JPH11326888A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＤＬＣ表示パネルを用い、高コントラスト
の黒地にカラー表示可能な液晶表示器を実現すること。 【解決手段】 ＰＤＬＣを用いてその両側に透明基板を
貼付けた液晶パネル１００Ａの背面に表示セグメント１
０５に対応した遮光マスク２００を設ける。又その背面
には表示セグメントに対応した領域の周辺部分にカラー
フィルタ２０４を持つ導光板２０３を設ける。導光板２
０３の背面に黒色遮光板１１２を設ける。こうすれば表
示セグメントを等化する光の着色や方向を制御すること
ができ、コントラストを改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子分散型液晶表
示装置を含む液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高分子分散型液晶（以下ＰＤＬＣとい
う）は一般のＴＮ液晶やＳＴＮ液晶と比較すると、印加
電圧に対するＰＤＬＣ層の光の透過率変化特性であるγ
特性がなだらかで、高分周比のマルチプレクス駆動は困
難である。そこでＰＤＬＣを利用した表示器ではＴＦＴ
方式かセグメント方式が一般的である。ＴＦＴではドッ
トマトリクスによるグラフィック表示が可能となるが、
製造コストが高くなるため廉価品への応用には限界があ
る。

【０００３】一方、セグメント方式では表示内容はある
程度固定化されたものになるが、表示像のエッジのシャ
ープさや表示像の解像度の高さ等、ドットマトリクスに
は無い特徴を有している。又ＴＦＴに比較して製造コス
トが大幅に低いため、廉価品への応用も容易である。図
８は従来の黒地に固定カラーセグメント表示のセグメン
ト方式液晶表示装置を示す分解斜視図である。液晶表示
部１００は２枚のガラス基板１０１ａ，１０１ｂの間に
ＰＤＬＣ層１０３が挟まれたサンドイッチ構造で、ガラ
ス基板１０１ａ，１０１ｂのＰＤＣＬ層側面には透明電
極１０２が設けてある。透明電極１０２はパターンニン
グされ、多数の表示セグメント１０５と表示セグメント
以外のバック１０４に分かれる。各表示セグメント１０
５はリード部１１１を有している。このリード部１１１
の下端にはフレキシブル基板１０６が取付けられ、フレ
キシブル基板１０６及びリード部１１１を通して表示セ
グメント１０５に電圧が印加される。又、液晶表示部１
００の前面には液晶表示部１００の表示セグメント１０
５と同様に表示セグメント部分のみパターンニングされ
たカラーフィルタ１０８が取付けられている。カラーフ
ィルタ１０８上のバック１０４に対応する部分は、黒色
顔料で遮光させた遮光部１０９で、表示セグメント１０
５に対応する部分は、着色したい色のカラーフィルタが
取付けられた窓部１１０になっている。更に、液晶表示
部１００の背面には黒色のバックプレート１１２が置か
れている。

【０００４】ＰＤＬＣ層１０３は、透明な高分子マトリ
クス中に液晶分子を分散させたもので、厚み１０μｍ程
度の層を形成し、厚み方向に電圧を印加すると液晶分子
が電場方向に配向し、面に垂直な光を中心とする広い角
度範囲でＰＤＬＣ層は透明になる。一方、厚み方向に電
圧を印加しなければ、ＰＤＬＣ層１０３へ入射された光
は散乱されて白濁状態になる。

【０００５】図８に示す液晶表示装置では、後側のガラ
ス基板１０１ｂを導光板として用いてその下面から照明
光１１３を入射する。電圧が印加されている部分はＰＤ
ＬＣ層１０３が透明となるため、照明光１１３はガラス
基板１０１ａ及び１０１ｂ、ＰＤＬＣ層１０３を一つの
透明板として導光される。しかし白濁状態の表示セグメ
ント１０５では導光される光がＰＤＬＣ層１０３で散乱
され、その散乱光がカラーフィルタ１０８の窓部１１０
を通して観測者に見えるため、表示セグメントのカラー
表示が実現できる。更に、表示セグメント１０５以外の
部分はカラーフィルタ１０８の黒い遮光部１０９が見え
ているため、観測者には黒地に散乱状態の表示セグメン
トがカラー表示で見える。又表示セグメント１０５に電
圧を印加すると、ＰＤＬＣ層１０３は透明となってガラ
ス基板１０１内を導光される光が散乱されないため、観
測者には窓部１１０及び透明な表示セグメント１０５部
を通して、黒色のバックプレート１１２が見える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この方式でのカラー化
は、ガラス基板１０１ｂ内を導光される光、即ちガラス
基板１０１ｂの両面で全反射するあらゆる角度の光がＰ
ＤＬＣ層１０３に入射する。この入射光の中には９０°
に近い入射角の光もある。電圧を印加しているとＰＤＬ
Ｃ層１０３の面に垂直な方向を中心として透明となる
が、このような大きい入射角の光が透明状態のＰＤＬＣ
層に入射した場合、ＰＤＬＣ層に僅かに白濁感が発生す
る。この白濁感により窓部１１０が薄っすらと着色して
見える。従って電圧のオンオフによって完全な黒一色と
黒地にカラー表示との切換えとはならず、表示・非表示
のコントラストが低下するという課題があった。

【０００７】又窓部１１０に入射する光は、ガラス基板
内を導光される光のうち表示セグメントに入射した光に
よる散乱光の一部であるため、絶対光量が不足気味で、
表示が暗く、コントラストが低い一因となっていた。

【０００８】本願の請求項１〜５の発明はこのような従
来の液晶表示装置の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、表示時に高コントラストでカラー表示を行える液晶
表示装置を提供することを目的とする。又請求項３〜５
の発明は、明るい表示の得られるカラー表示の液晶表示
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、パターンニングされた透明電極を有する２枚の透明
基板の間に高分子分散型液晶を挟んで構成された液晶表
示部と、透明板で構成された導光板と、前記導光板と前
記液晶表示部との間に配置され、前記液晶表示部の透明
電極の表示セグメントに対応した領域が透明で、その他
の領域を遮光領域とするマスクと、前記導光板の前記マ
スクと反対側表面の前記マスクの遮光部に対応する位置
に貼付けられたカラーフィルタと、を具備することを特
徴とするものである。

【００１０】本願の請求項２の発明は、請求項１の液晶
表示装置において、前記カラーフィルタは、前記液晶表
示部の表示セグメントに対応する領域の近傍に設けられ
たことを特徴とするものである。

【００１１】本願の請求項３の発明は、請求項２の液晶
表示装置において、前記カラーフィルタの前記導光板の
反対表面側にカラーフィルタで散乱された光を前記液晶
表示部の表示セグメントに入射させる光学制御フィルム
を取付けたことを特徴とするものである。

【００１２】本願の請求項４の発明は、請求項３の液晶
表示装置において、前記光学制御フィルムは、その一方
の面が表示セグメントの表示の長手方向に沿った屋根方
向の断面三角形状の透明部材であることを特徴とするも
のである。

【００１３】本願の請求項５の発明は、請求項３の液晶
表示装置において、前記光学制御フィルムは、その一方
の面が前記液晶表示部の表示セグメントに向けた斜面を
有する断面のこぎり形状の透明部材であることを特徴と
するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は実施の形
態１における液晶表示装置の構成を示す分解斜視図であ
り、従来例と同一部分は同一符号を付している。図１に
示す表示パネル１００Ａは図８の従来例で示した表示パ
ネルとほぼ同様に、２枚のガラス基板１０１ａ，１０１
ｃとその間に挟まれたＰＤＬＣ層１０３より構成され、
ガラス基板１０１ａ，１０１ｃのＰＤＬＣ層１０３に面
した面には透明電極１０２が設けられている。ガラス基
板１０１ｃは１０１ａと同一の厚さを有するガラス基板
とする。又透明電極１０２にはパターンニングが施さ
れ、表示セグメント１０５とバック１０４が形成されて
いる。表示セグメント１０５には夫々リード部（図示せ
ず）があり、このリード部を通して表示セグメント１０
５に電圧が印加される。背面側のガラス基板１０１ｃの
後方には遮光マスク２００，導光板２０３が設けられ、
導光板２０３の後方には黒色の遮光板１１２が取付けら
れている。遮光マスク２００には表示パネル１００Ａの
表示セグメント１０５と同一箇所に同一形状の窓部２０
２が設けられ、表示セグメント以外の部分は遮光部２０
１として黒色遮光されている。導光板２０３は下端から
照明光１１３を入射し、導光板２０３内を導光させてＰ
ＤＬＣ層１０３の照明を行うものである。導光板２０３
の裏面にはカラーフィルタ２０４が貼付けられている。
導光板２０３の裏面の破線部２０５は、遮光マスク２０
０の窓部２０２に対応する箇所、即ち表示パネル１００
の表示セグメント１０５の位置を示している。カラーフ
ィルタ２０４は図１に示されるように、この破線部２０
５からの一定間隔を隔てて表示パネル１００の表示セグ
メント１０５の位置の周囲に貼付けられている。

【００１５】次に、実施の形態１の液晶表示装置の動作
について説明する。表示セグメント１０５の一部、例え
ば表示セグメント２０７にリード部を通じて電圧が印加
されると、ＰＤＬＣ層１０３には厚み方向に電場が印加
され、液晶分子が厚み方向に配向されるため透明にな
る。従って、導光板２０３からの入射光を散乱しないた
め、透明な表示セグメント２０７の部分には遮光板１１
２の黒色が見える。一方、電場の印加されない表示セグ
メント２０６は液晶分子の方向がアトランダムのまま
で、厚み方向を向いていない液晶分子が多数あるため、
導光板２０３からの入射光を散乱する。

【００１６】表示セグメント近傍の光の振る舞いについ
て図２を用いて説明する。図２（ａ）は透明な表示セグ
メント２０７近傍の断面図であり、図２（ｂ）は散乱状
態にある表示セグメント２０６の断面図である。導光板
２０３から表示セグメント２０６及び２０７へ入射する
光の大部分は、入射する表示セグメントに対応する導光
板２０３の裏面の位置周辺で反射した導光である。この
実施の形態では前述したように、導光板２０３の裏面で
表示セグメント２０６及び２０７に対応する位置の周辺
に、カラーフィルタ２０４が貼付けられている。導光板
２０３内の導光がカラーフィルタ２０４へ入射すると、
カラーフィルタ２０４で着色された散乱光２１０が発生
し、一部の散乱光２０８が遮光マスク２００の窓部２０
２を通って表示セグメントに入射する。しかし図２
（ａ）では、表示セグメント２０７は透明であるため、
着色された散乱光２１０は斜め方向に通過するため、観
測者２１１には届かず、遮光板１１２の黒色が見えるの
みである。

【００１７】一方図２（ｂ）では、表示セグメント２０
６が散乱状態であるため、表示セグメントに入射する着
色された散乱光２０８は再び表示セグメント２０６で散
乱される。この際に発生する散乱光２０９が観測者２１
１に届くため、表示セグメント２０６は着色されて観測
者２１１に見える。従って、表示セグメントに対応する
導光板２０３の裏面の位置周辺にカラーフィルタ２０４
を貼付けることで、表示セグメントへの電圧をオフ／オ
フすることにより黒色とカラーの表示・切換えが実現で
きる。ここで表示セグメント間が十分離れていれば、そ
の周囲に貼付けるカラーフィルタ２０４の色を変えるこ
とにより、表示セグメント毎に色を変えることができ
る。一方、カラーフィルタ２０４は遮光マスク２００の
遮光部２０１に対応する位置にあるため、観測者２１１
には見えない。又従来の課題であったような入射角の大
きい入射光２１２は、遮光マスク２００の遮光部２０１
で遮断されるため表示セグメント１０５には入射せず、
白濁感の発生による黒の濁りが発生しない。従って、表
示器全体ではより黒い黒字にマルチカラーで表示できる
コントラストの高い液晶表示装置を実現できる。

【００１８】尚この実施の形態においては図１に示され
るように、表示セグメント１０５に対応する破線部２０
５から所定間隔隔ててカラーフィルタ２０４を設けてい
るが、これはカラーフィルタが透明状態において直接見
えないようにするためであり、又カラーフィルタの幅を
所定以上広くすると液晶に入射する入射角が９０°に近
づき、完全な透明でなくなることがある。このため表示
セグメントに沿って所定間隔隔てた位置から平行にカラ
ーフィルタを配置することが好ましい。この表示セグメ
ントからの間隔やカラーフィルタの幅は、導光板２０３
の厚さや透明状態においてどの程度の散乱を許容するか
に基づいて定めることができる。

【００１９】（実施の形態２）図３は実施の形態２にお
ける液晶表示装置の構成を示している。液晶表示装置の
全体構成及び動きは図１に示した実施の形態１の液晶表
示装置とほぼ同様であり、同一部分は同一符号を付して
詳細な説明を省略する。液晶表示装置の構成上で実施の
形態１と異なる点は、導光板２０３の裏面に貼付けられ
たカラーフィルタ部４００である。カラーフィルタ部４
００では単なるカラーフィルタの裏面に光学制御フィル
ム４０１を貼付けたものである。本実施の形態で用いた
光学制御フィルムは図４に示すように貼付け面が平面
で、他方の面が三角形の山状の透明樹脂シートで、三角
形の山状表面がプリズムとして光を反射・屈折させるフ
ィルムである。光学制御フィルムの方向は山の尾根方向
（図３の両矢印方向）とし、図３，図４では矢印４０４
で示している。

【００２０】次に実施の形態２の液晶表示装置の動作に
ついて説明する。表示パネル１００等の動作は実施の形
態１の場合と全く同様であるため、表示セグメント近傍
の光の振る舞いについて図５を用いて説明する。図５
（ａ）は透明な表示セグメント２０７近傍の断面図であ
り、図５（ｂ）は散乱状態にある表示セグメント２０６
の断面図である。これらの断面図は図３の光学制御フィ
ルム４０１の方向と直角方向の断面を示している。本実
施の形態でも導光板２０３内を導光した光がカラーフィ
ルタ２０４で散乱され、その散乱光の一部が表示セグメ
ント２０６及び２０７に入射する。又、カラーフィルタ
２０４で発生する散乱光は導光板２０３と反対向きにも
放射されるが、その大半が光学制御フィルム４０１で導
光板２０３側に反射される。ここで、プリズム面は図４
のように、両側傾斜の山形なので、反射光４０８は図５
（ａ），（ｂ）のように斜面に垂直な斜め方向に選択的
に反射される。従って、表示セグメント２０６及び２０
７には、斜め方向に着色された反射光４０８が多量に入
射する。図５（ａ）の場合は表示セグメント２０７は透
明であるため、入射光４０８は表示セグメント２０７で
散乱されることはなく、斜め方向に飛び去り観測者２１
１には届かない。一方、図５（ｂ）の場合は表示セグメ
ント２０６が散乱状態であるため、入射光４０８は表示
セグメント２０６で散乱され、その散乱光４０９が観測
者２１１に届く。ここで、表示セグメント２０６への入
射光４０８の光量が多量であるため、散乱光４０９も強
くなり非常に明るい表示像として観測者２１１には見え
る。従って、更に良好なコントラストの液晶表示装置を
実現することができる。

【００２１】（実施の形態３）次に実施の形態３におけ
る液晶表示装置について説明する。本実施の形態による
液晶表示装置の構成は、図３に示す実施の形態２とほぼ
同様であり、同一部分は同一符号を付して詳細な説明を
省略する。異なる点は実施の形態２では図４に示す両側
斜面（三角形）の表面形状の光学制御フィルムをカラー
フィルタ裏面に貼付けていたが、実施の形態３ではカラ
ーフィルタ６０１，６０３の裏面に図６に示すような片
側斜面（ノコギリ型）の表面形状を持つ光学制御フィル
ム６０２，６０４を貼付けた。光学制御フィルムの方向
性は図６に示すようにノコギリ山型の尾根方向とし、図
３の矢印方向４０４に貼付けた。図７は光学制御フィル
ム６０４の表面山形の尾根方向に垂直な方向の表示セグ
メント部の液晶表示装置の断面を示す断面図である。カ
ラーフィルタ６０１，６０３は表示セグメント６０７，
６０６を夫々異なった色で表示するため、異なった色の
カラーフィルタとする。表示セグメント６０６はカラー
フィルタ６０３の色で、表示セグメント６０７はカラー
フィルタ６０１の色で夫々表示するため、光学制御フィ
ルム６０４，６０２はその表面の斜面の向きを着色しよ
うとする表示セグメントに向けて貼付けてある。

【００２２】次に、表示セグメント周囲の光の振る舞い
について図７を用いて説明する。導光板２０３内の光が
カラーフィルタ６０３，６０１に入射すると、導光板２
０３内側と外側に向かって散乱光が発生する。散乱光の
うち導光板２０３外側への散乱光の大半は、光学制御フ
ィルム６０４，６０２で導光板２０３側に反射される。
ここで用いている光学制御フィルムは図６に示すような
片側斜面（ノコギリ型）の表面形状であるため、プリズ
ム表面に入射した散乱光は片側だけに反射する。即ち、
光学制御フィルム６０４で反射された反射光６０８は、
表示セグメント６０６へ入射し、表示セグメント６０７
にはほとんど入射しない。一方、光学制御フィルム６０
２で反射された反射光６０９は、表示セグメント６０７
へ入射し、表示セグメント６０６にはほとんど入射しな
い。従って、表示セグメント６０６で発生する散乱光６
１０はカラーフィルタ６０３で着色された入射光６０８
によるものであり、表示セグメント６０７で発生する散
乱光６１１はカラーフィルタ６０１で着色された入射光
６０９によるもので、図７に示すように表示セグメント
６０６，６０７が近接した場合でも、両者間の混色の問
題は発生しない。このように、片側斜面の表面形状の光
学制御フィルムを用いることにより、高コントラストで
しかも混色のない液晶表示装置が実現できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本願の請求項１〜５の発明
によれば、特に夜間照明時に美しい黒地に高コントラス
トでカラー表示の液晶表示装置を構成することができ
る。又請求項３〜５の発明では、光学制御板を設けるこ
とによってカラーフィルタで得られる散乱光が効率良く
液晶の表示セグメントを通過するようにでき、明るい表
示をすることができる。更に請求項５の発明によれば、
表示セグメントが近接する場合にも、マルチカラーを用
いて混色を防ぐことができ、より観測者の認識性を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の
構成説明図である。

【図２】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の
拡大断面図であり、（ａ）は表示セグメントが透明の場
合、（ｂ）は表示セグメントが散乱状態を示す。

【図３】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の
構成説明図である。

【図４】本発明の実施の形態２に用いられる光学制御フ
ィルムの斜視拡大図である。

【図５】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の
拡大断面図であり、（ａ）は表示セグメントが透明の場
合、（ｂ）は表示セグメントが散乱状態を示す。

【図６】本発明の実施の形態３における光学制御フィル
ムの斜視拡大図である。

【図７】本発明の実施の形態３における液晶表示装置の
拡大断面図である。

【図８】従来例における液晶表示装置の構成例を示す図
である。

【符号の説明】

１００，１００Ａ 表示パネル １０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ ガラス基板 １０２ 透明電極 １０３ ＰＤＬＣ層 １０４ バック １０５ 表示セグメント １０６ フレキシブル基板 １０７ 接合部 １０８ カラーフィルタ １０９ 遮光部 １１０ 窓部 １１１ リード部 １１２ 遮光板 １１３ 照明光 ２００ 遮光マスク ２０１ 遮光部 ２０２ 窓部 ２０３ 導光板 ２０４ カラーフィルタ ２０５ 表示セグメント対応位置 ２０６ 散乱状態の表示セグメント ２０７ 透明状態の表示セグメント ２０８ 表示セグメントへの入射光 ２０９ 表示セグメントでの散乱光 ２１０ カラーフィルタでの散乱光 ２１１ 観測者 ４００ カラーフィルタ部 ４０１ 光学制御フィルム ４０４ 光学制御フィルムの方向 ４０８ 光学制御フィルムからの反射光（表示セグメン
トへの入射光） ４０９ 表示セグメントでの散乱光 ６０１，６０３ カラーフィルタ１，２ ６０２，６０４ 光学制御フィルム１，２ ６０６ 表示セグメント２（散乱状態） ６０７ 表示セグメント１（散乱状態） ６０８ 表示セグメントへの入射光２ ６０９ 表示セグメントへの入射光１ ６１０ 表示セグメントからの散乱光２ ６１１ 表示セグメントからの散乱光１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンニングされた透明電極を有する
   ２枚の透明基板の間に高分子分散型液晶を挟んで構成さ
   れた液晶表示部と、 透明板で構成された導光板と、 前記導光板と前記液晶表示部との間に配置され、前記液
   晶表示部の透明電極の表示セグメントに対応した領域が
   透明で、その他の領域を遮光領域とするマスクと、 前記導光板の前記マスクと反対側表面の前記マスクの遮
   光部に対応する位置に貼付けられたカラーフィルタと、
   を具備することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記カラーフィルタは、前記液晶表示部
   の表示セグメントに対応する領域の近傍に設けられたも
   のであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記カラーフィルタの前記導光板の反対
   表面側にカラーフィルタで散乱された光を前記液晶表示
   部の表示セグメントに入射させる光学制御フィルムを取
   付けたことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記光学制御フィルムは、その一方の面
   が表示セグメントの表示の長手方向に沿った屋根方向の
   断面三角形状の透明部材であることを特徴とする請求項
   ３記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記光学制御フィルムは、その一方の面
   が前記液晶表示部の表示セグメントに向けた斜面を有す
   る断面のこぎり形状の透明部材であることを特徴とする
   請求項３記載の液晶表示装置。