JPH01243020A

JPH01243020A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH01243020A
Application number: JP63068245A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sugimoto; 杉本　四士男; Ryujiro Muto; 武藤　隆二郎; Takeji Aragaki; 新垣　武治
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1989-09-27
Also published as: US4964702A

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、表示部分以外の背景部分では液
晶層に電圧か印加されていないため、液晶分子かねしれ
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
印刷等により遮光膜を形成することが行われている。

この遮光膜は、斜め方向からみた場合に表示パターンか
遮光膜のパターンとずれてみえないようにするために、
通常セル内部に形成されることが多い。

この遮光膜を金属膜とした場合には、薄くても高遮光度
となるが、導電性が高いため、電極間で短絡を生じない
ためには電極と遮光膜との間の絶縁を完璧なものとする
必要があった。しかし、薄膜の絶縁膜では大面積でピン
ホールのない絶縁膜を得ることは困難であり、隣接電極
間での短絡の危険を常に抱えているものであった。

このため、印刷法等で厚膜の遮光膜を形成することが多
く行われている。この厚膜の場合には、カーボンのよう
な導電性粒子を顔料として用いたインクを用いても、は
とんど隣接電極間での短絡の危険はなかった。しかし、
平均の厚さが２〜５μｍ程度と厚い膜となるため、基板
間での短絡が問題となっている。

これを防止するために、絶縁性の顔料を混入したインク
を使用することも提案されている。

［発明の解決しようとする問題点］このような絶縁性の顔料を混入したインクを使用するこ
とにより、隣接電極間での短絡及び基板間での短絡は実
質的に問題とならない。

しかし、絶縁性の顔料を混入したインクを使用して、こ
の背景部分に遮光膜を形成して高い遮光度を得ようとす
ると、カーボンのような導電性粒子を顔料として用いた
インクを用いた場合に比して通常さらに厚いものとする
必要があった・このことにより、基板間隙を均一にする制御が困難とな
り、色ムラや配向異常を生じやすくなり、また基板間隙
が一部で著しく狭くなることから、液晶の注入がスムー
スにいかないという問題点も生じた。

［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た液
晶セルの両面に一対の偏光膜を配置し、電極に電圧を印
加する駆動手段を設けたネガ型表示の液晶表示装置にお
いて、カラーフィルターを設けるとともに遮光膜をカラ
ーフィルターと補色の関係になるようにしたことを特徴
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た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、電極に電圧を印加する駆動手段を設け、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ネガ型
表示の液晶表示装置において、カラーフィルターを設け
るとともに遮光膜をカラーフィルターと補色の関係にな
るようにしたことを特徴とする液晶表示装置を提供する
ものである。

本発明の液晶表示装置は、カラーフィルターを設けると
ともに、遮光膜をカラーフィルターと補色の関係になる
ようにしているため、黒い遮光膜を用いた場合に比して
、その厚みを薄くでき、前述したような色ムラや配向異
常を生しにくく、液晶の注入もスムースにゆきやすいと
いう効果を有する。

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３八が形
成されている。一方、他方の基板１Ｂには、その上にＴ
ｉ　Ｎ　２　Ｂ、表示パターン以外の部分に遮光膜４、
それらのトに配向膜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ＷＪ６を形成して液晶セルを形成する。

液晶層の厚み（ｄ）と液晶の示す屈折率異方性（Δｎ）
との積△ｎ−ｄか０．３〜１．０　ｐｍ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、透光性セグメント部の透過率を高くす
るために望ましい。

この液晶セルの内面または外面にカラーフィルター７が
設けられる。本発明では、このカラーフィルター７は表
示パターン部分のみでなく全面に設けられる。

そして前述の遮光Ｈ４は、このカラーフィルター７と補
色の関係とされる。

この液晶セルの両面には、一対の偏光［８八、８Ｂが配
置されている。

この基板としては、ガラス、プラスチック等の透明基板
が使用でき、その表面にはＩＴＯ（Ｉｒ＋＋＋０ｚ−３
ｎＯｔ）、Ｓｎｏｗ等の透明電極が形成されている。も
ちろん、この透明電極に低抵抗の金属リードを併設した
り、透明電極の上または下にカラーフィルター、絶縁膜
等を形成してあってもよい。

本発明ではカラーフィルターはセル内部に形成してもよ
いが、通常は全面に設けるため、セル外部に形成するこ
とが好ましい。

このカラーフィルターと遮光膜との関係は、背景部分で
は、カラーフィルターと遮光膜との混色が見えるため、
遮光膜はカラーフィルターと補色の関係とされる。これ
により、遮光膜に黒色の遮光膜を用いた場合と同様の遮
光度を有し色が黒い遮光膜を、より薄い膜厚の遮光膜で
得ることができる。

この補色の関係とは、遮光膜単体では濃い色のカラーフ
ィルターと同様に特定の色の光が透過してくるが、この
遮光膜とカラーフィルターとを重ねて光を透過させた場
合には、はぼ黒くなり、光が可視光全域にわたり遮光さ
れるような関係にあればよい。

例えば、緑色のカラーフィルターを用いた場合には、緑
色を強く遮光する赤紫系の遮光膜を用いればよいし、赤
色のカラーフィルターを用いた場合には、赤色を強く遮
光する青緑系の遮光膜を用いればよいし、黄色のカラー
フィルターを用いた場合には、黄色を強く遮光する青果
の遮光膜を用いればよい。

もっとも、本発明では遮光膜の実際の色調はカラーフィ
ルターの吸収波長のパターンに重ねた場合に、可視光全
域にわたり光の透過率が低くなり遮光されるよう実験的
に定められればよい。

これにより遮光膜の膜厚を、従来のカラーフィルターに
よる色の吸収を考慮しない場合、例えば上記例では、緑
、赤、青、黄色系の顔料の混色による膜を用いる場合に
比して、薄くすることができる。

もちろん、この補色の関係は、完璧な補色に調整するこ
とは困難なこともあり、この場合には完璧な補色でなく
ても使用できるが、遮光膜の膜厚の減少の効果が少なく
なる。これは表示パターンの部分で複数色の表示をした
い場合等にも適用でき、いずれの表示色から見ても遮光
膜が黒く見えるように遮光膜の色を選択すればよい。

このような場合には、カラーフィルターをセル外部と内
部に併設することもできる。例えばセル外部に黄色の全
面カラーフィルターを配置し、セル内面の一部に青色の
カラーフィルターを配置して、黄色と緑色の２色の表示
をすることもできる。この例の場合には、遮光膜は外部
の全面に設けられた黄色のカラーフィルターと補色の関
係とされれば良い。

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、カラーフィルターと組み合わされ
た状態で、その光透過率は０．０２〜２．０％程度とさ
れる。この場合、可視光全域の何れの波長域においても
て透過率が５．０％以下となる様に補償されることが好
ましい。

もっとも、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、従来から公知のカラーフィルター用の膜
が使用でき、薄膜であっても厚膜であってもよい。もっ
とも、非導電性の顔料を含有したインク等の特定色のイ
ンクを混合して、カラーフィルターと補色の関係となる
ようにして、印刷等で形成されればよい。

この電極付き基板の表面には、配向膜が形成される。こ
の遮光膜が電極上に設けられた場合には、その上に配向
膜が形成される。この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膜を印刷法やスピ
ナー法で形成し、これをラビングする方法、斜め蒸着法
等公知の配向制御法が使用てきる。

配向膜の配向制御方向は、通常９０°とされればよいが
、斜め方向から見た場合のコントラストを向上させるた
めに、５０〜１２０°程度にずらして使用されてもよい
。

さらに、この配向膜と遮光膜または電極との間に絶縁性
を同上させるための５ｉＯｚ、Ｔｉｅ、等の絶縁膜を挟
持するようにしてもよい。

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
口部を対重すればよい。

注入する液晶としては、逆回転のらせん構造をとること
を防止するため、通常カイラル物質を少量添加すればよ
いが、配向制御方向により定まるねじれ角が９０°より
小さい場合には、カイラル物置未添加の液晶が使用でき
る。

その一対の偏光膜の偏光軸は、通常のネガ型表示の液晶
表示素子の場合と同様にほぼ平行に配置されてもよいし
、通常のポジ型表示の液晶表示素子の場合と同様にほぼ
直交するように配置されてもよい。

もっとも、直交するように配置した場合には電圧を印加
した部分が黒くなるので、通常のネガ型表示の液晶表示
素子の駆動とは逆に明るくしたい画素には電圧を印加し
なく、暗くしたい画素には電圧を印加する逆の駆動法を
取る必要がある。このような液晶表示装置は、通常のネ
ガ型表示の液晶表示装置に比して、暗い部分の遮光度が
高いため、高コントラスト比が得られるという利点があ
る。

また、正面方向から見ることを主体とした場合には、こ
の偏光軸は平行または直交とすることが好ましいが、斜
め方向から見ることを主体として斜め方向から見た場合
のコントラスト比を高めたい場合には、偏光軸を直交す
るのではなく、１〜１０°ずらして設置することが好ま
しい。

電極に電圧を印加する駆動手段としては、通常の液晶表
示装置に使用される駆動手段が使用でき、通常しきい値
以上の交流電圧を供給できる駆動手段が用いられる。

このほか、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、通常の液晶表示装置に適用しうる技術を適用
してもよい。

本発明は、通常のネガ型表示の液晶表示装置にも使用で
きるが、前述のごとく一対の偏光膜の偏光軸を直交する
ように配置し、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駆動手段を用
いた液晶表示装置に適用した場合にその効果が大きい。

即ち、表示部分のうち、光を透過させる画素においては
、液晶分子が立ち上るしきい値以下の電圧を印加し、遮
光画素においては、しきい値電圧以上の電圧を印加する
。なお、電圧の印加の方法については、各画素を個別駆
動してもよいし、また複数の画素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。

駆動する電圧については、主に観察される角度で高いコ
ントラストが得られる電圧を選べばよい。一般には高い
電圧で駆動するほど高い角度（基板に垂直方向）で高い
コントラストが得られる。低い電圧で駆動すれば低角度
で高いコントラストが得られるか、電圧が低すぎる場合
には、充分なコントラストが得られない。一般的には、
垂直方向のしきい値電圧の１．５倍から６倍の範囲内で
駆動することが望ましい。

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、あるいはポジ型の二色性色素を
添加することでさらに高いコントラストを広い視野角で
得ることができる。

また、一対の偏光膜の間に適当な光学異方性をもつ素子
を配置して、コントラストの角度変化を少なくすること
もできる。

［作用］本発明において、遮光膜をカラーフィルターと補色の関
係になるようにしているため、背景部分では、光は遮光
膜とカラーフィルターとの両者を通過してくることによ
り、両者が補色の関係にあることから見掛け一ヒ、黒い
遮光膜を用いたように見える。

この場合、この遮光膜はカラーフィルターの色の成分の
顔料を含まない分だけ、黒い遮光膜を用いた場合に比し
て、その厚みを薄くてきるため、色ムラや配向異常を生
じにくく、液晶の注入もスムースにゆきやすい。

遮光膜がカラーフィルターと厳密な意味での補色の関係
となる顔料以外の顔料を含んでいても、黒さが充分あれ
ば、遮光膜の効果はあるため、本発明では使用可能であ
る。もちろん、この場合、遮光膜の膜厚は厚くなる傾向
があるので、余分な顔料は含まないほうがよい。

［実施例］実施例ＩＩＴＯ付きのガラス基板をバターニングして表示パター
ンに対応する部分以外にはセル内部にオフセット印刷で
赤色、青色、紫色の混合インクを用いて膜厚１．２μｍ
の赤紫色の遮光膜を形成し、さらにその上にｇ厚０．１
μｍのポリイミドの膜を形成し、これをラビングして配
向膜を形成してセグメント電ｒｆｉ翠板を製造した。

また、ＩＴＯ付きのガラス基板をパターニングしてその
上に膜厚０．１μｍのポリイミドの膜を形成し、これを
ラビングして配向膜を形成してコモン電極基板を製造し
た。

このセグメント電極基鈑とコモン電Ｆｉ！基板とを電極
面か相対向するように配置し、周辺をシール材でシール
し、内部にネマチック液晶を注入して液晶セルを製造し
た。

この液晶セルの裏面に板状の緑色のカラーフィルターを
配置し、この両面に一対の偏光膜を配置した。さらに、
この裏側に照明手段を配置して液晶表示装置を作成した
。

この緑色のカラーフィルターと赤紫色の遮光膜との光透
過特性を第２図に示す。第２図において、実線は緑色の
カラーフィルターの光透過特性であり、はぼ５００ｎｍ
〜６００止の波長を透過している。これに対して破線は
赤紫色の遮光膜の光透過特性を示しており、はぼ５００
ｎｍ〜６００ｎｍの波長は完全に遮光されている。

この光透過特性からも明らかなように、この緑色のカラ
ーフィルターと赤紫色の遮光膜とは重ね合わせることに
より、はぼ全波長域にわたり光を吸収することとなり、
光の透過率を０．０５％にでき、黒色の遮光膜を形成し
た場合と同様の黒色で高い遮光特性を得ることかできた
。

なお、この赤色、青色、紫色の混合インクに代え、従来
の赤色、青色、黄色を混合した黒色の混合インクを用い
て、光の透過率を０．０５％以下にするためには、カラ
ーフィルターの膜厚な２．４μｍ程度とする必要があっ
た。

このため、本発明の実施例では、従来に比して膜厚が半
分でよいため、印刷同数が半減し、生産性が良いもので
あった。

また、膜厚が薄いため、基板間の間隙制御に悪影響を与
えに＜＜、基板間隙不均一による不良が低下した。

この実施例の液晶表示装置の一方の偏光膜をその偏光軸
が隣接する基板の配向処理方向に直交するように、他方
の偏光膜をその偏光軸が隣接する基板の配向処理方向に
平行するように、即ち、一対の偏光膜をその偏光軸が平
行するように配置し、通常のネガ型表示の液晶表示素子
の駆動と同様に駆動した。これにより、背景部分が充分
に暗いネガ型表示の液晶表示装置が得られた。

次に、この実施例の液晶表示装置の一対の偏光膜をその
偏光軸が隣接する基板の配向処理方向に直交するように
、即ち、一対の偏光膜なその偏光軸が直交するように配
置し、通常のネガ型表示の液晶表示素子の駆動とは逆に
明るくしたい画素には電圧を印加しなく、暗くしたい画
素には電圧を印加する逆の駆動法を取り駆動した。これ
により、表示パターンに対応する部分では、前記の通常
のネガ型表示の液晶表示装置に比して、表示パターンに
対応する部分であって暗い部分の遮光度が高いため、背
景部分の黒さが極めて有効に作用し、高いコントラスト
比が得られた。

実施例２実施例１のカラーフィルターを赤色のカラーフィルター
に代え、遮光膜を赤色を強く遮光する青緑系の遮光膜に
代えた外は実施例１と同じセルを製造して、液晶表示装
置としたところ、実施例１と同様の効果が得られた。

［発明の効果］本発明の液晶表示装置は、カラーフィルターを設けると
ともに、遮光膜をカラーフィルターと補色の関係になる
ようにしているため、黒い遮光膜を用いた場合に比して
、その厚みを薄くできる。

これにより、遮光膜の印刷回数が減少する等遮光膜の形
成工程が簡便になり、作業性がよくなる。また、遮光膜
の凹凸が減少するため、前述したような基板間隙不均一
による色ムラや配向異常を生じにくくなる。さらに、遮
光膜部分での間隙が広くなるため、液晶の注入もスムー
スにゆきやすく、液晶注入時間が短くなり、未注入部分
（気泡）を生しにくくなるという効果も有する。

さらに、遮光膜がカラーフィルターと補色の関係にある
ので、見かけ上、表示パターンの点灯（透過）部分が鮮
やかに引き立って見える。

また、一対の偏光膜の偏光軸を直交するように配置して
、通常のネガ型表示の液晶表示素子の駆動とは逆に明る
くしたい画素には電圧を印加しなく、暗くしたい画素に
は電圧を印加する逆の駆動法を取ることにより、通常の
ネガ型表示の液晶表示装置では得られない数百対１以上
というようなの高いコントラスト比が得られるという利
点がある。

本発明は、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、本発明のネガ型表示の液晶表示装置の基本的
な例の断面図である。第２図は、実施例１の緑色のカラーフィルターと赤紫色
の遮光膜の光透過特性を示すグラフである。基板　　　　　　二ＩＡ、　ＩＢ電極　　　　　　：　２Ａ、　２Ｂ配向＠　　　　　　：　３Ａ、　３Ｂ遮光ＷＡ：４シール材　　　　：５液晶ｌ　　　　　　１カラーフィルター＝７偏光膜　　　　　＝８Ａ、８Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

（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た
液晶セルの両面に一対の偏光膜を配置し、電極に電圧を
印加する駆動手段を設けたネガ型表示の液晶表示装置に
おいて、カラーフィルターを設けるとともに遮光膜をカ
ラーフィルターと補色の関係になるようにしたことを特
徴とする液晶表示装置。
（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た
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、電極に電
圧を印加する駆動手段を設け、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ネガ型表示の液晶表示装置に
おいて、カラーフィルターを設けるとともに遮光膜をカ
ラーフィルターと補色の関係になるようにしたことを特
徴とする液晶表示装置。