膜中に埋設して
固定するとともに、同時に表示部にもスペーサーを配置
することができる。

この遮光膜部分では、スペーサーによって光が散乱さ
せられても、偏光膜によって遮光をしているのでなく、
偏光膜によって遮光しているため、遮光度が低下するこ
とがなく、高い遮光度が得られ、かつ、スペーサーは遮
光膜によって固定されているため、後で移動して凝集す
ることもない。このため、電圧の印加等によって表示部
の電極周辺に遮光膜部分のスペーサーが凝集してくるお
それはなく、使用中に遮光度が変化し、コントラストが
低下したり、誤認を生じるようになるおそれは少ない。

さらに、スペーサーは遮光膜中に埋設されているた
め、その部分では基板間隙が異常に厚くなり、表示部に
色ムラを生じさせる危険性が少ない。

また、本発明では、スペーサーは基板全面に供給され
ているため、遮光膜の無い部分にもスペーサーが存在す
ることとなるため、表示セグメントの幅が広い場合にお
いても基板間隙を正確に保つことができる。このため、
スペーサーを遮光膜形成材料中に添加して遮光膜を形成
する場合のように、表示部には別の工程でスペーサーを
供給する必要がなく、工程が簡略化できる。

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、1Bは基板であり、2B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が形成され
ている。一方、他方の基板1Aには、その上に電極2A、表
示パターン以外の部分に遮光膜３、それらの上に配向膜
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、周辺シール４でシールし、内部
にネマチックタイプの液晶５を注入して液晶層を形成し
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6A、6B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。偏光膜6Bの背後にはバックライト７を
配置した。

本発明では、この遮光膜部分では、遮光膜中に基板間
隙を保つためのスペーサー8Aを埋設させて固定させてい
る。それと同時に表示セグメント部分にもスペーサー8B
を配置している。

本発明では、この表示セグメント部分のスペーサー8B
は必須のものではないが、表示セグメントの幅がよほど
狭い場合を除いては配置した方が良い。

具体的には、ほぼ90゜のねじれになるように配向膜を
形成し、液晶の分子が電圧を印加しない状態でほぼ90゜
ねじれた状態にし、偏光膜の偏光軸は、それぞれの配向
方向と平行または直交するように配置すれば良い。即
ち、偏光膜の偏光軸は相互にほぼ90゜または平行になる
ように配置すれば良い。特に偏光膜の偏光軸は相互にほ
ぼ90゜になるように配置することにより高コントラスト
比のネガ型表示が得られる。

もっとも、この配向方向を90゜としても、液晶のねじ
れを90゜でなく、270゜や450゜としてもよいし、配向方
向を正確に90゜とせずに、70゜、85゜、100゜とかして
もよい。また、偏光軸と配向方向との角度も平行または
直交に限られなく、それから少しずらせて５゜とか85゜
とかしてもよい。

本発明で使用される基板は、ガラス、プラスチック等
の透明基板であれば良く、その内面には、In₂O₃−SnO₂
（ITO）、In₂O₃等の透明導電膜による透明電極が形成さ
れている。なお、この透明電極には、このほか金属や導
電ペースト等による低抵抗の導電性材料の膜が細線状、
格子状等に形成されていてもよい。

配向膜は、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、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃等の無機材
料による膜をラビングしたり、斜め蒸着したりした液晶
を配向させる配向膜であればよく、必要に応じて、１層
でも良いし、２層としてもよい。

本発明の遮光膜は、液晶セルの内面に設けるものであ
り、その光透過率は0.02〜1.0％程度とされる。液晶セ
ルの内面側に遮光膜を形成することにより、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
にくい。

また、この遮光膜はスペーサーを埋設固定しているた
め、セルを完全後にスペーサーが移動しなく、表示部に
スペーサーの凝集を生じることがない。

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、透明電極上に必要に応じて絶縁膜を介
して、遮光膜形成材料をスピナー、印刷機等を用いて供
給して形成すればよい。本発明では、この遮光膜形成材
料供給前または後でスペーサーを供給するため、スクリ
ーン印刷、オフセット印刷等の印刷法で遮光膜を形成す
ることが好ましく、特に、オフセット印刷により遮光膜
形成材料を供給することが正確なパターニングができ
て、かつ生産性が良いため好ましい。例えば、カーボン
ペースト、セピア顔料混入インク等の遮光性インクをオ
フセット印刷で印刷して形成されればよい。

本発明で使用されるスペーサーは、公知の液晶表示装
置用のスペーサーが使用でき、具体的には、ガラス繊
維、プラスチック粒子、セラミック粒子等が使用でき
る。

本発明では、このスペーサーは、遮光膜形成材料供給
前または後に基板上に供給される。この供給は吹き付け
法、印刷法等公知の方法で基板上に供給されれば良い。
これにより、通常は遮光膜部分のみでなく、表示セグメ
ント部分にもスペーサーを配置することができる。もち
ろん、表示セグメント部分の幅が狭い等の理由で表示セ
グメント部分にはスペーサーを配置したくない場合には
遮光膜乾燥後、洗浄等で洗い流してもよい。

本発明でスペーサーを遮光膜形成材料供給前に基板上
に供給する場合には、まず、基板上にスペーサーを供給
し、その後、遮光膜形成材料をその上に供給してスペー
サーの一部を遮光膜中に埋設するようにし、その後、乾
燥させる。

また、スペーサーを遮光膜形成材料供給後に基板上に
供給する場合には、基板上に遮光膜形成材料を供給し、
その乾燥前に、スペーサーをその上に供給し、上からフ
ッ素樹脂のシートのような遮光膜形成材料と接着性の低
いシートで加圧し、スペーサーの一部を遮光膜中に埋設
するようにし、その後、乾燥させる。

ポジ型表示液晶表示素子では、視角によりコントラス
ト比が変化し、角度０゜付近に最大コントラスト比を示
す部分があり、そこから主視角方向側に少しずれた部分
に最大コントラスト比の約10％度のコントラスト比をし
めすなだらかなカーブの部分がある。このため、光の透
過率が0.02〜1.0％の範囲内でこのなだらかなカーブの
部分のコントラスト比と遮光膜の光透過率とがほぼ一致
するように遮光膜の光透過率を設定することにより、正
面方向のみならず、斜め方向から見た場合においても、
非表示部分が表示部分と混同して誤認を生じにくく、好
ましい。

この場合、偏光膜による最大コントラスト比よりも低
い遮光度の遮光膜でよいため、カーボンインクのように
短絡を生じやすい遮光膜の厚みを薄くしたり、シアン、
マゼンダ、イエローの非導電性の３色の顔料を混合した
インクのような遮光度の低いインクが使用できるため、
上下の基板間での短絡を生じにくいという利点も生じ
る。

この遮光膜の厚みは、材料や形成方法によっても異な
るが、遮光性インクの印刷法では、ほぼ0.2〜３μｍ程
度にすればよい。

本発明では、遮光膜中にスペーサーの一部が埋設され
ているため、基板間隙に対して極めて厚い、即ち、基板
間隙の20〜50％もの厚さを有する遮光膜を使用しても正
確に基板間隙の制御ができる。

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。

注入する液晶は、通常のネマチック液晶でよく、通常
はほぼ90゜のねじれを有しているが、前述の如く、270
゜や450゜ねじれとなるようにカイラル物質を添加して
あってもよい。

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、紫外線カットフィルター、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うる技術を
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タイプの液
晶表示装置に好適である。

即ち、液晶の光透過をさせたい部分には、電圧を印加
しなく、光を遮断したい部分に電圧を印加する。これに
より、電圧を印加した部分での液晶の光透過率を正面方
向で0.1％以下にすることができる。さらに、斜め方向
からみた場合においても、液晶の光遮断部分とは背景部
分との光の透過率の差が過大にならなく、誤認を生じに
くい。

本発明では、遮光膜のある背景部分では、光が遮光膜
の光透過率である0.02〜1.0％程度漏れてくることにな
る。

この際、遮光膜の設けられていない表示パターンで
は、電圧が印加された部分である非表示パターンの部分
では、光が遮光される。この際に、液晶の非表示部分で
の遮光度よりも遮光膜の遮光度を低く設定しておくこと
により、正面方向でのコントラスト比はやや落ちるが、
斜め方向からみた場合において誤認を生じる危険性が著
しく低下する。

［実施例］実施例１第１図に示すような構成で、シリカのアンダーコート
を有するガラス基板の上に、ITOを100nmの膜厚で形成
し、フォトエッチング法でパターニングしてコモン側の
電極付基板とセグメント側の電極付基板を製造した。

次いで、このコモン側の電極付基板上にグラスファイ
バー性のスペーサーを散布し、その背景部分にオフセッ
ト印刷機で１μｍ厚のカーボンペーストを印刷して乾燥
させ、遮光膜を形成した。さらにこの上に、ポリイミド
の配向用のオーバーコート層を形成してラビングして配
向膜とした。

一方、セグメント側の電極付基板上には、100nmのシ
リカの絶縁オーバーコート層を形成し、さらにこの上
に、ポリイミドの配向用のオーバーコート層を形成して
ラビングして配向膜とした。

このようにして形成した配向膜付のコモン側の電極付
基板とセグメント側の電極付基板とを電極面が相対向す
るように、かつ配向処理方向が直交するように配置し、
７μｍ間隙で対向配置し、周辺をシール材でシールし
て、ネマチック液晶を注入して注入口を封止して液晶セ
ル製造した。

この液晶セルの両面に一対の偏光膜を偏光軸が直交す
るように配置し、裏側に光源を配置した液晶表示装置
は、表示セグメント部分の基板間隙の制御が極めて正確
で、遮光膜乾燥後にスペーサーを散布した液晶表示装置
に比して、見かけ上のコントラスト比が２倍以上向上し
て見えた。また、幅の広いセグメント部分でも基板間隙
は何等問題なく、正確に保たれていた。

また、この液晶表示装置は、長時間駆動しても、遮光
膜部分のスペーサーの移動を生じないため、表示セグメ
ント部にスペーサーの凝集が生じにくく、後でコントラ
スト比が低下してくることがなかった。

実施例２実施例１の遮光膜形成材料を供給前にスペーサーを散
布する代りに、まず、コモン側の電極付基板の背景部分
にオフセット印刷機で２μｍ厚のカーボンペーストを印
刷し、この上にスペーサーを散布し、フッ素樹脂シート
を介して圧着機でプレスしてスペーサーの下部を遮光膜
形成材料中に埋め込み、遮光膜形成材料を乾燥させて遮
光膜を形成した外は実施例１と同様にして液晶セルを製
造した。

この液晶セルの両面に一対の偏光膜を偏光軸が直交す
るように配置し、裏側に光源を配置した液晶表示装置
は、表示セグメント部分の基板間隙の制御が極めて正確
で、実施例１と同様に優れたものであった。

実施例３実施例１のカーボンインクをシアン、マゼンダ、イエ
ローの非導電性の３色の顔料を混合したインクに変えた
ほかは実施例１と同様にして液晶表示装置を製造した。

この液晶表示装置も、実施例１と同様の効果を示し
た。

また、この実施例では非導電性インクを使用したた
め、基板間での短絡の心配はないものであった。

［発明の効果］本発明では、基板間隙を保つためのスペーサーを遮光
膜中に埋設して固定しているため、基板間隙が正確に保
たれる。

また、スペーサーは遮光膜によって埋設固定されてい
るため、駆動によって遮光膜部分のスペーサーが後で移
動して電極周辺に凝集することもなく、使用によってコ
ントラスト比が徐々に低下してくるというおそれもな
い。

特に、通常のセグメントタイプの表示等個々の表示セ
グメント部の面積が大きくても、この表示セグメント部
にまで１工程でスペーサーを供給できるため、生産性が
良いものでもある。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で公知の液
晶表示装置に使用されている種々の構成を付加してもよ
く、今後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。基板:1A、1B 電極:2A、2B 遮光膜:3 周辺シール:4 液晶:5 偏光膜:6A、6B バックライト:7 スペーサー:8A、8B

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、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たネガ型
表示の液晶表示装置において、遮光膜形成材料供給前ま
たは後にスペーサーを供給して、遮光膜が形成されてい
る部分ではスペーサーの一部が遮光膜中に埋設すること
により基板内面に固定されていることを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項２】基板上にスペーサーを供給し、その後、遮
光膜を形成する材料を供給してスペーサーの一部を遮光
膜中に埋設する特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装
置。
【請求項３】基板上に遮光膜を形成する材料を供給し、
その後、スペーサーを供給して加圧し、スペーサーの一
部を遮光膜中に埋設する特許請求の範囲第１項記載の液
晶表示装置。
【請求項４】ネマチック液晶がほぼ90゜ねじれとされ、
一対の偏光膜がほぼその偏光軸が直交するように配置さ
れている特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項
記載の液晶表示装置。
【請求項５】裏側の偏光膜の背後に、照明手段を設けた
特許請求の範囲範囲第１項〜第３項のいずれか一項記載
の液晶表示装置。
【請求項６】ネマチック液晶に二色性色素を添加した液
晶を使用する特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
一項記載の液晶表示装置。
【請求項７】遮光膜が印刷により形成される特許請求の
範囲第１項〜第３項のいずれか一項記載の液晶表示装
置。
【請求項８】遮光膜がオフセット印刷により形成される
特許請求の範囲第７項記載の液晶表示装置。