JPS60249179A - ネジレネマチツク液晶表示装置 - 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〕 本発明は自動車あるいは時計等の表示に用いられるネジ
レネマチック液晶表示装置に関するものであシ、暗い背
景に明るい表示パターンの現れるネガ表示型液晶表示装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

ネジレネマチック液晶表示装置は、その外観によりネガ
表示型とポジ表示型に大別される。ネガ表示型とは、暗
い表示面に明るい文字・図形等の表示を行う形式であり
、自動車の計器類９時計等に既に広く用いられている。

第２図に従来のネガ型ネジレネマチック液晶衣示装置の
一例を示す。一般に裏面の照明手段（す、偏光板（３）
　＋　（５）　、ネジレネマチックセル（ＴＮセル）（
４）とから成り、用途に応じて色フイルタ−（２）を併
用することもある。

ＴＮセルは２枚のガラス、プラスチック等の透明支持体
に相対向する所望形状の電極を備え、透明支持体間では
、ネマチック液晶分子が透明支持体の表面に対し＃１ぼ
平行になり、かつ９０°の２セン構造を成す様に配向制
御されている。また、偏光板（ａＬ　（５）の偏光軸は
、隣接する基板表面の液晶分子の配向方向に平行もしく
は直交し、かつ偏光軸が互いに平行になる如く設置され
る。このような構成をとることによシ、電圧が印加され
ない部分では光源（１）の光は、偏光板（３）で直線偏
光となシ、ＴＮセル（４）に入射する。ＴＮセル（４）
において直線偏光はほぼ９０°偏光面が回転させられ、
偏光板（５）で遮光される。一方、ＴＮセルの、しきい
電圧以上の電圧を印加された部分では偏光面の回転が無
いために、ＴＮセル（４）を通過した偏光面は偏光板（
５）の偏光軸と一致し１、明るいパターンを生ずる。ま
た、色フイルタ−（２）を設ければ、透過光を着色する
ことが可能になシ、部分的に表示色を変えた表示装置も
構成できる。

〔発明の解決しようとする問題点〕

従来から用いられているこの方式は、既に理論的に解析
応れている。（ＯＨＧｏｏｃｈ等、Ｊ、Ｐｈｙθ、、　
Ｄ、　８．１９７５．　Ｐ、　１５７５　）背景部分の
透過率（Ｔｏｆｆ）は、理想的な偏光板を用いた場合 Ｔｏｆｆ　＝　５ｉｎ２（＋１１＋ｕ２）＋）／（１＋
ｕ２）　（１）ｕ＝＝２いｎ／λ　（２） ｄ　：　ＴＮセルの間隙 △ｎ：　ネマチック液晶の屈折率異方性λ；光の波長 で宍わされる。また、表示部分（を圧印加部分）の透過
率（Ｔｏｎ）は、２枚の偏光板を、互いに偏光軸が平行
になる如く設置した場合の透過率で近似できるので、Ｔ
ｏｎ手０．５となる。

従ってコントラスト比（ＯＲ）は ０Ｒ＝Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ　’；−０，５／　Ｔｏｆｆ　
（３）で近似する事ができ、セル間Ｉ！Ｊ（ｄ）、液晶
の屈折率異方性（△ｎ）および波長依存性を持っている
。

一方、液晶セル間隙（ｄ）を厳密に一定に制御する事は
困難であシ、設定値に対するバラツキを持つ事、またΔ
ｎは温度依存性、波長依存性共に有する事、さらには同
一セルで多色の表示をする、言い換えれば異つな波長の
光を使用する場合がある事等の制限条件がある。

その結果、従来の装置は以下に挙げる問題を持っていた
。

（１）　コントラスト比が小さい。

（２）背景の暗さが充分でなく、背景もある程度明るく
見えてしまう、言い換えればＴｏｆｆが大きい。

（３）　Ｔ　Ｏｆ　ｆの温度依存性が太きく、温度によ
り背景の暗さが変化する。

いずれの問題点もＴｏｆｆが（１）式に従うために理想
的な光シヤツターで無い事に起因する。

さらに、従来の方式において、目盛や数字あるいは文字
等を常に透過光表示をする固定光示部を設けるためには
、固定光示部に対応する電極を形成し、かつ常に励起電
圧を印加する、もしくは、固定表示部に対応する部分の
み液晶分子の配向を異ならせる、たとえば垂直配向させ
る、もしくは、固定表示部に対応する部分のみ少なくと
も一方の偏光板に切）欠きを設ける等が必要であり、そ
れぞれ、電極数が増え駆動回路が煩雑になる、配向処理
が複離になる、透過光強度が通常の表示パターンと固定
表示部で異なり見晴えが患くなる等の問題がある。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、従来装置のかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、Ｔｏｆｆを２枚の偏光板の偏光軸を
直交させた場合と同等の光量となる如く構成されたコン
トラストの大きいネガ型ネジレネマチック液晶表示装置
において、簡便な方法により、固定表示部を有するネガ
型ネジレネマチック液晶表示装置を提供するものである
。

本発明は、照明手段と、はぼ９０’のラセン構造を持つ
ネマチック液晶層と、ネマチック液晶層を挾持し、かつ
電極の形成された複数の透明支持体と、透明支持体の外
側に設けられた１対の偏光板と、表示パターンに対応す
る位置に光透過部分の形成された遮光マスクと、電極に
電圧を印加する手段とを少なくとも備え、偏光板の偏光
軸は近接する液晶分子の配向方向にほぼ直交もしくは平
行に配置され、かつ各々の偏光板の偏光軸が互いに直行
し、かつ所望の表示パターンに対応する電極間以外の電
極間に励起電圧を印加する事を特徴とするネジレネマチ
ック液晶表示装置（以下これをＲ−ＴＮセルと称す）に
おいて、上記の遮光マスクの一部を透光性とすることに
よって、目盛や数字あるいは文字等を常に透過光表示す
ることを特徴とするネジレネマチック液晶光示装置であ
る。

第１図は本発明で用いられるネジレネマチック液晶セル
の基本的構成例の斜視図を示す。

従来例と異る部分は、遮光マスク（２０）が設けられ、
表示パターンの形状が遮光マスクの形状と同一であるこ
と、偏光板（３）および（５）の偏光軸が互いに＃１は
直交しており、かつ隣接する液晶分子の配向方向とほぼ
直交もしくは平行すること、およびＴＮセル（４）に電
圧印加する手段（６）が、非表示セグメントにのみＴＮ
セ　−ル動作電圧を与えるという従来とは逆の駆動を行
うことである。（以下これｆ　Ｒ−ＴＮセルと称す） 本発明の構成は第１図の例に限るものではなく、ＴＮセ
ルに用いられる応用は可能であシ、カラーフィルター、
カラー偏光板、各種導光板の使用をはじめ、液晶材料へ
の２色性染料の添加、能動素子を基板上に設ける等し。

てもよい。

本発明の遮光マスクも第１図の例ではセルの裏側に配置
したが、セルの表側、セルの内面への配置も可能である
。

又、本発明では背景部分は遮光マスクで暗状態とするた
め、その部分には光は不要であり、光源の光を表示パタ
ーン部分に集中することにより、よシ明るい表示が可能
となるため、セルの裏面、若し、くけ裏側偏光板の裏側
に裏方向に反射するような反射板を表示パターン部分を
除いて設ける、又は表示パターン部分にのみ光を集中放
射する導光板を用いる等することができる。

本発明では、広い視野角がめられる用途、あるいは微細
な表示パターンが必要な用途においては、遮光マスクの
形状と表示セグメントに視差があると光示欠陥となシう
る。従って、こうした場合ＴＮセルの内面に遮光マスク
を設ける事が好ましい。

また、使用するネマチック液晶のΔｎＦｉ、実用的なセ
ル間隙６〜１０μｍを考慮すると好ましい領域があり、
０．０３≦Δｎ≦０．１７、また、より好ましくは０．
０３≦△ｎ≦０．１３である。△ｎの小さい液晶材料と
しては、Ｒ＋ａａ、ＯＨ２＋　Ｘ Ｒ＋ＣＨ２ＣＨ２＋ｘ Ｒ＋０００＋Ｘ Ｒ＋ＯＨ２０ＨＭ　ｅＸ Ｒ％　ＯＥ（ｍ　ａＨ２，＋　ｘ 等のトランス−シクロヘキサン環を有する化合物が用い
られる。

〔作用〕

本発明では、このような構成をとることにより、即ち、
ポジ型のセル構成でネガ型衣示をすることにより、背景
部分は遮光マスクで遮光され、表示パターン部分でのＴ
ｏｆｆは電圧印加により液晶分子がねじれ配向でなくな
ることから、２枚の偏光板の偏光軸を直交させた場合と
同等の光量となるので、充分に暗くできるとともに、温
度、色に関係なく同じ暗状態とすることができる。これ
により部分的に色フィルターや異色光源を設けた場合に
おいてもそれが認識されなく、さらに、コントラストも
大きくとれることになる。さらに表示装置として実用化
するためには、視野角も重要である。

本発明者等は種り検討した結果、液晶の屈折率異方性（
ムｎ）とセル間隙（ｄ）との種△ｎＩ！Ｌが１．０〜０
．３μｍ１より好ましくは０，８〜０．３μｍに設定さ
れれば実用的な視野角が得られる事を見出した。

Ｒ−ＴＮセルでは、励起電圧を印加しない状態でネマチ
ック液晶層が、ネジレ構造をとり明状態となるために、
表示パターン以外の部分に遮光マスクが必要とされる。

この遮光マスクの一部を意匠に合せて、目盛や数字ある
いは文字等の形に透光性の切り欠きを設けることによっ
て、電圧を印加する、配向を部分的に弯える等を要せず
に固定表示部を設けることができる。このようにして得
られた固定表示部は、電圧無印加とされＯＮ点燈された
表示部と構造が同一であるために、同じ明状態を得る。

〔実施例〕

第３図に本発明を応用して用いられる遮光マスクの一例
を示す。この例では励起電圧を加えることでＯＮ、ＯＦ
Ｆを行なうバーグラフ表示部（２２）と、対応する値を
示す固定表示部（２１）とを有する。そもそも遮光マス
クは光不透加性のものであれば良いので、例えば遮光マ
スクを部分的に色を変えてＲ７Ｔ　Ｎセルの表面に印刷
することも可能であり、切り欠き部分に光透過性の有色
塗料を用いて着色した表示を得る事も可能である。

さらに、励起電圧を加えることでＯＮ、　ＯＦＦを行な
う表示部に設けられる遮光膜の切り欠き（２２）　ｅ第
４図に示すように太きくすることにより、ＯＦＦ時にも
ヱぐ示バクーンの輪郭部を透過光光示することか可能で
ある。第５図は逆に電極パターン（２３）よりも遮光膜
の切り欠き（２２）を小さく設定した場合を示す。この
場合にはＯＦＦ時に斜め方向から見ても輪郭部からの透
過光が無く、良好な表示が得られる。

第６図は本発明を応用して用いられる遮光マスクの別の
例を示す。この例は、例えば車のインストルメントパネ
ルに用いられる車速計の例である。遮光膜（２０）には
車速に応じて励起電圧を加えることによってＯＮ、　Ｏ
ＦＦを行なう表示部（ａｌｌ）と、車速に関係なく固定
表λ（ 示を行なう部分（ＩＩＩ）に透光性の切り欠きが設けら
れる。

そこで前述の従来例と同様に本発明のＲ−ＴＮセルのコ
ントラストを解析すると以下の様になる。理想的な偏光
板を用い、充分な印加電圧を与えた場合、 Ｔｏｆｆ占０（４） Ｔｏｎ＝　１−　θｊ、ｎ２（五（ｔ＋ｕ２）＋）　／
　（１＋ｕ２）　（５）となり、コントラスト比（Ｔｏ
ｎ／　Ｔｏｆｆ　）は無限大に近くなる。実際には偏光
板の％注あるいは印加電圧の限界により有限のコントラ
スト比しか得られないが、従来方式に比較すると飛開的
な向上が可能になる。表１にコントラスト比の測定結果
を示す。使用し、だ液晶はメルク社製ＺＬＩ−１５６５
、偏光板は日東電工社製Ｑ−１２、また、セル間隙は９
．３μｍである。

また、印加電圧は１０ｖ１透過光強度はセル表面に垂直
方向で測定し、ＴＯｎ＋　Ｔｏｆｆの値としてはフォト
マルの出力電圧で衆示り、た。

表　−１ さらに表示装置として冥用化するためには視野角も重要
である。本発明者等は種々検討した結果、液晶の屈折率
異方性（Δｎ）とセル間隙（、ｉ）との積△ｎｄが１．
０〜０．３μｍ１より好ましくは、０８〜０．３μｍに
設定されれば実用的な視野角が得られる事を見出した。

第７図はコントラスト比の角度依存性を比較例と共に示
す。第７図（ａ）はコントラスト比と視角との関係を示
す。本発明の実施例であるＲ−ＴＮセルでは５μｍ１従
来例は９．３μｍと５μｍのセル間隙に設定した。液晶
および偏光板等の条件は表１と同様である。また、第７
図（ｂ）は測定角度条件を表わし、ＴＮセルの主視野方
向（θ〉０°）および反視野方向（θ〈０°）に角度依
存性を測定し、た。第７図（ａ）に見られる様に、従来
セルでは単純に△ｎｄを小さくしたのみでは、視野角は
広くなるが、コントラスト比は小さく、一方、垂直方向
（θ＝０８）のコントラストを大きくすれば視野角が狭
くなるといった矛盾を持っているのに対し、本発明では
その両者の優れた特長を生かす事ができた。

又、本発明のセルでは、バーグラフの各セグメントと固
定表示が同じ明るさで示されているため視認性もよい優
れたものであや、セルの非駆動時にも目盛等が固定表示
されている優れたものである。

〔発明の効果〕

このように、本発明によれば従来のネガ型１１セルのコ
ントラスト、視野角が改善された上に、簡便な方法によ
り固定表示部を設けることかできる。すなわち、Ｒ−Ｔ
Ｎセルに必　□要とされる遮光膜に切り欠きを設けるこ
とによって、固定表示が得られる。この遮光膜は印刷等
によって形成することができるので、本発明は微細なパ
ターンの固定表示を得る上でも有効である０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のネガ表示型ＴＮ液晶表示装置の構成例を
示す斜視図である。 （１）・・・照明光源、（２）・・・色フイルタ−、（
３）・・・偏光板、（４）・・・ＴＮセル、　（５）・
・・偏光板第２図は本発明の実施例を示す斜視図である
。 （２０）・・・遮光マスク、　（６）・・・電圧印加手
段第３図〜第６図は本発明で用いられる固定表示部に切
り欠きを有する遮光マスクの実施例を示す０ 第７図（ａ）はコントラスト比の角度依存性を示すグラ
フであり、（ｂ）は測定角度条件を表わす斜視図である
。 （２０）・・遮光マスク、（２１）・・・固定表示部に
設けられた切り欠き。 （２２）・・・表示セグメント部に設けられた切り欠き
、（２３）・・・表示セグメント電極ノ（ターン代理人
内　［月 ２０　Ｐ、先マスク ２Ｂ４５ θ 視野角 ＋ｂｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）照明手段と、はぼ９００゛のう七ン構造を持つネ
   マチック液晶層と、ネマチック液晶層を挾持し、かつ電
   極の形成された複数の透明支持体と、透明支持体の外側
   に設けられた１対の偏光板と、表示パターンに対応する
   位置に光透過部分の形成された遮光マスクと、電極に電
   圧を印加する手段とを少なくとも備え、偏光板の偏光軸
   は近接する液晶分子の配向方向にほぼ直交もしくは平行
   に配置され、かつ各々の偏光板の偏光軸が互いに直行し
   、かつ所望の表示パターンに対応する電極間以外の電極
   間に励起電圧を印加することを特徴とするネジレネマチ
   ック液晶表示装置において、上記の遮光マスクの一部を
   透光性とすることによって、目盛や数字あるいは文字等
   を常に透過光表示することを特徴とするネジレネマチッ
   ク液晶表示装置。
2. （２）液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶層の厚み（ｄ
   ）の積△ｎ４が０３〜１．０μＩｎであることを特徴と
   する特請請求の範囲第１項記載のネジレネマチック液晶
   表示装置。