JPS60162227A - 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】 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り、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。

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、時計等に既に広
く用いられている。

第１図に従来のネガ型ネジレネマチック液晶表示装置の
一例を示す。一般に裏面の照明手段■、偏光板■、■、
ネジレネマチックセル（ＴＮセル）■とから成り、用途
に用じて色フイルタ−■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ほぼ平
行になり、かつ９０゜のラセン構造を成す様に配向制御
されている。

また、偏光板■、■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
ることにより、電圧が印加されない部分では光源■の光
は、偏光板■で直線偏光となり、ＴＨセル■に入射する
。

ＴＮセル■において直線偏光ははハタ０°偏光面が回転
させられ、偏光板■で遮光される。一方、ＴＭ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■を通過した偏光面は偏光板
■の偏光軸と一致し、明る１、ｓ）＜ターンを生ずる。

また、色フイルタ−■を設ければ、透過光を着色するこ
とが可能になり、部分的に表示色を変えた表示装置も構
成できる。

従来から用いられているこの方式は、既に理論的に解析
されている。（Ｑ［Ｇｏｏｏｈ等、Ｊ、Ｐｈｙｇ、、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＝ｓｉｎ”（（１＋ｕ町；）／（１＋ｕ勺（υ
ｕ＝２７１Δｎ／λ　（匂 （１：ＴＮセルの間隙 Δｎ：ネマチツク液晶の屈折率異方性 λ：光の波長　゛ で表わされる。また、表示部分（電圧印加部分）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中０．５となる。従ってコントラスト比（ＯＲ）は ＯＲＷ　Ｔｏｎ　／　Ｔｏｆｆ　＋　ｏ、ｓ／　Ｔｏｆ
ｆ　＠で近似する事ができ、セル間隙（ｄ）、液晶の屈
折率異方性（Δｎ）および波長依存性を持っている。

一方、液晶セル間隙（ａ）を厳密に一定に制御する事は
困難であり、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なする、言い換えれば異った波長の
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
。

α）、コントラスト比が小さ〜。

（２）、背景の暗さが充分でなく、背景もある程度間る
く見えていまり、言い換えれば Ｔｏｆｆが大き〜）。

（３）、ＴＯｆｆの温度依存性が大きく、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０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。

これをさけてネガ型表示をするためには、ポジ型セルを
用い、背景部分に電極を設は常に電圧を印加することも
考えられたが、２層セルとするか、２層電極とする等し
なくてはならなく、パターン設計の容易さ、見易さ、生
産性、コスト上好ましくない。又、部分的に配向を平行
配向とすることも考えられたが、単に固定表示部分を設
けるのみならばそれほど困難でもないが、表示パターン
以外の全ての部分の配向方向のみを変えることは極めて
困難で、複雑な表示には応用できない。

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るもの
であり、コントラストの大きいネガ屋ネジレネマチック
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直交し、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である。

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表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。

本発明に使用するＴＮセルは、従来のポジ型ＴＮセルと
同じでよく、偏光板もポジ型表示の配置とすればよく、
表示したいパターンに光透過部分を構成した遮光マスク
を用い、表示パターンに相当するセグメント電極の電極
間にはポジ型表示の時と逆になるように電圧を印加する
、即ち、ポジ型表示の時に点灯したい（暗くしたい）セ
グメント電極に対応する電極間には電圧を印加しなく、
ポジ型表示の時に点灯したくない（明るくしたい）セグ
メント電極に対応する電極間には電圧を印加することに
より、ネガ型表示をする。

以下、本発明の実施例を第２図、第ｑ図により説明する
。

第２図は本発明の基本的構成例の斜視図を示す。従来例
と異る部分は、遮光マスクのが設けられ、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■
および■の偏光軸が互いにほぼ直交しており、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■に電圧印加する手段■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。（以下これをＲ−Ｔ　
Ｉセルと称す）第３図は、遮光マスクＯと’ＩＮセル■
とを拡大して示したものである。ＴＮセル■の複数の表
示セグメント＠〜＠は、遮光マスクＯの光透過部分Ｏと
位置を合わせる様に設置される。

この際表示パターンの輪郭は遮光マスクの光透過部分Ｏ
の形状により決められる。

第３図は７セグメントでθ〜９までの数字表示をするパ
ターンの例である。表示セグメント＠〜＠に全く電圧が
印加されない場合、すべてのセグメントは明状態である
。次に１部のセグメントに所要電圧が印加されるとその
部分は暗状態トなり、電圧無印加セグメントのみが表示
ノくターンとして認識される。−例として、セグメン）
＠Ｌ＠）に対応する電極間にのみ電圧印加した場合は、
３の表示となる。なお、この場合セルの背景部分＠は電
圧無印加部分と同じ明状態であるが、遮光マスクＯがあ
るため遮光され、暗状態として視認される。

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。埋憩的な偏
光板を用〜・、充分な印加電圧を与えた場合、 Ｔｏｆｆ申０　（＠ Ｔｏｎ　−１−ｓｄｎ”　（÷（１＋ｕ”　）＋）／（
１＋ｕ’　）　（５）となり、コントラスト比（Ｔｏｎ
／Ｔｏｆｆ）は無限大に近くなる。実際には偏光板の特
性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躍的な向上
が可能になる。表１にコントラスト比の測定結果を示す
。使用した液晶はメルク社製ＺＬニー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表示した。

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。本発明者等は種々検討した結果、液晶の屈折率
異方性（Δ区）とセル間隙（ｄ）との積Δｎａが１．０
〜０．３μｍ、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。

第４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４図←）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５μｍ、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４図
（１））は測定角度条件を表わし、ＴＮセルの主視野方
向（θ＞ｏ”）および反視野方向（θく０つに角度依存
性を測定した。第４図（ａ）に見られる様に、従来セル
では単純にΔｎｄを小さくしたのみでは、視野角は広（
なるが、コントラスト比は小さく、一方、垂直方向（θ
−０°）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。

第５図は、遮光マスクのパターンと表示パターンの形状
を示す例であり、（ａ）は、表示セグメントのパターン
（破線）のやや内側まで遮光マスクのパターン（実線）
が設けられた例であり、通常のネガ表示と同様、表示し
たいセグメント電極の部分のみが明状態となって見える
ものであり、パターンのずれに対する許容度が増えると
ともに、斜め方向から見ても二重に見えにくい。

Ｃｂ）は、逆に表示セグメントのパターン（破線）のや
や外側まで遮光−マスクのパターン（実線）が設けられ
た例であり、特殊な表示効果、即ち表示セグメントの周
囲に表示セグメントのパターの輪郭線が明るく表示でき
る例であり、例えば全部の表示セグメントが暗状態（電
圧印加状態）にあっても、その表示セグメントの輪郭は
明るく表示されることとなる。

本発明の構成は第２図の実施例に示した例に限るもので
はなく、ＴＮセルに用いられる応用は可能であり、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〜１゜ 本発明の遮光マスクも実施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、より明るい表示が可能
となるため、セルの裏面、若しくは裏側偏光板の裏側に
裏側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〜・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＠〜＠に視差があると表示欠陥と
なりうる。

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ＱΔｎは１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≦Δｎ≦０．１３である。

Δｎの小さい液晶材料としては、 ト０−ｃｏｏｌ　ｘ ｅＸ Ｒ＋ＯＨ＊　ＯＨ＊÷Ｘ Ｒべｌｘ Ｒ＋Ｃ！Ｈｘ　ＯＨ！＋　ｘ Ｒ（ＸＯＯ０４Ｘ Ｒ＋ＯＨ＊　ＯＨ＊ｅ　Ｘ Ｒ＋ＯＨｚ−ＯＨｘ＄　ｘ Ｒ＄０ＨｘＯＨｚ＋　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。

以上のように、本発明によれば従来のネガ型ＴＮセルの
コントラスト不足を解消するのみならず、視野角をも改
良するという効果が得られる。また、セル間隙を小さく
できるために応答速度も改良されるという副次的効果が
ある。

【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。 ■・・・照明光源、■・・・色フイルタ−、■・・・偏
光板、■・・・ＴＮセル、■・・・偏光板第２図は本発
明の実施例を示す斜視図である。 Ｏ・・・遮光マスク、■・・・電圧印加手段第３図は８
２図の部分拡大図である。 Ｏ・・・遮光マスク、■・・・光透過部分、＠〜＠・・
・表示セグメント 第４図（＝）はコントラスト比の角度依存性を示すグラ
ブであり、（ｂ）は測定角度条件を表わす斜視図である
。 第５図（ａ）　、　（ｂ）は、表示セグメントのパター
ン（破線）と遮光マスクのパターン（実線〕の例を示す
平面図である。 −ａ野膚。 ７５用。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　照明手段と、はぼ９０°の２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直交し、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。 ■　液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶層の厚み（ｄ）
   の積Δｎｄがｏ、　ｓ〜１．０μｍであることを特徴と
   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。