JPS6371830A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、自動車あるいは時計等の分野に用いられる透
過型のネジレネマチック液晶表示装置に３Ｑするもので
あり、暗い、７−１ｆ景に明るいパターンの現われるネ
カ型表示の液晶表示装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来からネジレネマチック液晶表示装置は。

時計、電卓、自動車、カメラ、各種測定期、家庭電気機
器等に使用されている。

近年、これら液晶表示装置においても、単に消費電力が
少ない、明るい場所でも見易いという利点以外の点でも
屋内の暗い場所でも見易いことや表示品位の向上が望ま
れ、裏面に照明手段を配置した透過型のネガ型の液晶表
示袋にか多く使用され始めている。

このような透過型のネガ型の液晶表示装置は暗い背景に
明るい表示がなされ、暗い場所では見易いもいのであっ
た。しかし、背景部分から光が透過してきてしまうため
、全体が明るく見えてしまい表示品位を低下させる原因
となっていた。このため、背景部分である表示パターン
部分以外の部分に遮光層を形成して、背景部分から光が
透過してこないようにすることも行われている・ −このような遮光層を形成した透過型のネガ型の液晶表
示装置は、表示パターン部分以外の部分が遮光層で覆わ
れており、背景部分からはほとんど光が透過してこない
ため、表示パターン部分のみが明るく見えることとなる
。ここで。

この表示パターン部分では、液晶に励起電圧以との電圧
が印加されてオンとなる部分では、光が透過して当然用
るくなる。しかし、液晶に励起電圧以下の電圧しか印加
されないオフの部分もある程度光が透過してきてしまう
ため、薄く見えることとなる。従来の遮光層のない液晶
表示装置の場合には、背景部分と同じ程度に光が透過し
てくるため誤認する可イ屯性はない、しかし、背景部分
が遮光されている場合には、背景部分からはほとんど光
が透過してこないため、このオフ部の透過光が表示を誤
認する可撤性があった。これは、ネガ型の液晶表示装置
の場合には、背景部分を暗くするために、一対の偏光膜
を平行に配置しており、オフ時の遮光度は液晶の屈折率
異方性（Δｎ）、光の波長（入）、セル間隙（ｄ）、温
度（Ｔ）により変化し、コントラスト（オン／オフ）が
低くなる傾向があった・ このため、一対の偏光膜を垂直に配置し、所望の表示パ
ターンに対応する電極以外の電極間に液晶の励起電圧以
との電圧を印加すること、即ち、ポジ型液晶表示装置と
同じ偏光膜配置とし、表示したいパターンと逆のパター
ンで駆動することも提案されている。

この方式によれば、ポジ型配置であるため、電圧オフ部
が光が透過し、電圧オン部が偏光膜によって遮光される
こととなる。この場合、゛電圧オフ部は２枚の偏光膜を
平行に配置したとほぼ同等の明るさとなり、゛電圧オフ
部は液晶分子がケちにっているため、液晶分子がねじれ
ている場合に比して光の乱れが少なく、高い遮光度が得
られ、従来の遮光層材のネガ型の液晶表示装置よりも高
いコントラストが得られる。

［発明の解決しようとする問題点］ このように液晶表示装置の表示品位は順次改善されてき
ていたが、電圧オン部の透過光の分光透過率はやはり屈
折率異方性とセル間隙の積（Δｎｄ）に異存するため、
視角がかわった場合あるいは周囲の温度が変化した場合
にΔｎｄが変化し、透過光の色が変化し、表示品位を低
下させるという問題点があった。

このため、視角の変化あるいは温度の変化によっても表
示の色が変化しなく、高い表示品位を有する液晶表示装
置が望まれていた。

［問題を解決するための手段〕 本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであ
り１表示色の角度依存性、温度依存性を軽減し、高い表
示品位の透過型のネジレネマチック液晶表示装置を提供
するものであり、２枚の水平配向層を形成した；し極付
の透明基板を少なくとも表示パターン部分でその水平配
向層が相互にほぼ８０°の角度を持つように間隙を持っ
て配置し、その間隙にネマチック液晶層を挟持し、夫々
の′１シ極の外側にその面の配向層の配向方向とほぼ直
行するように偏光軸が配置された偏光膜を配置し、表糸
パターン部分以外の部分に遮光層を形成し、裏面側に照
明手段を設け、所望の表示パターンに対応する電極以外
の電極間に液晶の励起電圧以上の１に圧を印加する電圧
印加手段を有する透過型のネジレネマチック液晶表示装
置において、表示パターン部分に対応する水平配向層の
少なくとも一方の面を凹凸面とし、その凹部と凸部の高
さの差を平均１〜２０ｇｍとし、隣接する凹部間のピッ
チを平均】Ｏ〜３００ｅｍとすることを特徴とするネジ
レネマチック液晶表示装置である。

本発明では、このような構成をとることにより、Ｉ！Ｉ
Ｉち、ポジ型のセル構成でネガ型表示をすることにより
、背景部分は遮光層で遮光され、表示パターン部分での
遮光セグメントは励起電圧以上の電圧印加により、液晶
分子がねじれ配向から立ち上がるため、２枚の偏光膜を
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、かつこの暗さは透過光の色、温度の影響を受けない
ためコントラストが向上する。

さらに、本発明では表示パターン部分に対応する水平配
向層の少なくとも一方の面を凹凸面としている。これに
より、表示パターン部分ではΔｎｄの値が一定の値とな
らなく、その凹部の深さによって各種の色を持つことと
なるが。

通常の観察距離から見る限り、この色は加法混色されて
無彩色（灰色）となる、このため、視角度が変化した場
合や周囲温度が変化した場合にΔｎｄが変化し、ある特
定のセル間隙となっている部分では色変化がおきること
となるが、本発明では深い凹部があるため、全体として
みた場合には同じ灰色となり、色変化は認識されない、
つまり、視角度が変化しても、周囲温度が変化しても表
示の色は変化しなく、本発明の液晶表示装置は表示色に
ついて温度依存性や視角依存性を持たないこととなる。

本発明の透過型のネジレネマチック液晶表示装置の水平
配向層を形成した電極付の透明ノふ板とは、ガラス、プ
ラスチック等の透ＩＮ！基板上にＩＴＯ（酸化インジウ
ム−酸化スズ）、酸化スズ等の透明電極を形成し、ラビ
ング、斜方蒸着等により水平配向層を形成したものであ
る。この水平配向層は、少なくとも表示パターン部分に
は形成されているものである。もちろん、これにはチタ
ニア、シリカ、アルミナ等の無機絶縁層やポリイミド、
ポリアミド等の有機絶縁層によるコート層、カラーフィ
ルタ一層等を電極面の上または下に形成してもよい。

本発明では、少なくとも一方の基板で、この表示パター
ン部分に対応する部分の水平配向層が凹凸面とされてい
る。この凹凸面は、その四部と凸部の高さの差を平均１
〜２０μｍとされ、隣接する凹部間のピッチを平均ｌＯ
〜３００ｇｍとされる。この凹凸面は、配向層、電極層
、後述する遮光層が電極層にある場合にはその遮光層に
形成されていてもよい、もっとも、１Ｃ極層を厚くする
のは光の吸収の点から困難であり、配向層や遮光層はあ
まり厚くすると液晶の電気光学特性に影響を！ｊえるこ
とがあるため、通常は基板自体が凹凸を有するように形
成されていればよい、この凹凸は、基板自体をサンドブ
ラスト等の機械的方法で荒したり、エツチング液で化学
的に荒したりしてもよいし、基板や電極上に凹凸に印刷
をしてもよい、この凹凸はできれば２次元的にみてラン
ダムにされていることが好ましく、これにより、見た目
に特定の色を生じにくくなる。

本発明では、このようにして形成した電極付の透明基板
をその配向方向がほぼ直交するように間隔を置いて配置
、周辺をシールしてセルを形成する。この配向方向の角
度は通常９０”　とされ、るが、必要に応じて１５１程
度ずらされてもよい、このセル内にネマチック液晶を注
入して液晶セルを完成させる。この場合、注入されたネ
マチック液晶はほぼ９０’のねじれとなるが、ネマチッ
ク液晶の固有のピッチによっては、より多きいねじれ各
、例えば２７０°ねじれとされてもよい。

このようにして形成された液晶セルの夫々の′心棒の外
側にその面の配向層の配向力向とほぼ直行するように偏
光軸が配置された偏光膜を配置する。これらの偏光膜は
通常は配向力向と直交するように配置されればよいが、
必要に応じて１５９程度ずらされてもよい、また、これ
らの偏光膜は通常は、液晶セルの外側に積層記数される
が、前述の如くこの偏光膜は電極の外側に配置されれば
よいため、基板自体が偏光膜とされたり、基板と電極の
間に偏光ａ１屯を有する層を形成してもよい。

さらに、この裏面側に照明手段を設けて、透過型の液晶
表示装置とする。この照明手段としては、公知のタング
ステンランプ、熱陰極放電管、冷陰極放電管、ＥＬ等及
びこれに反射板、導光板を組み合せたちの並びに外光を
導光して照明する手段等がある。

本発明では、この液晶表示装置の表示パターン部分以外
の部分に遮光層が形成されており、背後の照明手段から
の光がほとんど透過してこないようにされている。この
遮光層は、液晶セルのセル内外のどちらに形成されてい
てもよいが、液晶セル内に形成されている方が表示セグ
メントとの視差を生じにくく好ましい、具体的には、セ
ル内の透明電極のと又は下にメッキ、薫着等による金属
層を形成したり、着色インクを印刷したりして形成され
ればよく、公知の遮光層が使用できる。また１表示パタ
ーン部分以外の基板を染色したり、基板の外側に着色イ
ンクを印刷したりして形成されてもよい。

このようにして製造した偏光膜材の液晶表示セルを駆動
するにあたって、本発明では、電圧印加手段によって所
望の表示パターンに対応する電極以外の電極間に液晶の
励起電圧量との電圧を印加するようにする。

本発明では、透過型の液晶表示装置であるにもかかわら
ず、偏光膜をほぼ直交するように配置しているため、ポ
ジ型表示の構成となっている。このため、所望の表示パ
ターンに対応する電極以外の電極間に液晶の励起電圧量
りの電圧を印加され、所望の表示パターンに対応する電
極以外のセグメントで液晶分子がケち北かり、直交する
偏光膜により暗くなる。非表示パターン部分は遮光層に
より暗くされており、この励起？ｆｔ圧以Ｅの電圧印加
部分のセグメントも暗くなっているため、残りの電圧が
印加されていないか励起電圧以下の電圧しか印加されて
いないセグメントは光が透過してきて暗い背景にｌ’ｌ
るい表示がなされることとなる。

これにより、本発明の液晶表示装置では、従来のネガ型
構成の液晶表示装置に比して、高いコントラストを得る
ことができる。これは、この電圧印加されて暗くなって
いるセグメント部分では、はぼ偏光膜の直交による暗さ
に近い暗さになっており、光が透過してくるセグメント
部分ではほぼ偏光膜の偏光軸が平行に配置された時の明
るさになっており、この間で大きなコントラスト比を得
ることができるためである。

なお１本発明では、セル内が凹凸面とされているため、
このコントラスト比はやや低重する傾向があるが、視角
の変化や温度変化による表示色の変化を生じないもので
ある。

以下に図面を参照しつつ本発明を説明する。

第１図は１本発明の液晶表示装置の基本的構成を示す例
の断面図である。

に側の基板ＩＡは凹凸面を有する基板であり。

この内側に透明電極２Ａ、続いて配向膜３Ａが形成され
ている。この透明電極及び配向膜の厚みは基板の凹凸に
比して薄いものであり、基板の凹凸りに形成しても、そ
の凹凸はほとんど変化しない、この凹凸は、この例では
−Ｅ側の基板全体に形成されているが、下側の基板に形
成してもよいし１両方の基板に形成してもよいし、表示
パターン部分のみに形成されていてもよい。

下側の基板ＩＢには、透明電極２Ｂ、　！いて着色イン
クによる遮光層４．配向ＩＱ３Ｂが形成されている。こ
の遮光層は前述したように、この例に限られなく、例え
ば、透明電極２８ｈに絶縁層を介してニッケル、クロム
等の全屈遮光層を形成したり、　７！板の外側に着色イ
ンクの印刷層を形成したりしてもよい。

これら２枚の基板は電極面が対向するように配ｔ′され
、周辺をシール材５でシールされ、内部にネマチック液
晶Ｂが封入されて液晶セルとされている。

この液晶セルでは、少なくとも表示パターン部分では両
方の基板の配向方向がほぼ直交するように基板が配置さ
れており、この円外面にこの配向方向とほぼ直交するよ
うに一対の偏光膜７Ａ、７Ｂが配置され、さらに裏面に
は、照明手段８が配こされている。

第２図は、この基板の凹凸の状況を表した拡大断面図で
あり、わかりやすくするために縦方向の寸法を横方向の
寸法に比して拡大して表示している０本発明では、凹部
と凸部との高さの差ｄ、即ち凹凸の高さまたは深さの平
均を　１〜２０μｍとし、凹部間または凸部間の距離ｗ
、即ち凹凸のピッチの平均を１０〜３００ｇｍとするも
のである。これにより、視角が変化したり、温度が変化
しても表示色がほとんど変化しない。

なお、この凹凸の深さと凹凸のピッチは使用する液晶材
料、観察距離、使用温度範囲等により適宜選択すればよ
い、特に凹凸のピッチは観察距離により、色ムラが観察
されない程度のピッチとされればよい。

本発明では２このような液晶表示素子の構成とし、この
所望の表示パターン部分以外の１ｌｌｉ極に液晶の励起
電圧を印加して駆動する。

これにより、見る角度、温度１色にかかわらず、同じ色
調の表示を得ることができる。

なお、本発明は、この例に限られなく、カラーフィルタ
ーを形成したり、ＴＰＴやＭＩＭ等の１＠動素子を形成
したりしてもよく、本発明の効果を損しない範囲で公知
の種々の液晶表示装置に応用できる。

［作用］ 本発明の液晶表示装置が高いコントラストでかつ色が変
化しない理由を説明する。

まず、コントラストが高くなるのは、すでに説明したよ
うに、ポジ型の液晶表示装置の構成をとっていることに
よるものであり、励起電圧量Ｈの電圧を印加した部分で
は、偏光膜の偏光軸が直交し元状態に近い状態となり、
偏光膜の偏光度が生かせるため、充分に暗くなり、光が
透過してこない、また、電圧が印加されないかまたは励
起電圧以下の電圧が印加された部分では、液晶層で液晶
がねじれているためほぼ偏光膜の偏光軸が平行の場合と
同じ程度光が透過してくることとなる。その他の背景部
分では、全て遮光層で光が遮光されるため、高いコント
ラストが得られる。

これに対して、ネガ型の液晶表示装置の場合には、励起
電圧以下ヒの電圧を印加した部分では、偏光膜の偏光軸
が平行の場合と同じ程度光が透過してくる。また、電圧
が印加されないかまたは励起電圧以下の電圧が印加され
た部分では、液晶層で液晶がねじれているためほぼ偏光
膜の偏光軸が直交した状態に近い状態となり、暗くなる
。しかし、ねじれた液晶は完全に光を旋光しないため、
もれた光を生じ、偏光膜の偏光度を充分に生かせなく、
偏光膜を偏光軸を直交させて配置したものに比してかな
りその暗さは低下してしまうこととなる。

次に色に関しては、液晶はその液晶物質、液晶層の厚み
（セル間隙）により、その色の色調が変化する。このた
め、従来の液晶セルでは。

ある一定条件のもとで、所望の色となるように調整をし
ており、視角や温度が変化した際に表示の色調が変化し
てしまった。

本発明では、あえてセル間隙がａ細なピッチで変化する
ようにされており、微細の領域でみれば赤とか緑とかの
色にかたよった色調を生じる。しかし、本発明では微細
の凹凸が形成されているため、例えば赤い色調の領域の
隣に緑の色調の領域があるというようなことになり、こ
の微細の領域が観察されない程度の距離で見れば、色は
加色混合されて、ニュートラルな灰色となる。そして、
この色は温度が変化して、夫々の微細な領域自身で見れ
ば色が変化しても、他の領域の全体に色が変化し、Ｉｉ
ｊには赤であった領域が緑に、また緑であった領域が赤
にというように、全体としてみればやはりニュートラル
ということになる。このため、温度が変化しても液晶表
示装置の色調は変化しないこととなる。

［実施例］ 実施例１ 第１図に示した構成で、　１．１ｍｍ厚のガラス基板上
に凹凸が約５６ｍの凹凸を約１１００１ｚピツチで形成
し、このＬに透明電極としてＩＴｑを形成しバターニン
グし、さらにその丘にポリイミドのオーバーコートをし
、このポリイミド層をラビングして水平配向層を形成し
、上側の基板とした。

次に、０．５５ｍｍ厚のガラス基板北に透明電極として
ＩＴＯを形成しバターニングし、非表示部分に着色イン
クによる遮光層を形成し、さらにその」二にポリイミド
のオーバーコートをし、このポリイミド層をラビングし
て水平配向層を形成し、下側の基板とした。

この２枚の基板を電極面が相対向するようにかつ配向方
向が直交するようにして、周辺をシール材でシールし、
内部にネマチック液晶（メルク社製ｒＺＬＩ−１５６５
Ｊ）を封入して液晶セルを製造した。

比較例として、と側の基板に凹凸を形成していない基板
を使用した外は同じに液晶セルを製造した。

この実施例と比較例の液晶セルの両面に偏光膜を夫々の
基板側の配向方向と直交するように積層配置し、裏面側
に照明を配置して液晶表示装置とした。これらの液晶表
示？ｃ２ｔを所望の表示パターン部分以外の部分に励起
電圧以上の電圧を印加するようにして駆動した。

この結果、本発明の実施例の液晶表示装置では、高いコ
ントラストで温度変化や視角の変化に対しても色が変化
しないものであった。これに対し、比較例の液晶表示装
置では色調が変化してしまった。第３図は、視角を垂直
方向から主視角方向へ５０″′傾けた時の色調の変化を
ＣＩＥ色度図りに示したものである。Ａ点は垂直方向で
の色調を表し、Ｂ点は実施例の５０＠傾けた時の色調を
表し、０点は比較例の５０°傾けた時の色調を表す、こ
の図からも１］らかなように、未発ＩＩの実施例では、
視角が変化しても液晶表示装置の色調の変化が少ないも
のである。

実施例２ 実施例１の基板の凹凸を約１０ｇｍの凹凸とした外は実
施例１と同様にして液晶表示装置を製造した。この液晶
表示装置も、実施例１と同様にコントラストが高く、色
調の変化がないものであった。

実施例３ 実施例１の遮光層の代りに、シリカの絶縁層を介して非
表示部分にＩＴＯを形成し、このトに無゛心解ニッケル
メッキを行い遮光層としたものを使用した外は実施例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
置も、実施例１と同様にコントラストが高く１色調の変
化がないものであった。

実施例４ 実施例１の一ド側の基板の表示電極ヒに着色インクによ
るカラーフィルターを形成した外は実施例１と同様にし
て液晶表示装置を製造した。

この液晶表示装置も、実施例１と同様にコントラストが
高く、かつ微妙なカラーの色調の変化もほとんど問題と
ならないものであった。

［発明の効果コ 本発明では、配向方向と偏光膜の偏光軸との関係がポジ
型の液晶表示装置の構成をとっているため、励起電圧以
Ｈの電圧を印加した部分でほの遮光度が高く、高いコン
トラストが得られる。

また、本発明では、微細な凹凸を基板に形成しているた
め、液晶層の厚みが大きく変化していることとなり、微
細な領域で見れば夫々に色が見えることとなるが、ちょ
っと離れて観察すればこれらの色が混合されてニュウー
トラルな色となり、温度が変化しても、また、視角が変
化しても色調の変化を生じにくい。このことは附随して
、液晶の組成変化、セル間隙の誤差の許容（／ｉの増加
等により生産管理が容易となり、製造歩留りの向上にも
つｉ″％＜る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のネジレネマチック液晶表示装置の基
本的な例な断面図。 第２図は、第１図の基板の部分拡大断面図。 第３図は、実施例１と比較例の視角の差のよる色調変化
を示すＣＩＥ色度図。 ＩＡ、ＩＢ　　　：基板 ２Ａ、２Ｂ　　　：透明電極 ３Ａ、３Ｂ　　　　：配向膜 ４　　　　　：遮光層 ５　　　　　：シール材 ６　　　　　：ネマチック液晶 ７Ａ、７８　　　　：偏光膜 ８　　　　　：照明手段 箇１図 俸２０ １’ｄ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の水平配向層を形成した電極付の透明基板を
   少なくとも表示パターン部分でその水平配向層が相互に
   ほぼ９０°の角度を持つように間隙を持って配置し、そ
   の間隙にネマチック液晶層を挟持し、夫々の電極の外側
   にその面の配向層の配向方向とほぼ直行するように偏光
   軸が配置された偏光膜を配置し、表示パターン部分以外
   の部分に遮光層を形成し、裏面側に照明手段を設け、所
   望の表示パターンに対応する電極以外の電極間に液晶の
   励起電圧以上の電圧を印加する電圧印加手段を有する透
   過型のネジレネマチック液晶表示装置において、表示パ
   ターン部分に対応する水平配向層の少なくとも一方の面
   を凹凸面とし、その凹部と凸部の高さの差を平均１〜２
   ０μｍとし、隣接する凹部間のピッチを平均１０〜３０
   ０μｍと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）遮光層のある部分の水平配向層の配向方向を２枚
   の基板でほぼ平行とする特許請求の範囲第１項記載のネ
   ジレネマチック液晶表示装置。
3. （３）水平配向層の凹凸面が、透明基板に形成された凹
   凸面による凹凸面である特許請求の範囲第１項記載のネ
   ジレネマチック液晶表示装置。
4. （４）凹凸面が不規則に形成されている特許請求の範囲
   第１項記載のネジレネマチック液晶表示装置。
5. （５）遮光層が透明基板の内面に形成されている特許請
   求の範囲第１項記載のネジレネマチック液晶表示装置。