JPH02110431A - 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
である問題点があった。

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、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、１
０００以上という極めて高いコントラスト比を得ること
ができる。

〔発明の解決しようとする問題点〕

この表示装置の表示パターンに対応する部分以外は遮光
膜により光が透過しないようにされているが、遮光膜の
濃さに欠陥があると、その欠陥が目立ってしまうという
問題点があった。

特に、遮光膜にピンホールがあると、そのピンホールが
極めて明るい光点として見えてしまという問題点があっ
た。

この欠陥の無いもののみを選別すると、表示装置の歩留
りが低下してしまう。このため、遮光膜を形成した後で
全数検査により選別し、不良品の修正を行う等している
が、生産性を大幅に低下させるという問題点を有してい
た。

このため、遮光膜にピンホールや濃度ムラの欠点があっ
ても、その遮光膜の検査、修正の手間がかからない表示
装置が望まれていた。

［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、該表示パターンに対応する部分以
外の部分の配向処理方向を前記偏光膜の配置において光
が透過してこないようにしたことを特徴とする液晶表示
装置、及び、液晶セルの両面に偏光膜の偏光軸をほぼ直
交するように一対の偏光膜を配置し、表示パターンに対
応する部分では両系板間で配向処理方向の交差角が５０
〜１００°とされ、表示パターンに対応する部分以外の
部分では両系板間で配向処理方向の交差角がほぼ０°に
なるようにされ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、２人はその上に形
成された電極であり、さらにその上には配向膜３Ａ、３
Ｃ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。

表示パターンに対応する部分の配向膜３Ａとそれに対向
する配向膜３Ｂとの間では側基板間で配向処理方向の交
差角が通常は９０°となるようにされる。もっとも、こ
の配向処理方向の交差角は５０〜１００°程度となるよ
うにされてもよい。

一方、表示パターンに対応する部分以外の部分の配向膜
３Ｃとそれに対向する配向膜３Ｂとの間では側基板間で
配向処理方向が、偏光膜の配置において光が透過してこ
ないようにされる。具体的には、通常はぼその方向がほ
ぼ平行になるようにされればよい。

また、この例では、配向膜３Ｂの配向処理方向は一定と
して、配向膜３Ａ、３Ｃ側が配向処理方向を変化させて
いる例を示したが、遮光膜側の配向膜３Ｂの配向処理方
向を変えるようにしてもよい。

液晶層の厚み（ｄ）と液晶の示す屈折率異方性（△ｎ）
との積△ｎ−ｄが０．３〜１．０４ｚｍ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
ように設置される。

通常は、直交（９０°）とされればよいが、斜め方向で
のコントラスト比を高めるために、偏光軸を厳密に直交
にするのではなく、１０°以内程度ずらして配置しても
よい。特に、液晶層の中央部における液晶分子配向方向
からみて９１〜１００°の交差角となるようにされるこ
とが好ましい。

第２図は、第１図の表示装置の配向処理方向を説明する
ための正面図であり、（Ａ）は基板ＩＡの配向処理方向
を、（Ｂ）は基板ＩＢの配向処理方向を基板ｌＡ側より
見た方向を示す。

８Ａ、８Ｂはそれぞれ基板ＩＡ、ＩＢの側の偏光膜７Ａ
、７Ｂの偏光軸の方向を示している。９Ａ、９Ｂ、９Ｃ
は配向処理方向を示しており、ラビング方向または斜め
蒸着の蒸着源の設置方向を示している。

この第２図は、液晶装置のねじれ角θが左向きのらせん
構造をとる場合について示したが、右らせんをとる場合
には、（Ａ）と（Ｂ）を入れかえた方向とする。

１０は、通常観察者が位置する視認性が良い主視角方向
である。

また、偏光軸の代りに、吸収軸を８Ａ、　８Ｂに合せて
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
透明基板であればよく、その内面にはＩＩｎ２０ａ−Ｓ
ｎｏ　（Ｉ　Ｔ　Ｏ）　、Ｓｎｕｇ等の透明導電膜によ
る透明電極が形成される。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
の膜が細線上、格子状等に形成されていてもよい。

本発明では偏光膜７Ａ、　７Ｂの偏光軸の交差角が通常
９０°程度とされる。この交差角は、前述の如（１０°
以内程度ずらして配置してもよい。もっとも、表示装置
の真正面から見る場合には厳密に９０°とすることが好
ましい。これにより、所望の表示パターン以外の表示パ
ターン部分の電極にネマチック液晶が励起する以上の電
圧を印加した際に、液晶分子が立ち上がり、光が液晶層
中で旋光しないため、偏光膜の偏光軸を直交して重ねて
配置したのと同じになり、高い光の遮光度が得られる。

一方、所望の表示パターン部分の電極にはネマチック液
晶が励起する以上の電圧が印加されないため、液晶分子
はねじれており、光が液晶層中で旋光するため、光が透
過して（ることとなる。この液晶分子のねじれ角は液晶
層を挟持している配向膜の配向処理方向の交差角で決ま
るため、配向処理方向の交差角を直交するように配置し
ておけば、液晶分子は９０°ねじれ、これにより光が液
晶層中で９０°旋光し、偏光膜の偏光軸が直交していれ
ば、偏光膜の偏光軸を平行にして重ねて配置したのと同
じになり、そのまま光が透過する。

この配向処理方向の交差角は、９０°からずれても、透
過時の光の透過率がわずかに低下するのみであるので、
表示のコントラスト比には大きな影響はない。このため
、視覚等地の条件を変えるために、この配向処理方向の
交差角をずらすことがある。

これに対して、偏光膜の偏光軸の交差角はわずかにずれ
ても、大幅に光が透過するようになるので、厳密に９０
°とすることが好ましい。もっとも、この交差角も、表
示装置の垂直方向から傾いた方向からのみ見るような特
別の用途の場合には、その見かけの偏光膜の偏光軸の交
差角が９０°になるように、実際の偏光膜の偏光軸の交
差角を９０°からずらすこともできる。

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（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、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。また、通常はこの遮
光膜は一方の基板のみに形成されるが、両方の基板に分
けて形成されてもよい。

この遮光膜は、部分的にその濃度が変化した部分ができ
たり、ピンホールができたりすることがある。しかし、
本発明では、この背景部分である遮光膜の形成された部
分では、配向処理方向が変えられており、電圧を印加し
ない状態で液晶分子が０°とか１８０°、即ち、液晶層
が存在していても偏光方向が変化しないようにされてい
る。

このため、偏光膜の偏光軸を°直交して重ねて配置した
のに近い状態になり、その濃度変化やピンホールが存在
しても目立ちにくくなる。

即ち、配向処理方向が変えて遮光膜が存在していなくて
もある程度、例えば遮光膜の遮光度に比してははるかに
悪い５％程度の遮光度で光が遮光されるようにされてい
ることにより、ピンホールが存在しても、漏れてくる光
は１／２０となるため、極めて目立ちにく（なる。

この配向け、電極面または遮光膜を直接ラビングする等
して配向処理してもよいし、その電極または遮光膜上に
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、５ｉ０２、ＴｉＯ２等の無機材料の膜を形成
し、これをラビング等で配向処理してもよい。また、Ｓ
ＬＯの斜め蒸着等により配向処理してもよい。この膜は
必要に応じて、１層でもよいし、２層以上の層としても
よい。

これを第１図の例に基づいて説明すると、両側光膜が直
交するように配置され、表示パターンに対応する部分の
配向膜３Ａとそれに対向する配向膜３Ｂとの間では両系
板間で配向処理方向の交差角が９０°となるようにされ
、表示パターンに対応する部分以外の部分の配向膜３Ｃ
とそれに対向する配向膜３Ｂとの間では両系板間で配向
処理方向がほぼ平行になるようにされればよい。

なお、背景部分である遮光膜の形成された部分と、配向
処理方向が変えられる部分は原則として一致するように
される。この配向処理方向が変えられる部分は、遮光膜
の下に隠れてしまうため、製造上ずれを生じたり、部分
的に一致しないようにされても見栄えにはほとんど影響
しない。このため、この配向処理は正確に制御する必要
がなく、歩留まりが低くならない。特に、遮光膜のパタ
ー・ンよりも、配向処理方向を変えるパターンをわずか
に小さ（してお（ことにより、ずれを生じても表示パタ
ーン部分には悪影響を与えな（、見た目への影響がない
。

このように部分的に配向処理方向を変えるには、まず一
方向にラビングまたは斜め蒸着し、続いてマスクをおい
てそれと直交するようラビングまたは斜め蒸着すればよ
い。また、遮光膜に対応する部分を、直交以外の方向に
ラビングしたり、垂直配向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（、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。

注入する液晶としては、通常の生の誘電異方性を有する
ネマチック液晶が使用でき、逆回転のらせん構造をとる
ことを防止するため、カイラル物質を少量添加すること
が好ましい。通常は９０°またはそれに近いのねじれ角
を持つようにされるが、　２７０°のような角度にされ
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、表示パターン部分のうち、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
ントラスト比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
いコントラスト比・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比が得られるが、電圧が低す
ぎる場合には、充分なコントラスト比が得られない。−
船釣には、垂直方向でのしきい値電圧の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比を広い視野角
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、コントラスト比の角度変化を少な（するこ
ともできる。

［作用］ 本発明においては、一対の偏光膜の偏光軸方向は互いに
ほぼ直交しているので、しきい値電圧以上の電圧が印加
された遮光セグメントは、液晶分子がほぼ基板に垂直方
向に配列され、光学的に一軸性となり、偏光軸を直交し
た際に得られる遮光度が得られる。

また、電圧印加のされない（しきい値電圧以下の電圧が
印加されている場合も）透光セグメントは、液晶分子が
基板の配向処理方向に規制されて、はぼ９０°ねじれた
状態となっており、光が液晶層中で９０゛旋光するので
、直交されている偏光軸が平行に配置されているかのご
とくなり、光が透過する。

この遮光セグメントと透光セグメントとのコントラスト
比は、偏光膜の偏光度に依存し、通常の偏光膜の偏光軸
を平行配置したネガ型液晶表示装置とは異なり、容易に
１０００以上とすることができる。

背景部分では、遮光膜により遮光されるとともに、配向
処理方向が両基板でほぼ平行にされているか垂直配向さ
れているため、液晶層へ入射する偏光の方向と液晶層か
ら出射する偏光の方向が平行となり、直交配置された偏
光膜により光が遮光される。これにより、単に遮光膜を
設けたのみの場合よりも高い遮光度が得られ、ピンホー
ルや遮光膜の濃度ムラが存在しても、偏光膜を利用して
遮光度が高（なっているため、目立ちに（くなる。

［実施例］ 実施例ｌ ５ｉＯ□のアンダーコートを有するガラス基板上にＩＴ
ＯをＬＯＱｎｍの膜厚で形成し、フォトエツチング法で
バターニングし、その上に５０ｎｍのポリイミドの配向
膜用のオーバーコート層を形成し、ラビングして配向膜
を形成し、コモン電極基板を製造した。

また、５ｉｆｔのアンダーコートな有するガラス基板上
にＩＴＯを１１００ｎの膜厚で形成し、フォトエツチン
グ法でバターニングし、表示パターンに対応する部分以
外には黒色のインクをオフセット印刷して厚さ約２μｍ
、光の透過率０．３％の遮光膜を形成した。さらに、そ
の上に５０ｎｍのポリイミドの配向膜用のオーバーコー
ト層を形成し、コモン電極基板のラビング方向と直交す
る方向にラビングし、続いて表示パターンに対応する部
分にマスクを配置して、コモン電極基板のラビング方向
と平行する方向にラビングして配向膜を形成し、セグメ
ント電極基板を製造した。

このコモン電極基板とセグメント電極基板とを配向膜面
が対向するように配置し、周辺をシール材でシールして
空セルを形成し、液晶としてメルク社製ｒ　ＺＬＩ−２
９７８−０００Ｊ　　（△ｎ＝０．０８７　）を注入し
て、注入口を封止して、液晶セルを製造した。

この液晶セルの両面に、一対の偏光膜をその偏光軸が近
接する配向処理方向と一致するように配置（偏光軸は直
交）し、裏面に光源を配置して液晶表示装置を製造した
。

この液晶表示装置を、駆動電圧６■。−２で駆動したと
ころ、はぼ１０００のコントラスト比が得られ、かつ、
遮光膜にピンホールや遮光度のムラが存在しても、その
光の漏れはほとんど目立たないものであった。

実施例２ 実施例１のセグメント電極基板の配向処理において、コ
モン電極基板のラビング方向と直交する方向にラビング
した後に、表示パターンに対応する部分よりもわずかに
大きなマスクを配置して、コモン電極基板のラビング方
向と平行する方向にラビングして配向膜を形成し、セグ
メント電極基板を製造したほかは実施例１と同様にして
液晶表示装置を製造した。

この液晶表示装置は実施例１と同様の効果を有したほか
、遮光膜と配向処理方向のバクーンのズレが存在しても
ほとんど問題にならな（、実施例１よりも歩留まりが高
いものであった。

実施例３．４ 実施例１．２のコモン電極基板側に２種類の配向処理を
行い、セグメント電極基板側に１種類の配向処理を行っ
たほかは、実施例１．２と同様にして液晶表示装置を製
造した。

この液晶表示装置は夫々実施例１．２と同様の効果を有
した。

［発明の効果］ 本発明の表示パターンに対応する部分以外の部分である
背景部分では、遮光膜により遮光されるとともに、配向
処理方向がその偏光膜の配置において光が透過してこな
いようにされているため、偏光膜によっても光が遮光さ
れる。

これにより、単に遮光膜を設けたのみの場合よりも高い
遮光度が得られ、ピンホールや遮光膜の濃度ムラが存在
しても、遮光度が高くなっているため、光の漏れがかな
り減少し、目立ちにく（なる。

特に、マスクとラビングの組み合わせにより極めて簡単
な工程でこの効果を得ることができるため、生産性を低
下させない。この遮光膜部分の配向に関しては、単に遮
光度を上げる目的であるので、高い精度は必要とされな
く、配向処理方向を変化させる境界部分が不鮮明であっ
てもよいため、歩留まりが向上する。

さらに、本発明によれば、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
を配置して、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の有する高いコント
ラスト比という特長を生かすことができる。

本発明は、この外、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、本発明の基本構成を示す断面図である。 第２図は、第１図の例の配向処理方向を示す正面図であ
り、（Ａ）は基板ＩＡを示し、（Ｂ）は基板ＩＢを示し
ている。 基板　　　　　　：ｌＡ、ＩＢ 電極　　　　　　＝２Ａ、２Ｂ 配向膜　　　　　：３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 遮光膜　　　　　：　４ シール材　　　　＝　５ 液晶層 偏光膜 配向処理方向 偏光軸 主視覚方向 ：　　６ ：７Ａ、　７Ｂ ＝　８Ａ、　８Ｂ、　８Ｃ ：　　９Ａ、　　９Ｂ ＝１０ 第 第　　１　　図 ４：遮光膜

Claims (2)

【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、該表示パターンに対応する部分
   以外の部分の配向処理方向を前記偏光膜の配置において
   光が透過してこないように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、液晶セルの両面に偏光膜の偏光
   軸をほぼ直交するように一対の偏光膜を配置し、表示パ
   ターンに対応する部分では両基板間で配向処理方向の交
   差角が５０〜１００°とされ、表示パターンに対応する
   部分以外の部分では両基板間で配向処理方向の交差角が
   ほぼ０°なるようにされたことを特徴とする液晶表示装
   置。