JPS6019485B2 - 液晶表示装置の表示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアナログ表示を行う液晶表示装置の表示方法に
関し、特に、アナログ的に変化する表示が特定の変化量
または変化状態になると表示色が異るようにした液晶表
示装置の表示方法に関する。

近年多様な電気器具をはじめとして、製造装置、計測器
、輸送機等の装置に於いて、表示を要するものは極めて
多い。

これ等で使用されているメーター表示類の多くは可動コ
イル式の指針表示として機械的可動部のある表示が多く
用いられてきた。一方時計、電卓、計測器等で表示を要
する電気器具では、近年ＬＥＤ、液晶、蚤光表示、その
他の電気光学的表示素子が広く使用されてきている。こ
のような電気光岸的表示素子の多くはディジタル表示で
、このような素子によって可動コイルのような完全なア
ナログ表示を行い得るものは実用上ほとんどない。これ
等電気光学的素子でのアナログ表示はドットアレイや棒
状セグメントを多数配列したバーグラフ表示のような基
本的動作に於いては独立した素子の集合によって行って
いるディジタル表示の変形である。又タングステンラン
プやＬＥＤの輝度変調によるアナログ表示の如きものも
あるが、感覚的表示にならざるを得ない。これらの点を
改善する為に、本出願人は先に特藤昭５Ｍ王８６４０１
号を始めとして、特藤昭５０王９６９０１号、特顔昭５
０王９６９０２号、及び特願昭５１年９５０８４号等を
提案した。

これ等の提案に使用される基本的構成は一方の基板に透
明抵抗体、他方に良導電性透明電極を処理した二枚の基
板に液晶を荻持してなる構造を有し、抵抗体電極側と他
方の電極に所定の電位を付与し、棒状、線状の表示もし
くは開閉動作、点動作等を行わせるものである。本発明
は、前記提案に示されたアナ。

グ表示装置を改良し、表示変化の明確さ、議取り易さ、
警告効果、装飾的効果を目的とするもので、その特徴と
するところは、液晶セルの両側に偏光手段が配置され、
該偏光手段のうち少なくとも片側の偏光手段が第１の偏
光手段と第２の偏光手段を有しており、該第１の偏光手
段には第１の表示領域が対応し、且つ該第２の偏光手段
には第２の表示領域が対応し、該第１の表示領域と第２
の表示領域を有する表示領域に表示セグメントを有し、
該表示セグメント自体又はその端部の位置が前記第１の
表示領域と第２の表示領域の間を可変移動するとともに
、前記第１の表示領域に位置した時の表示セグメントと
前記第２の表示領域に位置した時の表示セグメントを異
なる分光特性の透過光又は反射光とする点にある。本発
明の表示方法によれば、電気光学的表示素子を使用して
、無段階の位置表示や、面積変化による量的表示が、機
械的可動部も無く、又ディジタル動作無いこ行われるも
ので、可動コイル式メーター表示と、電気光学的表示素
子の両者の特徴を有すると同時に、本発明による表示に
よってのみ得られる新規な表示効果が得ららるものであ
る。

以下、図面を参照して詳細な説明を行う。第１図は本発
明の液晶表示装置の表示方法で使用する液晶セルの基本
的構成の一例を示す溝成図である。１は第１の偏光板、
２は第１の基板、３は該基板２上に形成された抵抗層、
４は電界効果を示すネマチック液晶が充填される空間、
６は第２の基板、５は基板６上に形成された導電層又は
抵抗層、７は第２の偏光板である。

第１図に於いて、液晶セルは光透過型の場合を示してあ
るが、反射型液晶セルとする場合には偏光板７の後方位
に拡散反射板が設けられるものである。第２図ａは基板
２の平面図で、基板２上に抵抗層３が形成され、該抵抗
層３の少なくとも二つの分離した領域に良導電性電極部
（端子電極）３ａ，３ｂが形成されている。

第２図ｂは基板６の平面図であり、基板６上には５の導
電層又は抵抗層が形成されていて、少なくとも一つの良
導電性電極部（端子電極）５ａを有している。

液晶セルはこれ等二枚の基板を通常４ｒ〜５０〃程度の
間隙で平行に対持させて、その間の空間に電界効果を示
すネマチック液晶を挟持し、前記端子電極を外部回路と
接続可能な状態（第２図ｃ：同図に於いては液晶セルは
模式的に示してあり、３が基板２上の抵抗層、５が基板
６上の導電層を表わす）にして密封シールして成るもの
である。第１図、第２図に示した液晶セルの基本的駆動
方法は抵抗層３に電位分布を附与し、抵抗層３と５の導
電層又は抵抗層との間に電位差が生じる様、電圧印加し
、抵抗層３と５の導電層又は抵抗層との間の電位差を異
ならせて電位差分布を与え、該電位差分布内の前記液晶
の電気光学的闇値を越えない電位差領域で目的とされる
表示を行なう様調整された電圧の附与に基づくものであ
る。第３図は本発明の液晶表示方法に用いる液晶セルの
電気光学的特性の一例を説明するための図である。第３
図に於いて横軸は電圧、縦軸は透過光量を示す。第３図
は電界効果ネジレ配向液晶（以下ＴＮ効果と略す）を用
いた特性である。ＴＮ効果の特性は白色光に対して濃淡
の透過又は反射特性を利用すると効率的で、ＤＡＰ（電
界効果垂直配向液晶）効果によるものは波長による特性
が異なり、過渡状態で色変化として現われるものを使用
しても良い。各々電気光学的変調の生じはじめる電圧を
閥値電圧としＶｔｈで示される。ＴＮ効果はＶｔｈが１
〜３Ｖｏｌｔ程度を低くＤＡＰ効果では３〜６Ｖｏｌｔ
程度で共にＤＳＭ効果の８〜１５Ｖｏｌｔに比較して充
分に低い閥値電圧を有している。この他、低関値特性を
示す電界効果には、ＴＮ、ＤＡＰ効果を変形したものが
あり、これ等は液晶の配向に対する変形や、偏光板等を
用いた表示検出方法の変形に於いて成されたものである
。又、二色性色素を液晶層中に添加し、偏光板を用いず
に配向変化による色変化を直接識別できる方法もある。
本発明の表示方法はこれ等低閥値特性を有する液晶表示
方式の全てに適用され得るものであるが、現在知られて
いる液晶表示方式では最も低い閥値を有するＴＮ効果が
殊に有効な表示方式である。

第４図ａは第２図中の抵抗層３の表示面の長辺方向１を
横軸に、電圧を縦軸に取って、第２図ＣＡＢ間の電圧が
均一な抵抗層３によって生ずる電位分布を直線ＡＢによ
って示したものである。

一方第２図の５が抵抗層３に比べて十分低い抵抗を有す
る低抵抗層又は導電層から成る場合には附与した電圧は
１の位置によって電圧の変化がないからＤＣの水平な直
線で示される。Ｄ点は第２図ｃに示される等価回路に於
いて、ＢＣ間（又はＡＣ間）に抵抗を外部より接続しＣ
に対するバイアスを設けた時に生じた支点である。この
ようにしてＡＣ間に電圧を付与すると、生ずる電圧分布
は直線ＡＢと直線ＤＣ間で表わされ、この差が液晶の電
気光学的関値を越えた部分は表示が点灯状態となり、越
えない部分が非点灯となる。この様子を第４図ｂによっ
てＡ２Ｂ２の電位分布に対し、点灯部ＯＮ、非点灯部Ｏ
ＦＦで表示が現れることを示している。第５図ａは関値
を越える充分な電位勾配を持つようＡＢ間に電圧を付与
し、この電圧の任意の中間電圧をＣに与えた場合の表示
動作を示している。

本発明に採用される液晶の電気光学的特性には極性（±
）（方向性）がなく、従ってその閥値はＣＣ′を中心に
±Ｖ仇の中、即ち２Ｖ仇の帯状領域を考え、電位差を示
す矢印が該領域に入る領域である１，，１′，内では電
気光学的変調を生じない。第５図ｂはこの様な場合の表
示状態を示したもので四角に囲った全表示領域に対し、
１，，１′，に相当する非変調領域×が表示部を示すも
のである。この様に液晶の閥値を越えない領域Ｘに対し
値を越える領域Ｙを充分大きくすることで見掛上点状や
線状の表示を与えることができるものである。即ち、本
発明の液晶表示方法はＡＢ間の電位勾配変化（直線ＡＢ
の勾配で示される）やＣの電位レベル変化（直線ＣＣ′
の上下移動で示される）によって全表示領域内で任意の
位置に任意の線中で無段階的に表示できる。

即ち、完全なアナ。グ表示ができるものである。第６図
ａは前述第５図ＡＢ間の電位勾配を変化させた時の図を
示し、これによって変化した表示を第６図ｂによって示
したものである。

添字１、２、３に従って電位勾配が小さくなる。この時
の表示は電位勾配が大きい程、非変調領域が小さくなり
、線中が狭くなってくる。第７図ａは前述ＡＢ間の電位
勾配を一定とし、Ｃの電位レベルを変化させた時の表示
を同図ｂで示したものである。このように応用に際して
、基本動作では、電位分布を附与する信号と、電位レベ
ルを附与する信号を独立に、又は両者を併用して用いる
ことができ、位置、中を単独に表示したり、両者を同時
に表示変化せることによって、ある種の機能的な表示を
与えることができる。例えば位置の表示に於いてラジオ
の受信周波数表示を与え、表示中によって送信周波数に
対する受信周波数の同調を表示する如きものも考えられ
る。又、分光器に於いて分光された光の中心波長を位置
で表示し、その帯城中を線中で表示する等様々な利用方
法が考えられる。本発明で採用される電気光学効果に就
ては、前述したが、ここで要約すれば電界効果型液晶を
用い液晶分子の有するダィボールモーメントが電界に応
じて初期の配列状態から変化するのを良く知られた結晶
光学的検出方法等によって電界印加部分と非電界印加部
分とを識別して成るものである。

従って、前述の光学的検出手段としては偏光板の使用が
最も簡単である。以下に偏光板及びそれによって検出さ
れる機構について述べる。一つの方法は第１図に示され
るよう、第１の偏光板１及び第２の偏光板７は直線偏光
板を採用することができる。これ等の偏光板の配置（偏
光面）はＴＮ効果セルでは第１図の図中に示した矢印に
よって示される。偏光板１上の矢印は、該偏光板の偏光
面を、抵抗層３上の点線の矢印は、該抵抗層面上の液晶
分子の配向方向を、５上の矢印は前記抵抗層３と対向す
る層５面上の液晶分子の配向方向を示すもので、この間
に充填された液晶分子は一つの点孫泉で示した矢印のな
す角度内で徐々に擦れた配列をなすものである。偏光板
７上の矢印は、該偏光板の偏光面を表わすものである。
この偏光板７は液晶セルから出た光を検出するものであ
る。第１図に於いては液晶分子の配向が９００涙れた状
態になっている。第１図に於いて紙面上部から入射光ｌ
ｏは偏光板１の偏光面に従って偏光面を揃え、抵抗層３
から層５の間の液晶層内を通過する際液晶分子の振れ配
向に応じた角度だけ偏光面を回転させて第２の偏光板７
に入射する。

今この時の偏向面と偏向板の偏光面とが９０ｏを成すと
、入射光ｌｏはここで遮断され、紙面下方の観測者は階
状態にて識別する。液晶セルに電界が印加されると、液
晶分子はその長軸方向を基板面に対して垂直にして配向
し、この時は入射光Ｌ‘こ対して液晶は等方的であるの
で入射光の偏光面の回転は生じない。

従って１と７の二枚の偏光板の偏光方向が平行であれば
光は透過し、前述の無印加状態の時に対して明状態とし
て識別できる。この差は二枚の偏光板の偏光方向が平行
と直交に配置した時の差に対応している。

これに対し一方の偏光板だけを９００回転させる、即ち
、１と７の偏光板の偏光方向を直交配置すると丁度前記
表示のネガ／ポジ反転した状態が得られる。ＤＡＰ効果
を用いたものは電界無印加状態で、液晶分子は二枚の基
板面に対して垂直に配列していて等万性状態であり、電
界印加時は異万性状態となり、ＴＮ効果と対称的関係で
明暗表示変化を生じさせることができる。

本発明はこのような表示動作によく適合した偏光板の選
択に関するものである。

本発明に係る液晶表示装置の最も基本的構成を、第８図
ａ、第８図ｂ、第８図ｃに平面図、正面図、側面図で示
す。同図中、７ａ，７ｂは並置された互に検出光の分光
特性の異る偏光板である。８は対極のりード端子を同一
基板上に導く為の導電物質、９はスベーサである。

ここで、偏光手段の分光特性を変えることによって色表
示する方法に就いて述べる。

色表示する場合には一方の直線偏光板のかわりに円偏光
板を用いるものである。

円偏光板は直線偏光板に１／４波長板を積層したもので
、液晶セルの変調、非変調領域を通過した偏光の位相差
の波長依存度から二色の色表示を可能にするものである
。又色表示を行なう別法は第１図中に示したＴＮセルで
分子配列方向に対し偏光板１，７を互いに４５ｏずつ一
方向に回転させることによって最も効率よく色を出すこ
とができる。片方の偏光板のみ４５ｏ回転させても色を
出すことができるＤＡＰ効果では電界による分子の懐き
が序々に変化する傾向が強く、波長によって電圧特性が
異なるところから、関値近傍又は変調と非変調境界領域
では色の縞模様を生じ易い。ＴＮ効果でも類似した現象
はあるが、この効果は闇値特性が小さい程小さくなるの
で左程問題は生ぜず、而も本発明の表示方法では無視し
得る程度のもので実用上間題は起らない。円偏光板を用
いたり、偏光面を４５ｏずらせた配置の偏光板を用いた
場合、二枚の基板が非平行配置されたセルでは表示位置
によって表示色が異なる同時多色表示が可能である。更
に本質的な色表示ではないが、二色性のカラー偏光板や
カラーフィルターを用いることによっても明状態の透過
光によって色表示を行なうことができ、前述と類似の効
果を得ることができる。このような彩色表示と、前述の
無彩色表示を組み合せることによって、つまり、少なく
とも片側に分光特性の異る２種以上の偏光板を並置させ
ることにより表示の変化に応じて表示色が急に変化する
ようにすることができる。これ等偏光板を用いて表示を
行なう場合の補助手段としては、表示を読み取る時の状
況に応じて透過、反射、投影の各方法に加え、照明、採
光等の手段を附加しても良い。

透過型では外光等、セル背面の光をセル前面より見易く
するために、拡散透過板をセル背面に設ければ一層効果
的である。

又、観測者側より外光や照明光が入射する場合には、セ
ル背面に拡散反射板を設ける方法（反射型）が一層効果
的且つ有効である。更にセル背面に照明光源を設け直線
又は光学系（レンズ系）を介して透過型スクリーン又は
反射型スクリーン上に投影表示する方法も適時採用され
る。

基板２及び６としては導電層や抵抗層形成可能な基板材
料が使用され、通常は透明基板材料が使用されるもので
あるが反射型液晶セルの場合には少なくともセル前面の
基板が透明であれば良いもので二枚共透明であることは
必ずしも要さないものである。このような表示装置に用
いられる各構成材料は既に良く知られたものが使用でき
、それ等における典型的例のみを挙げる。

基板としてはガラスが一般的である。液晶はＴＮ効果で
は正の誘電異方性を示すネマチック液晶が使用でき、Ｄ
ＡＰ効果では負の誘電異方性ネマチツク液晶が用いられ
る。又他の電界効果液晶にもこれ等正又は負の誘電異方
性を示す液晶が動作原理に応じて必然的に選択されて使
用される。透明な電極及び抵抗体層としては１山ＱやＳ
ｎ０２膜に抵抗値を下げたり、又は上昇させるためのド
ーピングを行った薄膜が使用される。

この発明で云う良導電性及び抵抗体層の各々の比抵抗は
絶対的な値より、むしろ相対的な値として捕えるべきも
のである。おおよその目安としては１血○肌以下の良導
電層と１０ＫＱ肌以上の抵抗体層で、両者は少なくとも
１桁程度以上の差を有しているものであれば良い。透明
を要しない場合には、良導電性材料として金属又は金属
薄膜が使用できる。スベーサ、シールとしては良く知ら
れた方法で無機、有機のスベーサ材又はシール材、これ
等兼用のもの等適宜選ばれる。直線偏光板は偏光度と透
過率の異なる種々の製品が市販されており容易に而も安
価に入手され得るものである。その代表的なものはアセ
テート等のベースフィルムと沃素を配向ごせて処理した
ＰＶＡフィルムとをラミネートした偏光板であり、これ
は極めて容易に安価で入手され得る。又ＴＮ液晶セルの
製法も周知の如く分子の配列を可能とする。ラビングや
斜め葵着の方法で配向処理するか、又はＤＡＰの如く、
界面活性剤の一種を使用して垂直な配向処理を行った電
極又は基板上に液晶を接触してなる配向方法が適用され
る。本発明に於いて、これ等周知の方法によってセルを
構成し、本発明で示したような表示方法を付与すること
によって極めて有効な用途を提供することが可能なもの
である。

この改善された効果を利用した装置は、従来のメーター
類として利用してきたものほとんど全てと、又新規の応
用を可能とする装置類にも活用され、それ等の機器は以
下に特に限定するものではないが、次のようなものが挙
げられる。

例えば音響機器類でのレベルメーター、ピークレベル〆
−ター、チューニングメーター、バッテリーチエツカ一
等、又音響効果を光学的に演じる為のディスプレー等。
又自動車や船、航空機、電車等の輸送機、一般計測器、
家庭用電気器具に於いて電流、電圧計としての機能を用
い、具体的にはスピードメーター、圧力計、電流計、オ
イルメーター、温度計、回転計又時計の如き計時測定等
多方面に使用することが可能である。本発明に係る液晶
表示装置を従来用いられてきた可動コイル式メーター類
と比較すると、一般的に次のような効果がある。（１）
小型、軽量化、薄型化でき、複数の表示も一体化構造で
作れる。

ｍ）耐振勤性が向上する。

（ｍ）メーター指針の慣性による遅れを生じないで応答
性が向上できる。

（Ｗ）直線的移動をはじめとして、多彩なパターン変化
として表示量を表現できる。

（Ｖ）特定の表示範囲や、限界値に於いて表示色変化に
よって表示の識別が容易となる。

（Ｗ）部品数が少なく生産が容易となる。

（肌）所定の表示精度が機械的物性によらず、電気物性
のみで制御できる。

一方ＬＥＤや液晶に於いて電極がセグメント化されたバ
ーグラフ状電気光学的表示素子と比較すると、（１）連
続、無段階の完全なアナログ表示ができる。

（０）アナログ電気信号を直接アナログ表示できる。

即ちアナログディジタル変換や、表示位置又は量にアド
レスするためのデコーダ等が不要となる。そして、この
発明による表示を読みとる為に、特に訓練や学習を要せ
ず、表示を理解しやすく、又その美しい表示効果から、
特に音響電気器具等ではその本来の読み取り機能と共に
、美術的効果を楽しむことが可能となるものである。次
に、本発明に係る液晶表示装置の具体的使用態様につい
て示す。

第９図は、音響機器のレベルメーターに適用した例であ
る。

同図に於いて、第８図の７ａに対応する部分を１の領域
で、７ｂに対応する部分を０の領域で示している。第９
図の領域１では線状表示セグメントＸ，が黒色で背景が
明るくなるよう無彩色の直線偏光板の配置をしておき、
領域０では線状表示セグメントＸ２が赤色で背景が１と
同様明るくなるよう赤色の二色性偏光板を配置すれば、
この例で示すよう、入力が０ｂＢ素子を超える大きさに
達すると、急に表示色が黒から赤に変化し、表示の識別
効果が極めて明確で、又容易となる。この時の効果は、
指針となる表示が通常の動作範囲では、例えば白色の背
景に黒色の指針の色で特に従釆の可動コイルメータと変
るものでなくとも警告領域に入ると、指針の表示色その
ものが変化するので競視者が極めて明確に表示の意味を
識別し、従来にない表示方法を提供するものである。こ
の例のように黒から赤に限らず、領域１と０の間で補色
的に変化し得る表示は、前述の彩色表示の選択によって
種々得られる。第１０図は液晶セルの表示面に対し斜め
方向に第８図の７ａ，７ｂの偏向板を分割してなるもの
で７０と８０の目盛に位置する表示線は線状表示セグメ
ントＸ３の色と糠状表示セグメントＸ４の色の二種の表
示色によって示される。

これは例えばスピードメーターの如く、スピードの増加
と共にその運転の注意力を増大させる為の警告的表示効
果に於いて特に有効である。特に車鋼や輸送機に於ける
運転では進行方向への視野に対する注意力を集中する必
要性から、色彩的変化によって直視することなくこの警
告的表示の識別が可能な方法は安全運転上も好ましい方
法を提供するものである。第１１図は第４図に於ける動
作方法すなわち、榛グラフ状表示の例である。榛状表示
セグメントの先端１，が１の領域では例えば青で、ロの
領域にまで入ると入った部分だけが赤くなり、前記同様
入力レベルを識別するのに有効である。又逆に綾状表示
セグメントＸ５部分が赤く、棒状表示セグメントＸ６部
分が青くすることも可能であるから、この時はバッテリ
ーチェツカーの如き用途として、青色城まで表示が入れ
ば、バッテリーの使用可能を示す如き使用方法もある。
このような方法のいずれかを使用して応用する例は他に
も多々あり、例えばテープデッキのテープの残量表示や
、８肌カメラのフィルム残量表示等にも適している。更
に自転車の速度計、美容運動臭の運動量表示、ヘルスメ
ーター等を始めようとした秤量器具等に於いても指示量
が色によって識別可能とした表示は有効である。更に図
示していないが、三色に区分けした領域を設け、一定範
囲内での表示色に於いて入力信号を制御する等の目的に
応じて表示色が異らせることもできる。又小分割した表
示色部分を表示器内に目盛に対応して配置する等の変形
は本例から容易に推測し得る応用方法である。又単に彩
色効果を得る為表示移動に応じて適当な色分布になるよ
う前記偏光板の配置を種々設定することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示装置に於いて使用される液
晶セルの基本的構成の一例を示す構成図。 第２図ａ、第２図ｂは液晶セルの基板の平面図。第２図
ｃは液晶セルの電気接続図。第３図は液晶セルの電気光
学的特性図。第４図〜第７図は液晶セルの作動原理を示
す説明図。第８図は本発明に係る液晶表示装置の基本的
構成図。第９図〜第１１図は本装置の使用態様図。１，
７，７ａ，７ｂ・・…・偏光板、４・・・・・・液晶、
３，５・・・・・・電極層。 髪／図 第２図 第３図 ※‘図 嫌〆図 交よ図 鱗フ図り 答８図 拳ァ図 篤／ク図 多〃図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液晶セルの両側に偏光手段が配置され、該偏光手段
   のうち少なくとも片側の偏光手段が第１の偏光手段と第
   ２の偏光手段を有しており、該第１の偏光手段には第１
   の表示領域が対応し、且つ該第２の偏光手段には第２の
   表示領域が対応し、該第１の表示領域と第２の表示領域
   を有する表示領域に表示セグメントを有し、該表示セグ
   メント自体又はその端部の位置が前記第１の表示領域と
   第２の表示領域の間を可変移動するとともに、前記第１
   の表示領域に位置した時の表示セグメントと前記第２の
   表示領域に位置した時の表示セグメントを異なる分光特
   性の透過光又は反射光とすることを特徴とする液晶表示
   装置の表示方法。