JP3222268B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
特に優れた時分割駆動特性を有し、さらに白黒および多
色表示を可能にする電界効果型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置の一形式として、ツイステ
ッドネマチックタイプ（ＴＮ）と言われるものは、２枚
の電極基板間に正の誘電率異方性を有するネマチック液
晶による９０度ねじれた螺旋構造を有し、かつ両電極基
板の外側には偏光板をその偏光軸（あるいは吸収軸）が
電極基板に隣接する液晶分子に対し直交あるいは平行に
なるように配置するものであった（特公昭５１−１３６
６６号公報）。

【０００３】このような捩じれ角（α）が９０度の液晶
表示素子では、液晶層に印加される電圧対液晶層の透過
率の変化の急峻性（γ），視角特性の点で問題があり、
時分割数（走査電極の数に相当）は６４が実用的限界で
あった。しかし、近年の液晶表示素子に対する画質改善
と表示情報量増大要求に対処するため、液晶分子の捩じ
れ角αを１８０度より大にしたスーパーツイステッドネ
マチック（ＳＴＮ）が提案され、かつこのＳＴＮに複屈
折効果を利用することにより時分割駆動特性を改善して
時分割数を増大させることがアプライド フィジクス
レター４５，No.10,1021 1984(Applied Physics Lette
r,T.J.Scheffer,J.Nehring:"A new,highly multiplexab
le liquidcrystal display") に論じられ、スーパーツ
イステッド複屈折効果型（ＳＢＥ）液晶表示装置が提案
されている。

【０００４】この種の液晶表示装置は、表示窓をもつ上
フレームと、駆動回路基板を一体化した液晶板とからな
る液晶表示パネルと、光拡散板と導光板からなる導光体
組立と、この導光体組立を収容して少なくとも一辺に線
状のバクライト光源を搭載する中間フレームと、下フレ
ームとを少なくとも有し、これらを上記の順で積層し、
上記上フレームと下フレームとを連結固定してなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の液晶表示装
置においては、その枠状の中間フレームの内枠に収容し
た導光体組立の四隅に黒色のスポンジスペーサを張り付
けてバックライト光源からの光が液晶表示パネル側に直
接漏れるのを防止する構成をとっているため、組立作業
が難しく、精度よくスポンジスペーサの張り付けを行う
ことが困難で、組立後に上記スポンジスペーサが蛇行し
て表示領域に侵入し、表示不良を招くという問題があっ
た。

【０００６】本発明の目的は上記従来技術の諸問題を解
消し、組立作業が容易で、精度よくスポンジスペーサの
配置を行うことのできるスペーサを備えた液晶表示装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、図１に示したように、表示窓３をもつ上
フレーム１と、駆動回路基板３５を一体化した液晶板と
からなる液晶表示パネル６２と、光拡散板と導光板から
なる導光体組立３７と、この導光体組立を内枠に収容す
ると共に少なくとも一辺に線状のバックライト光源３６
を搭載する枠状の中間フレーム４２、および下フレーム
２とをこの順で積層し、上記上フレーム１と下フレーム
２とを連結固定してなる液晶表示装置において、前記枠
状の中間フレーム４２の前記導光体組立３７の周辺と当
該中間フレームの内枠とに跨がって不透明または黒色等
の暗色の樹脂材料からなる枠状スペーサ１３を備えたこ
とを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、図２に示したように、前
記中間フレーム４２の前記導光体組立３７を収容する内
枠のコーナー部にピン２７を有すると共に、前記枠状ス
ペーサ１３のコーナー部に前記ピン２７に挿通するホー
ル２６を有し、上記ピン２７に上記ホール２６を挿通し
て上記枠状スペーサ１３と上記中間フレーム４２との相
互位置を規定することを特徴とする。

【０００９】上記のピン２７とホール２６は図示のごと
く中間フレームとスペーサの四隅全てに設ける代わり
に、二隅あるいは三隅に設けてもよい。

【００１０】

【作用】不透明の樹脂材料からなる枠状スペーサ１３は
シート状樹脂材料からプレス取り等によって作成され、
それ自体所定の形状を保持する。したがって、前記枠状
の中間フレーム４２の前記導光体組立３７の周辺と当該
中間フレームの内枠とに跨がって表示領域に侵入するこ
となく載置される。

【００１１】また、前記中間フレーム４２の前記導光体
組立３７を収容する内枠のコーナー部に設けたピン２７
に、前記枠状スペーサ１３のコーナー部に設けたホール
２６とで上記枠状スペーサ１３と上記中間フレーム４２
との相互位置を精密に規定できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。図１は本発明による液晶表示装置の
構成を説明する展開斜視図であって、１は上フレーム、
３は液晶表示窓、６２は液晶表示パネル、３５は駆動回
路基板、１３はスペーサ、３７は光拡散板と導光板から
なる導光体組立、４２は線状のバクライト光源を搭載す
る枠状の中間フレーム，３６は冷陰極管からなるバック
ライト光源（ランプ）、１７はランプカバー、２は下フ
レームである。

【００１３】なお、１８は駆動回路基板３５に形成され
たグランドパット２４に接触される切り起こし片、２０
は下フレーム２に形成した爪受け２５に固定する爪、１
４は上フレーム１と液晶表示パネル６２を固定する粘着
テープ、５５，５６はバックライトの中央部に直交する
線に対称な位置に設けた切り抜き部、５７，５８はバッ
クライト光源３６の長手方向に設けた切り抜き部、５
３，５４はバックライト光源３６の両端部の下方部分に
設けた切欠きである。

【００１４】同図において、液晶表示装置は図示に順序
で上フレーム１と下フレーム２とで挟持固定される。中
間フレーム４２の一端側には冷陰極管からなる線状光源
（バックライト光源）３６が設置され、ランプカバー１
７で液晶表示パネル６２方向への直接光を遮断し、その
発光光を光拡散板と導光板からなる導光体組立３７側に
指向させる。

【００１５】スペーサ１３は暗色（好ましくは黒色）の
樹脂からなり、中間フレーム４２に形成された内枠に収
容される導光体組立３７と液晶表示パネル６２との間に
介在して表示領域を確定する。図２は本発明による液晶
表示装置の１実施例を構成する枠状のスペーサと枠状の
中間フレームの構成を説明する展開斜視図であって、図
１と同一符号は同一部分に対応する。

【００１６】同図に示したように、枠状の中間フレーム
４２の内枠の四隅にはピン２７が形成されており、また
枠状のスペーサ１３の四隅には上記枠状の中間フレーム
４２の内枠の四隅に形成されたピン２７に挿通するホー
ル２６が設けられている。この構成において、枠状の中
間フレーム４２の内枠の四隅のピン２７に枠状のスペー
サ１３の四隅の２６を挿通することにより、導光体組立
３７と枠状の中間フレーム４２の内枠に跨がった所定の
部分を遮光し、かつこの上に載置積層される液晶表示パ
ネル６２との密着性が保証される。

【００１７】以下、上記構成をスーパーツイステッドネ
マチック（ＳＴＮ）方式の液晶表示装置に適用した具体
例を説明する。なお、以降の図面で、同一機能を有する
ものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略す
る。 「具体例１」図３は本発明による液晶表示装置６２を上
側からみた場合の液晶分子の配列方向（例えばラビング
方向）、液晶分子のねじれ方向、偏光板の偏光軸（ある
いは吸収軸）方向、および複屈折効果をもたらす部材の
光学軸方向を示し、図４は本発明による液晶表示装置６
２の要部斜視図を示す。

【００１８】液晶分子のねじれ方向１０とねじれ角θ
は、上電極基板１１上の配向膜２１のラビング方向６と
下電極基板１２上の配向膜２２のラビング方向７及び上
電極基板１１と下電極基板１２の間に挟持されるネマチ
ック液晶層５０に添加される旋光物質の種類とその量に
よって規定される。図４において、液晶層５０を挟持す
る２枚の上，下電極基板１１，１２間で液晶分子がねじ
れた螺旋構造をなすように配向させるには、上，下電極
基板１１，１２上の、液晶に接する、例えばポリイミド
からなる有機高分子樹脂からなる配向膜２１，２２の表
面を、例えば布などで一方向にこする方法、所謂ラビン
グ法が採られている。このときのこする方向、すなわち
ラビング方向、上電極基板１１においてはラビング方向
６，下電極基板１２においてはラビング方向７が液晶分
子の配列方向となる。

【００１９】このようにして配向処理された２枚の上，
下電極基板１１，１２をそれぞれのラビング方向６，７
が互いにほぼ１８０度から３６０度で交叉するように間
隙ｄ₁ をもたせて対向させ、２枚の電極基板１１，１２
を液晶を注入するための切り欠け部５１を備えた枠状の
シール材５２により接着し、その間隙に正の誘電異方性
をもち旋光物質を所定量添加したネマチック液晶を封入
すると、液晶分子はその電極基板間で図中のねじれ角θ
の螺旋状構造の分子配列をする。なお、３１，３２はそ
れぞれ上，下電極である。

【００２０】このようにして構成された液晶セル６０の
上電極基板１１の上側に複屈折効果をもたらす部材（以
下、複屈折部材と称する）４０が配設されており、さら
にこの部材４０および液晶セル６０を挟んで上，下偏光
板１５，１６が設けられる。液晶５０における液晶分子
のねじれ角θは好ましくは２００度から３００度である
が、透過率−印加電圧カーブの閾値近傍の点灯状態が光
を散乱する配向となる現象を避け、優れた時分割特性を
維持するという実用的な観点からすれば、２３０度から
２７０度の範囲がより好ましい。

【００２１】この条件は、基本的には電圧に対する液晶
分子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現す
るように作用する。また、優れた表示品質を得るために
は、液晶層５０の屈折率異方性Δｎ₁ とその厚さｄ₁ と
の積Δｎ₁ ・ｄ₁ は好ましくは０．５μｍから１．０μ
ｍ、より好ましくは０．６μｍから０．９μｍの範囲に
設定するのが望ましい。

【００２２】複屈折部材４０は液晶セル６０を透過する
光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル６０単
体で着色した表示しかできなかったものを白黒の表示に
変換するものである。このためには、複屈折部材４０の
屈折率異方性Δｎ₂ とその厚さｄ₂ の積Δｎ₂ ・ｄ₂ が
極めて重要であり、好ましくは０．４μｍから０．８μ
ｍ、より好ましくは０．５μｍから０．７μｍの範囲に
設定する。

【００２３】さらに、本発明になる液晶表示装置６２は
複屈折による楕円偏光を利用しているので偏光板１５，
１６の軸と、複屈折部材４０として一軸性の透明複屈折
板を用いる場合はその光学軸と、液晶セル６０の電極基
板１１，１２の液晶配列方向６，７との関係が極めて重
要である。ここで、図３により上記の関係の作用効果に
ついて説明する。同図は図４の構成の液晶表示装置を上
から見た場合の偏光板の軸，一軸性の透明複屈折部材の
光学軸，液晶セルの電極基板の液晶配列方向の関係を示
したものである。

【００２４】図３において、５は一軸性の透明複屈折部
材４０の光学軸、６は複屈折部材４０とこれに隣接する
上電極基板１１の液晶配列方向、７は下電極基板１２の
液晶配列方向、８は上偏光板１５の吸収軸あるいは偏光
軸であり、角度αは上電極基板１１の液晶配列方向６と
一軸性の複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度
βは上偏光板１５の吸収軸あるいは偏光軸８と一軸性の
透明複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度γは
下偏光板１６の吸収軸あるいは偏光軸９と下電極基板１
２の液晶配列方向７とのなす角度である。

【００２５】ここで、上記角度α，β，γの測り方を定
義する。図８において、複屈折部材４０の光学軸５と上
電極基板１１の液晶配列方向６との交角を例として説明
する。光学軸５と液晶配列方向６との交角は図８に示し
たごとくφ₁ およびφ₂ で表すことができるが、ここで
はφ₁ ，φ₂ のうち小さい方の角度を採用する。すなわ
ち、図８の（ａ）においてはφ₁ ＜φ₂ であるから、φ
₁ を光学軸５と液晶配列方向６との交角とし、図８の
（ｂ）においてはφ₁ ＞φ₂ であるから、φ₂ を光学軸
５と液晶配列方向６との交角とする。勿論φ₁ ＝φ₂ の
場合はどちらを採ってもよい。

【００２６】この種の液晶表示装置においては、角度
α，β，γが極めて重要である。角度αは好ましくは５
０度から９０度、より好ましくは７０度から９０度に、
角度βは好ましくは２０度から７０度、より好ましくは
３０度から６０度に、角度γは好ましくは０度から７０
度、より好ましくは０度から５０度に、それぞれ設定す
ることが望ましい。

【００２７】なお、液晶セル６０の液晶層５０ のねじ
れ角θが１８０度から３６０度の範囲内にあれば、ねじ
れ方向１０が時計回り方向，反時計回り方向のいずれで
あっても上記角度α，β，γは上記範囲内にあればよ
い。図４においては、複屈折部材４０が上偏光板１５と
上電極基板１１の間に配設されているが、これに代えて
下電極基板１２と下偏光板１６との間に配設してもよ
い。この場合は図４の構成全体を倒立させたものとな
る。 「具体例２」基本構造は図３および図４に示したものと
同様である。図５において、液晶分子のねじれ角θは２
４０度であり、一軸性の透明複屈折部材４０としては平
行配向（ホモジェニアス配向）した、すなわちねじれ角
が０度の液晶セルを使用した。

【００２８】ここで、液晶層の厚みｄ（μｍ）と旋光性
物質が添加された液晶材料のらせんピッチｐ（μｍ）の
比ｄ／ｐは約０．５３とした。配向膜２１，２２はポリ
イミド樹脂膜で形成し、これをラビング処理したものを
使用した。このラビング処理を施した配向膜がこれに接
する液晶分子を基板面に対して傾斜配向させるチルト角
（ｐｒｅｔｉｌｔ角）は約４度である。上記一軸性透明
複屈折部材４０のΔｎ₂ ・ｄ₂ は約０．６μｍである。
一方、液晶分子が２４０度ねじれた構造の液晶層５０の
Δｎ₁ ・ｄ₁ は約０．８μｍである。

【００２９】このとき、角度αを約９０度、角度βを約
３０度、角度γを約３０度とすることにより、上，下電
極３１，３２を介して液晶層５０に印加される電圧が閾
値以下のときには光不透過すなわち黒、電圧がある閾値
以上になると光透過すなわち白の白黒表示が実現でき
た。また、下偏光板１６の軸を上記位置より５０度から
９０度回転した場合は、液晶層５０への印加電圧が閾値
以下のときは白、電圧が閾値以上になると黒の、前記と
逆の白黒表示が実現できた。

【００３０】図６は図５の構成で角度αを変化指せたと
きの１／２００デューティで時分割駆動時のコントラス
ト変化を示したものである。角度αが９０度近傍では極
めて高いコントラストを示していたものが、この角度か
らずれるにつれて低下する。しかも、角度αが小さくな
ると点灯部，非点灯部ともに青味がかり、角度αが大き
くなると非点灯部は紫，点灯部は黄色になり、いずれに
しても白黒表示は不可能となる。角度βおよび角度γに
ついてもほぼ同様の結果となるが、角度γの場合は前記
したように５０度から９０度近く回転すると逆の白黒表
示となる。 「具体例３」基本構造は前記「具体例２」と同様であ
る。ただし、液晶層５０の液晶分子のねじれ角は２６０
度，Δｎ₁ ・ｄ₁ は約０．６５μｍ〜０．７５μｍであ
る点が異なる。一軸性透明複屈折部材４０として使用し
ている平行配向液晶層のΔｎ₂・ｄ₂ は「具体例２」と
同じ約０．５８μｍである。

【００３１】このとき、角度αを約１００度，角度βを
約３５度，角度γを約１５度とすることにより、前記
「具体例１」と同様の白黒表示が実現できた。また、下
偏光板の軸の位置を上記値より５０度から９０度回転す
ることにより逆転の白黒表示が可能である点も「具体例
２」と同様である。角度α，β，γのずれに対する傾斜
も「具体例２」とほぼ同様である。

【００３２】上記いずれの具体例においても、一軸性透
明複屈折部材４０として、液晶分子のねじれのない平行
配向液晶セルを用いたが、むしろ２０度ないし６０度程
度液晶分子がねじれた液晶層を用いた方が角度による色
変化が少ない。このねじれた液晶層は、前記の液晶層５
０と同様、配向処理がなされた一対の透明基板の配向処
理方向を所定のねじれ角に交差するようにした基板間に
液晶を挟持することによって形成される。この場合、液
晶分子のねじれ構造を挟む２つの配向処理方向の挟角の
２等分角の方向を複屈折部材の光軸として取り扱えばよ
い。

【００３３】また、複屈折部材４０として透明な高分子
フィルムを用いてもよい（この際、一軸延伸のものが好
ましい）。この場合、高分子フィルムとしては、ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート），アクリル樹脂，ポリ
カーボネートが有効である。さらに、以上の具体例にお
いては、複屈折部材は単一であったが、図４において、
複屈折部材４０に加えて、下電極基板１２と下偏光板１
６との間にもう一枚の複屈折部材を挿入することもでき
る。この場合は、これらの複屈折部材のΔｎ₂ ・ｄ₂ を
再調整すればよい。 「具体例４」基本構造は「具体例２」と同様である。た
だし、図９に示すごとく、上電極基板１１上に赤，緑，
青のカラーフィルタ３３Ｒ，２２Ｇ，３３Ｂ、各フィル
タ同志の間に光遮光膜３３Ｄを設けることにより多色表
示が可能になる。図７に「具体例４」における液晶分子
の配列方向，液晶分子のねじれ方向，偏光板の軸に方向
および複屈折部材の光学軸の関係を示す。

【００３４】なお、図９においては、各カラーフィルタ
３３Ｒ，２２Ｇ，３３Ｂ、光遮光膜３３Ｄの上に、これ
らの凹凸の影響を軽減させるための絶縁物からなる平滑
層２３が形成された上に上電極３１、配向膜２１が形成
されている。図１０は図１に示した本発明による液晶表
示モジュール６３をラップトップパソコンの表示部に使
用したブロックダイヤグラムを、図１１にラップトップ
パソコン６４に実装した状態を示す。

【００３５】図１０において、マイクロプロセッサ４９
で計算した結果をコントロール用ＬＳＩ４８を介して駆
動用ＩＣ３４で液晶表示モジュールを駆動するものであ
る。上記のように構成された本実施例によれば、暗色の
樹脂からなる枠状のスペーサがバックライト光源からの
光が液晶表示パネル方向に直接洩れることを防止し、ま
た上記スペーサの精密な組み込み作業が容易であり、ス
ペーサが表示領域にはみ出る等の従来技術の問題が解消
できる。

【００３６】なお、本発明の前記請求項に記載した発明
は、上記したＳＴＮ方式の液晶表示装置に限るものでは
なく、バックライトを搭載した他の方式の液晶表示装置
にも同様に適用できるものである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶表示装置を構成する枠状の中間フレームの内枠の四
隅のピンに枠状のスペーサの四隅のを挿通することによ
り、導光体組立と枠状の中間フレームの内枠に跨がった
所定の部分を遮光し、かつこの上に載置積層される液晶
表示パネルとの密着性が保証され、表示不良のない液晶
表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の１実施例の構成を
説明する展開斜視図である。

【図２】本発明による液晶表示装置の１実施例を構成す
る枠状のスペーサと枠状の中間フレームの構成を説明す
る展開斜視図である。

【図３】本発明による液晶表示装置の具体例１における
液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の
軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係の説明図であ
る。

【図４】本発明による液晶表示装置の構成材の積層関係
を説明する要部斜視図である。

【図５】本発明による液晶表示装置の具体例２における
液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の
軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係の説明図であ
る。

【図６】本発明による液晶表示装置の具体例１における
コントラスト、透過光色−交角α特性の説明図である。

【図７】本発明による液晶表示装置の具体例３における
液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の
軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係の説明図であ
る。

【図８】本発明による液晶表示装置における交角α，
β，γの測り方の説明図である。

【図９】本発明による液晶表示装置における上電極基板
部の構成を説明する一部切欠き斜視図である。

【図１０】本発明による液晶表示装置をラップトップパ
ソコンの表示部に使用した場合のブロック図である。

【図１１】本発明による液晶表示装置をラップトップパ
ソコンの表示部に使用した場合の外観図である。

【符号の説明】

１ 上フレーム ２ 下フレーム ３ 液晶表示窓 １３ スペーサ １４ 上フレームと液晶表示パネルを固定する粘着テー
プ １７ ランプカバー １８ 駆動回路基板に形成されたグランドパットに半田
付けされる切り起こし片 ２０ 下フレームに形成した爪受けに固定する爪 ２６ ホール ２７ ピン ３５ 駆動回路基板 ３６ 冷陰極管からなるバックライト光源（ランプ） ３７ 光拡散板と導光板からなる導光体組立 ４２ 線状のバクライトを搭載する中間フレーム ５３，５４ バックライトの両端部の下方部分に設けた
切欠き。 ５５，５６ バックライトの中央部に直交する線に対称
な位置に設けた切り抜き部 ５７，５８ バックライトの長手方向に設けた切り抜き
部 ６２ 液晶表示パネル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−194515（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−175427（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−60244（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−161282（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13357 G09F 9/00 350

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示窓をもつ上フレームと、液晶表示パネ
   ルと、導光板を内辺に収容すると共に少なくとも一辺に
   線状のバックライト光源を搭載する枠状の中間フレーム
   と、下フレームとを少なくとも有し、これらをこの順で
   積層した液晶表示装置において、 前記枠状の中間フレームの前記導光板の周辺と当該中間
   フレームの内枠とに跨がってそれ自体所定の形状を保持
   する不透明の樹脂材料からなる枠状スペーサを備えたこ
   とを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記中間フレームの前
   記導光板を収容する内枠のコーナー部にピンを有すると
   共に、前記枠状スペーサのコーナー部に前記ピンに挿通
   するホールを有し、前記ピンに前記ホールを挿通して前
   記枠状スペーサと前記中間フレームとの相互位置を規定
   することを特徴とする液晶表示装置。