(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置された上側基板、前記上側基板の間に前記上側基板と平行に配置された平板状の透明な一対の上側電極および前記一対の上側電極の間に層状に封入された上側液晶層からなる上側液晶セルと、
互いに平行に配置された下側基板、前記下側基板の間に前記下側基板と平行に配置された平板状の透明な一対の下側電極および前記一対の下側電極の間に層状に封入された下側液晶層からなり、前記上側液晶セルの下面に接合配置された下側液晶セルとを有して構成された液晶表示装置であって、
前記上側液晶層を構成する上側液晶分子は前記上側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第１捩れ方向に捩れて位置するとともに、前記下側液晶層を構成する下側液晶分子は前記下側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第２捩れ方向に捩れて位置し、前記第１捩れ方向と前記第２捩れ方向とは逆方向であり、
前記一対の上側電極および前記一対の下側電極のうち一方の電極は、表示領域全体を形成する全体電極の中に所望パターンを形成するパターン電極を複数有しており、
前記一対の上側電極および前記一対の下側電極のうち他方の電極は、前記上側液晶分子の少なくとも一部または前記下側液晶分子の少なくとも一部を挟持しており、
明表示または暗表示により表示された前記表示領域全体に対して、前記複数のパターン電極のそれぞれを電圧印加制御することにより前記表示領域全体とは反対の明暗表示により前記所望パターンを表示し、
前記他方の電極に対して電圧印加することにより、前記上側液晶分子の少なくとも一部の配向方向または前記下側液晶分子の少なくとも一部の配向方向を、前記上側基板の法線に平行な方向または前記下側基板の法線に平行な方向に変化させ、前記表示領域全体の少なくとも一部および前記所望パターンの少なくとも一部の明暗表示を反転させることが可能に構成され、
前記上側液晶層の上端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の下端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有しており、
前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記上側液晶分子の前記第１捩れ方向への捩れ角度および前記下側液晶分子における前記第２捩れ方向への捩れ角度は、９０度以上１８０度未満であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子の配向方向と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子の配向方向とが、９０度または１８０度反対方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記一対の上側電極および前記一対の下側電極は、ＩＴＯ等の透明電極を用いて構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、さらに詳細には、液晶セルを積層構成して２層とした液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上下が偏光板によって挟持されるとともに、液晶層が所定の捩れ角を有して配置された液晶セルに対して、上下方向に光を透過させるもしくは透過させないことで、所望の表示を行うように構成されている液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。上記の液晶表示装置の一例としては、図８および図９に示すような、液晶層２４０を有した液晶表示装置２００が知られている。説明の便宜上、図８および図９に示す矢印方向を前後左右上下方向として説明する。液晶層２４０を構成する液晶分子の配向方向は、図９に示すように下端部では矢印２４１、上端部では矢印２４１を前後左右方向において時計回りに９０度回転した矢印２４６の方向となるとともに、その中間部では配向方向が徐々に捩られて形成されたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式となっている。
【０００３】
また、液晶層２４０は、その上下を配向膜２３２によって挟持され、また配向膜２３２の上下外側には透明電極２３３、２３５が配設されており、透明電極２３５は交流電源２３６と電気接続されている。さらに、透明電極２３３、２３５は、基板２３１によって上下に挟持されるとともに、基板２３１およびシール部材２３４によって液晶層２４０の液晶分子はシールされている。これら基板２３１、シール部材２３４、透明電極２３３、２３５、配向膜２３２、液晶層２４０により、液晶セル２３０が構成される。液晶セル２３０は、偏光板２０３、２０４によって上下に挟持されており、また、偏光板２０３の透過軸方向２０３ａと偏光板２０４の透過軸方向２０４ａとは平行となるように設置されている。さらに、偏光板２０３の下方には、バックライト２０２が配置されている。
【０００４】
上記構成の液晶表示装置２００において、バックライト２０２からの照明光が液晶セル２３０に照射され、照明光２０２ａは液晶層２４０内の液晶分子の捩れ角に沿って、液晶セル２３０内で時計回りに９０度偏光方向を変えて偏光板２０４に達する。このとき、図９に示すように、偏光板２０４の透過軸方向２０４ａと矢印２４６の方向とは、９０度回転した位置関係となっているため、照明光２０２ａは偏光板２０４を透過できず、その部分は暗く表示されることになる。
【０００５】
一方、交流電源２３６により透明電極２３５に対して電圧を印加すると、液晶層２４０内の液晶分子はその長軸を上下に向けて配列する。そのため、電圧印加部分を進行する照明光２０２ｂは、液晶層２４０内の液晶分子によって捩られることなく偏光板２０４に達する。つまり、照明光２０２ｂは、矢印２４１の配向方向のまま偏光板２０４に達するので、照明光２０２ｂは偏光板２０４を透過し、明るく表示（ネガ表示）される。このことから分かるように、透明電極２３５を所望のパターンを形成するように複数設け、各透明電極毎に交流電源からの電圧印加制御を行うことにより、前記パターンを明暗（黒白）表示することができる。なお、例えば偏光板２０４を、前後左右方向において９０度回転させることで、明るく表示された背景表示内に所望パターンを暗く表示させる構成（ポジ表示）が可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３５５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の液晶表示装置２００は、暗く表示された背景表示内に所望パターンを明るく表示させるネガ表示となっている。よって、周囲が自然光等の外光によって明るい使用環境においては、外光が背景表示で反射することで背景表示が明るく見え、明るく表示された所望パターンと背景表示とのコントラスト差が小さくなり、所望パターンの視認性が低下するという課題があった。
【０００８】
以上のような課題に鑑みて、本発明では周囲環境の明るさに影響されない高い視認性を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために本発明に係る液晶表示装置は、互いに平行に配置された上側基板、前記上側基板の間に前記上側基板と平行に配置された平板状の透明な一対の上側電極および前記一対の上側電極の間に層状に封入された上側液晶層からなる上側液晶セルと、互いに平行に配置された下側基板、前記下側基板の間に前記下側基板と平行に配置された平板状の透明な一対の下側電極および前記一対の下側電極の間に層状に封入された下側液晶層からなり、前記上側液晶セルの下面に接合配置された下側液晶セルとを有して構成される。そして、前記上側液晶層を構成する上側液晶分子は前記上側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第１捩れ方向に捩れて位置するとともに、前記下側液晶層を構成する下側液晶分子は前記下側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って、第２捩れ方向に捩れて位置し、前記第１捩れ方向と前記第２捩れ方向とは逆方向である。また、前記一対の上側電極および前記一対の下側電極のうち一方の電極は、表示領域全体を形成する全体電極（例えば、実施形態における外周部１０１）の中に所望パターンを形成するパターン電極（例えば、実施形態におけるパターン１０２）を複数有し、前記一対の上側電極および前記一対の下側電極のうち他方の電極は、前記上側液晶分子の少なくとも一部または前記下側液晶分子の少なくとも一部を挟持している。このとき、明表示または暗表示により表示された前記表示領域全体に対して、前記複数のパターン電極のそれぞれを電圧印加制御することにより前記表示領域全体とは反対の明暗表示により前記所望パターンを表示し、さらに、前記他方の電極に対して電圧印加することにより、前記上側液晶分子の少なくとも一部の配向方向または前記下側液晶分子の少なくとも一部の配向方向を、前記上側基板の法線に平行な方向または前記下側基板の法線に平行な方向に変化させ、前記表示領域の少なくとも一部および前記所望パターンの少なくとも一部の明暗表示を反転させることが可能に構成され、前記上側液晶層の上端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の下端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有しており、前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有していることを特徴とする。
【００１０】
上記構成の液晶表示装置において、前記第１捩れ方向と前記第２捩れ方向とは逆方向であり、前記上側液晶分子の前記第１捩れ方向への捩れ角度および前記下側液晶分子における前記第２捩れ方向への捩れ角度は、９０度以上１８０度未満であることが好ましい。また、上記構成の液晶表示装置において、前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子の配向方向と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子の配向方向とが、９０度または１８０度反対方向であることが好ましい。
【００１１】
また、上記構成の液晶表示装置において、前記一対の上側電極および前記一対の下側電極は、ＩＴＯ等の透明電極を用いて構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に関する液晶表示装置によれば、他方の電極に対して電圧印加するという簡易な方法によって、他方の電極によって挟持された上側液晶分子の配向方向または下側液晶分子の配向方向を、上側基板の法線に平行な方向または下側基板の法線に平行な方向に瞬時に変化させる。こうすることによって、周囲環境の明るさに応じて表示領域全体の少なくとも一部および所望表示パターンの少なくとも一部の明暗表示を適宜反転させて、表示領域全体と所望パターンとの明暗差（コントラスト）が明確に現れる明暗表示を選択することが可能となり、周囲環境の明るさに影響されず常に高い視認性を備えた液晶表示が可能となる。
【００１３】
第１捩れ方向と第２捩れ方向とは逆方向であり、かつ上側液晶分子の第１捩れ方向への捩れ角度および下側液晶分子における第２捩れ方向への捩れ角度は、９０度以上１８０度未満となるように構成されている。この構成より、各液晶層に入射した照明光が、入射した偏光方向のまま捩られず各液晶層を出射することがなくなり、この液晶表示装置により鮮明な（コントラストの高い）表示を行うことが可能となる。
【００１４】
上側液晶層の下端近傍に位置した上側液晶分子の配向方向と、下側液晶層の上端近傍に位置した下側液晶分子の配向方向とが、９０度または１８０度反対方向となるように構成されている。この構成より、上側液晶層の下端近傍と下側液晶層の上端近傍との部分において、照明光が液晶分子を斜めに横切ることがあっても、液晶分子からの複屈折による影響を補償することができる。そして、この液晶表示装置から出射する照明光は、楕円偏光に変化せず直線偏光の状態のまま出射できる。よって、表示領域全体と所望パターンとの明暗差（コントラスト）が明確に表示可能となり、高い視認性を備えた液晶表示が可能となる。
【００１５】
上側液晶層の上端近傍と下側液晶層の下端近傍との液晶分子同士、および上側液晶層の下端近傍と下側液晶層の上端近傍との液晶分子同士は、逆方向でかつ略同一の大きさのプレチルト角を有している。この構成より、斜めに進行する照明光（液晶表示装置を斜め方向から見た場合）に対して、上側液晶層および下側液晶層のうち一方の液晶層で発生した位相差が、他方の液晶層において与えられる全く逆の位相差により打ち消し合うことが可能である。よって、液晶表示装置から斜めに出射する照明光は位相差を有しておらず、真っ直ぐ進行する照明光と比較して色調変化のない表示が可能となる。
【００１６】
さらに、一対の上側電極および一対の下側電極は、ＩＴＯ電極を用いて構成されることで透明に構成することができ、よって、上記電極を透過する照明光の進行を妨げることがない。よって、上側液晶セル内および下側液晶セル内において、照明光は弱められることなく液晶表示装置から出射し、表示領域全体と所望パターンとの明暗差（コントラスト）が明確に表示可能となり、高い視認性を備えた液晶表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る液晶表示装置１の好ましい実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、各図に示す矢印方向を前後左右上下方向として説明する。液晶表示装置１は、図１に示すように、バックライト２、下偏光板３、上偏光板４、反転制御液晶セル１０および表示液晶セル３０を主体に構成されている。
【００１８】
反転制御液晶セル１０は、基板１１、配向膜１２ａ、１２ｂ、透明電極１３ａ、１３ｂ、シール部材１４、交流電源１６、切換スイッチ１７および液晶層２０から平板状に構成されている。液晶層２０は、ツィステッドネマティック液晶材料を用いて、規則的な配向方向を有する液晶分子が層状に積層されて構成されており、短軸方向に複屈折性を持ち、長軸方向には複屈折性を持たない光学的に一軸性の複屈折性結晶である。このツィステッドネマティック液晶材料には、ネマティック液晶に対して液晶分子の捩れのピッチを制御するためのカイラル材料が添加されている。なお、カイラル材料としては、例えばカイラルネマティック液晶やコレステリック液晶が用いられる。
【００１９】
配向膜１２ａ、１２ｂは、その片面に配向処理（ラビング処理）が施されている。液晶層２０の液晶分子は、この方向にその長軸を揃えるように配列される。また、上記液晶分子は、配向膜１２表面に対して２度〜１０度程度のプレチルト角を有して形成されている。なお、プレチルト角は、配向膜１２ａ、１２ｂの材料、および液晶分子によって決定される。
【００２０】
透明電極１３ａ、１３ｂは、例えば、酸化インジウムに酸化スズを少量添加したＩＴＯ電極を用いて、平板状で透明に構成されており、外部から電圧を印加することが可能である。交流電源１６は、透明電極１３ａおよび１３ｂと電気接続されており、透明電極１３ａ、１３ｂの全面にわたって電圧を印加可能となっている。切換スイッチ１７は、透明電極１３ａ、１３ｂと交流電源１６とを電気接続する電気回路に設けられている。切換スイッチ１７をオンまたはオフとすることで、交流電源１６により透明電極１３ａ、１３ｂに電圧印加させるか否かを、任意に切替えることが可能である。
【００２１】
基板１１は、例えば透明なガラスを用いて形成された平面状の基板であって、バックライト２から照射される照明光を透過可能となっている。シール部材１４は、液晶層２０の液晶分子が浸透しない材質で形成されており、シール部材１４によって液体である液晶分子の外部流出を防止し、また、外部からの液晶層２０への汚染物質の流入を防止する構成となっている。
【００２２】
表示液晶セル３０は、基板３１、配向膜３２ａ、３２ｂ、下透明電極３３ａ、３５ａ、上透明電極３３ｂ、３５ｂ、シール部材３４、交流電源３６および液晶層４０から平板状に構成されている。液晶層４０は、上記の液晶層２０と同様にツィステッドネマティック液晶材料を用いて構成され、このツィステッドネマティック液晶材料にはカイラル材料が添加されている。ここで、液晶層の温度が変化したとき、液晶分子の捩れピッチの変化（液晶の温度特性）が、液晶層２０と液晶層４０とで等しくなるように、カイラル材料の特性および添加量が調整されている。配向膜３２ａ、３２ｂは、上記の配向膜１２と同様に、ラビング処理が施されて形成されている。
【００２３】
各透明電極３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂは、透明導電膜によって形成され、下透明電極３５ａおよび上透明電極３５ｂは、所望のパターンを形成するように複数設けられており、各電極毎に交流電源３６からの電圧印加制御を行うことにより、前記パターンを白黒表示するように構成されている。基板３１は、上記の基板１１と同様に、例えば透明なガラスを用いて形成された平面状の基板であって、バックライト２から照射される照明光を透過可能となっている。シール部材３４は、上記のシール部材１４と同様に、液晶層４０の液晶分子が浸透しない材質で形成されている。交流電源３６は、透明電極３５ａおよび透明電極３５ｂと電気接続されており、下透明電極３５ａおよび上透明電極３５ｂの各々に電圧を印加可能となっている。
【００２４】
下偏光板３は、図３に示す透過軸方向３ａの振動を持った直線偏光のみを透過可能に形成された直線偏光板である。上偏光板４は、下偏光板３と同様に、図３に示す透過軸方向４ａの振動を持った直線偏光のみを透過可能に形成された直線偏光板である。バックライト２は、下偏光板３の下方から照明光を照射する光源である。
【００２５】
以上ここまで、液晶表示装置１の部材構成について説明したが、以下において、液晶表示装置１の組立構成について説明する。
【００２６】
まず、反転制御液晶セル１０の組立構成について説明すると、反転制御液晶セル１０は、上下に２つの基板１１が配置されるとともに、その２つの基板１１によって挟持された空間の、前後および左右側面がシール部材１４によって囲まれることで、液晶層２０の領域が形成される。また、下に位置した基板１１の上面に透明電極１３ａが固定され、透明電極１３ａの上面に配向膜１２ａが固定されている。一方、上に位置した基板１１の下面に透明電極１３ｂが固定され、透明電極１３ｂの下面に配向膜１２ｂが固定されている。そして、透明電極１３ａと１３ｂは、それぞれ上下に対向するように配置されて対をなしている。また上述のように、透明電極１３ａおよび１３ｂは交流電源１６と電気接続されている。
【００２７】
配向膜１２ａのラビング処理の方向は、図３に示すように前後左右方向において、例えば矢印２１ａの示す方向に平行となっており、一方、配向膜１２ｂのラビング処理の方向は、例えば矢印２６ａの示す方向に平行となっている。そして、各配向膜１２ａ、１２ｂのラビング処理方向は、前後左右方向において９０度の角度をなしている。図５（ｂ）に、液晶層２０内における液晶分子の上下方向配列の一部を、液晶分子２１から２６により模式的に示している。さらに、前後左右方向における液晶分子２１から２６の配向方向（長軸方向）を示したものが図４（ｂ）であり、液晶分子２１、２２・・・の配向方向が、矢印２１ａ、２２ａ・・・の方向とそれぞれ対応している。
【００２８】
このとき、配向膜１２ａおよび１２ｂの最も近傍に位置している液晶分子２１および２６は、ラビング処理方向に一致して固定されることで、それらの配向方向と配向膜１２ａ、１２ｂのラビング処理方向とが平行となっている。また、下方に位置する液晶分子２２は、その長軸方向と矢印２１ａの向きとが略平行で、上方に位置する液晶分子２５は、その長軸方向と矢印２６ａの向きとが略平行となっている。つまり、液晶分子２１から２６の全体を上方から見ると、前後左右方向において、その配向方向が時計回りに９０度回転するように少しずつ向きを変えて捩れるように配列されている。
【００２９】
さらに、配向膜１２ａおよび１２ｂの最も近傍に位置している液晶分子２１および２６は、図５（ｂ）に示すように左右上下方向において、ラビング方向と平行にかつ基板面に傾斜（プレチルト角）した状態で固定される。左右上下方向において、液晶分子２１は配向膜１２ａに対してプレチルト角θ１で傾斜しており、液晶分子２６は配向膜１２ｂに対してプレチルト角θ２で傾斜している。液晶分子２２から２５は、液晶層２０下部の液晶分子２２から上部の液晶分子２５に進むにつれて、左右上下方向において傾斜角が略θ１から略θ２へと、徐々に変化するように配置している。
【００３０】
次に、表示液晶セル３０の組立構成について説明する。基本的構成は反転制御液晶セル１０と同様となっており、上下に２つの基板３１が配置されるとともに、その２つの基板３１によって挟持された空間の、前後および左右側面がシール部材３４によって囲まれることで、液晶層４０の領域が形成される。また、下に位置した基板３１の上面に透明電極３３ａ、３５ａが固定され、上に位置した基板３１の下面に透明電極３３ｂ、３５ｂが固定されており、ここで、透明電極膜３３ａと３３ｂ、透明電極３５ａと３５ｂは、それぞれ上下に対向するように配置されて対をなしている。ここで、上述のように透明電極３５ａおよび３５ｂは交流電源３６と電気接続されている。そして、透明電極３３ａ、３５ａの上面には配向膜３２ａが固定されており、また、透明電極３３ｂ、３５ｂの下面には配向膜３２ｂが固定されている。また、反転制御液晶セル１０と表示液晶セル３０とは、上下方向の厚みが略同一となっている。
【００３１】
配向膜３２ａのラビング処理の方向は、図３に示すように前後左右方向において、例えば矢印４１ａの示す方向に平行となっており、一方、配向膜３２ｂのラビング処理の方向は、例えば矢印４６ａの示す方向に平行となっている。そして、各配向膜３２ａ、３２ｂのラビング処理方向は、前後左右方向において９０度の角度をなしている。図５（ａ）に、液晶層４０内における液晶分子の上下方向配列の一部を、液晶分子４１から４６により模式的に示している。さらに、前後左右方向における液晶分子４１から４６の配向方向（長軸方向）を示したものが図４（ａ）であり、液晶分子４１、４２・・・の配向方向が、矢印４１ａ、４２ａ・・・の方向とそれぞれ対応している。
【００３２】
配向膜３２ａおよび３２ｂの最も近傍に位置している液晶分子４１および４６は、ラビング処理方向に一致して固定されることで、それらの配向方向と配向膜３２ａ、３２ｂのラビング処理方向とが平行となっている。また、下方に位置する液晶分子４２は、その長軸方向と矢印４１ａの向きとが略平行で、上方に位置する液晶分子４５は、その長軸方向と矢印４６ａの向きとが略平行となっている。つまり、液晶分子４１から４６の全体を上方から見ると、前後左右方向において、その配向方向が反時計回りに９０度回転するように少しずつ向きを変えて捩れるように配列されている。
【００３３】
さらに、配向膜３２ａおよび３２ｂの最も近傍に位置している液晶分子４１および４６は、図５（ａ）に示すように左右上下方向において、ラビング方向と平行にかつ基板面に傾斜（プレチルト角）した状態で固定される。左右上下方向において、液晶分子４１は配向膜３２ａに対してプレチルト角θ３で傾斜しており、液晶分子４６は配向膜３２ｂに対してプレチルト角θ４で傾斜している。液晶分子４２から４５は、液晶層４０下部の液晶分子４２から上部の液晶分子４５に進むにつれて、左右上下方向において傾斜角が略θ３から略θ４へと、徐々に変化するように配置している。
【００３４】
次に、上記構成の反転制御液晶セル１０および表示液晶セル３０を用いて構成された、液晶表示装置１の組立構成について説明する。
【００３５】
反転制御液晶セル１０の上面に表示液晶セル３０を固定した状態において、前記固定した２つの液晶セルを下方から下偏光板３、上方から上偏光板４によって挟持する。このとき、図３に示すように、下偏光板３の透過軸方向３ａと、配向膜１２ａのラビング処理方向２１ａ（液晶分子２１の配向方向）とは略同一となっており、また、上偏光板４の透過軸方向４ａと、配向膜３２ｂのラビング処理方向４６ａ（液晶分子４６の配向方向）とは９０度回転した位置関係となっている。また、配向膜１２ｂのラビング処理方向２６ａ（液晶分子２６の配向方向）と、配向膜３２ａのラビング処理方向４１ａ（液晶分子４１の配向方向）とは、互いに平行でかつ反対方向（１８０度回転した方向）となるように構成されている。
【００３６】
さらに、プレチルト角θ１とθ４、プレチルト角θ２とθ３とは略同一角度となっているとともに、液晶分子２２と４５、液晶分子２３と４４、液晶分子２４と４３、液晶分子２５と４２とは、それぞれ略同一の傾斜角を有している。そして、下偏光板３の下方にバックライト２が配置されており、バックライト２から照射された照明光が、反転制御液晶セル１０および表示液晶セル３０に向けて（下方から上方に向けて）照射される構成となっている。
【００３７】
以上ここまでは、液晶表示装置１の組立構成について説明したが、以下の実施例１および実施例２において、上記の液晶表示装置１を用いて行う表示方法について説明する。
【００３８】
液晶表示装置１は、バックライト２からの照明光が、下偏光板３から入射して上偏光板４より透過すればその部分が明るく表示され、逆に上偏光板４から照明光が透過しない部分は、暗いままで何も表示されていない状態（無表示）となる。例えば、数字の１から９を表示可能に構成された透明電極１００を用いて、数字の１を表示する場合について説明する。上記構成の表示液晶セル３０において、図７に示すような７つのパターン１０２、１０３、１０４、・・・および外周部１０１を有した一対の透明電極１００を用いて構成される。この一対の透明電極１００を、下に位置した基板３１と配向膜３２ａの間、および上に位置した基板３１と配向膜３２ｂの間に、上下に対となるように固定する。そして、上下で対応する各パターン同士（例えば、上下のパターン１０２同士）と交流電源３６とを電気接続する。
【００３９】
上記のように構成し、パターン１０２および１０３部分のみに電圧印加することで、パターン１０２および１０３部分のみ照明光が透過して、数字の１が明るく表示される。一方、外周部１０１を含めたその他のパターン１０４、・・・部分は、照明光が透過せず暗く表示される。つまり、明るく表示を行いたいパターン部分のみに、電圧印加し照明光を透過させることで、所望の表示を行う構成となっている。
【実施例１】
【００４０】
まず、図１に示すネガ表示について、照明光２ａ、２ｂの進み方を例に説明する。照明光２ａは、表示液晶セル３０内において、透明電極３３ａ、３３ｂ部分を上下に進行する照明光であり、照明光２ｂは、電圧印加された透明電極３５ａ、３５ｂ部分を上下に進行する照明光である。図１に示すネガ表示の場合においては、切換スイッチ１７はオフとなっており、交流電源１６によって透明電極１３ａ、１３ｂに電圧印加されていない。
【００４１】
バックライト２から照射された照明光２ａは、図３に示すように進行方向（上下方向）に対する垂直面内で円偏光２ｅとなっているが、下偏光板３を透過することで、透過軸方向３ａと平行な直線偏光のみが反転制御液晶セル１０に入射する。反転制御液晶セル１０に入射した照明光は、液晶層２０内の液晶分子の旋光性により、下方から上方へ進行するとともに液晶分子２１から２６の捩れ角（液晶分子２１から２６の長軸方向）に沿って偏光方向を変えながら、前後左右方向において時計回りに９０度だけ偏光方向を変えて矢印２６ａの方向を偏光方向として、反転制御液晶セル１０を出射するとともに表示液晶セル３０に入射する。
【００４２】
そして、表示液晶セル３０に入射した照明光２ａは、液晶層４０内の液晶分子の旋光性より、下方から上方へ進行するとともに液晶分子４１から４６の捩れ角（液晶分子４１から４６の長軸方向）に沿うように、前後左右方向において反時計回りに９０度偏光方向を変えて上偏光板４に到達する。上偏光板４に到達した照明光２ａの偏光方向は、矢印４６ａに示す方向となっており、矢印４６ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは直交する位置関係となっているため、結果的に照明光２ａは上偏光板４を透過できず、液晶表示装置１を上偏光板４の上方から見ると暗く表示（無表示）されている。
【００４３】
一方、バックライト２から照射された照明光２ｂは、上述の照明光２ａと同様に反転制御液晶セル１０に入射した後、反転制御液晶セル１０を出射するとともに表示液晶セル３０に入射する。
【００４４】
ここで、交流電源３６によって透明電極３５ａ、３５ｂは電圧が印加されており、図６（ａ）に、そのときの液晶分子４１から４６の左右上下方向における傾斜状態を示す。図６（ａ）に示すように、配向膜３２ａ、３２ｂ近傍の液晶分子４１、４２、４５、４６は、配向膜３２ａ，３２ｂのラビング処理方向に固定されており、電圧印加前後で傾斜角度が変化しない。一方、中間部の液晶分子４３、４４は、透明電極３５ａ、３５ｂ間に発生した電気力線に沿って、その長軸を上下方向に向けて配列される。
【００４５】
液晶層４０内の液晶分子はその短軸方向に複屈折性を持つとともに、長軸方向に複屈折性を持たない光学的に一軸性の複屈折性結晶である。よって、液晶層４０内を進行する照明光２ｂは、液晶分子の複屈折性の影響を受けることなく、液晶層４０内の液晶分子の長軸方向に沿って進行して、偏光方向は変化することなく上偏光板４に到達する。このとき、上偏光板４に到達した照明光２ｂの偏光方向は、矢印４１ａに示す方向であり、矢印４１ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは平行なので、結果的に照明光２ｂは上偏光板４を透過し、液晶表示装置１を上偏光板４の上方から見ると明るく表示されて見える。
【００４６】
なお、照明光２ｂが反転制御液晶セル１０および表示液晶セル３０を斜めに進行する場合には、照明光２ｂには各液晶分子の複屈折性の影響を受けて位相差が発生する。しかし、照明光２ｂが進行する光路において、液晶分子２１と４６、液晶分子２２と４５、液晶分子２５と４２、液晶分子２６と４１とが、それぞれ位相差を補償し合う（打ち消し合う）位置関係となっている。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上記補償し合う位置関係の液晶分子同士は、互いに反対方向（１８０度回転した方向）の配向方向となっているとともに、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、左右上下方向において傾斜方向が逆で傾斜角度が略同一となっている。
【００４７】
このことより、照明光２ｂが、例えば液晶分子４６を進行するとき、液晶分子２１で生じた位相差とは全く逆の位相差が与えられることで、液晶分子２１で生じた位相差が打ち消される構成となっている。その他の補償し合う位置関係の液晶分子同士においても同様に、照明光２ｂは、反転制御液晶セル１０内で生じた位相差が、表示液晶セル３０内で生じた位相差によって打ち消される。よって、照明光２ｂが斜めに進行する場合、上偏光板４を透過する照明光２ｂは位相差を有しておらず、そのため真っ直ぐ上下に進行する照明光２ｂと比較して色調変化が生じていない。
【００４８】
つまり、図１に示すネガ表示においては、透明電極３３ａ、３３ｂ部分は暗く表示され、透明電極３５ａ、３５ｂ部分は明るく表示される。よって、透明電極３５ａ、３５ｂを複数用いて所望パターンを形成し、これら複数の透明電極３５ａ、３５ｂそれぞれに対して電圧印加制御することで、暗く表示された背景に対して所望パターンを明るく表示させることが可能となる。
【実施例２】
【００４９】
次に、図２に示すポジ表示について、照明光２ｃ、２ｄの進み方を例に説明する。照明光２ｃは、表示液晶セル３０内において、透明電極３３ａ、３３ｂ部分を上下に進行する照明光であり、照明光２ｄは、電圧印加された透明電極３５ａ、３５ｂ部分を上下に進行する照明光である。図２に示すポジ表示の場合においては、切換スイッチ１７はオンとなっており、交流電源１６によって透明電極１３ａ、１３ｂに電圧が印加されている。
【００５０】
バックライト２から照射された照明光２ｃは、図３に示すように進行方向（上下方向）に対する垂直面内で円偏光２ｅとなっているが、下偏光板３を透過することで、透過軸方向３ａと平行な直線偏光のみが反転制御液晶セル１０に入射する。このとき、透明電極１３ａ、１３ｂに電圧が印加されているため、液晶層２０内の液晶分子は図６（ｂ）に示すように、配向膜１２ａ、１２ｂ近傍の液晶分子２１、２２、２５、２６は、配向膜１２ａ，１２ｂのラビング処理によって配向膜１２ａ，１２ｂに固定されており、電圧印加前後で傾斜角度が変化しない。一方、中間部の液晶分子２３、２４は、透明電極１３ａ、１３ｂ間に発生した電気力線に沿って、その長軸を上下方向に向けて配列される。
【００５１】
液晶層２０内の液晶分子は、上記の液晶層４０内の液晶分子と同様に、その短軸方向に複屈折性を持つとともに、長軸方向に複屈折性を持たない光学的に一軸性の複屈折性結晶である。よって、液晶層２０内を進行する照明光２ｃは、液晶分子の複屈折性の影響を受けることなく、液晶層２０内の液晶分子の長軸方向に沿って進行して、偏光方向は変化することなく矢印２１ａに示す方向のままで反転制御液晶セル１０から出射する。
【００５２】
反転制御液晶セル１０から出射した照明光２ｃは、表示液晶セル３０に入射する。そして、表示液晶セル３０に入射した照明光２ｃは、液晶層４０内の液晶分子の旋光性より、前後左右方向において反時計回りに９０度偏光方向を変えて上偏光板４に到達する。上偏光板４に到達した照明光２ｃの偏光方向は、矢印４１ａに示す方向となっており、矢印４１ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは平行となっているため、結果的に照明光２ｃは上偏光板４を透過し、液晶表示装置１を上偏光板４の上方から見ると明るく表示されている。
【００５３】
なお、照明光２ｃが反転制御液晶セル１０および表示液晶セル３０を斜めに進行する場合には、照明光２ｃには各液晶分子の複屈折性の影響を受けて位相差が発生する。しかし、照明光２ｃが進行する光路において、上述の照明光２ｂの場合と同様に、液晶分子２１と４６、液晶分子２２と４５、液晶分子２５と４２、液晶分子２６と４１とが、それぞれ位相差を補償し合う（打ち消し合う）位置関係となっている。よって、照明光２ｃが斜めに進行する場合、上偏光板４を透過する照明光２ｃは位相差を有しておらず、そのため真っ直ぐ上下に進行する照明光２ｃと比較して色調変化が生じていない。
【００５４】
一方、バックライト２から照射された照明光２ｄは、上述の照明光２ｃと同様に反転制御液晶セル１０に入射した後、偏光方向が矢印２１ａに示す方向のまま変化させることなく転制御液晶セル１０を出射するとともに表示液晶セル３０に入射する。
【００５５】
表示液晶セル３０に入射した照明光２ｄは、液晶層４０内を進行する。このとき、液晶層４０内の液晶分子は図６（ａ）に示す状態となっており、上述の照明光２ｂの場合と同様に、液晶分子の長軸方向に沿って進行して、偏光方向は変化することなく上偏光板４に到達する。このとき、上偏光板４に到達した照明光２ｄの偏光方向は、矢印２１ａに示す方向であり、矢印２１ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは直交する位置関係なので、結果的に照明光２ｄは上偏光板４を透過できず、液晶表示装置１を上偏光板４の上方から見ると暗く表示されて見える。
【００５６】
つまり、図２に示すポジ表示においては、透明電極３３ａ、３３ｂ部分は明るく表示され、透明電極３５ａ、３５ｂ部分は暗く表示される。よって、透明電極３５ａ、３５ｂを複数用いて所望パターンを形成し、これら複数の透明電極３５ａ、３５ｂそれぞれに対して電圧印加制御することで、明るく表示された背景に対して所望パターンを暗く表示させることが可能となる。
【００５７】
ここで、本発明に係る液晶表示装置１の効果について簡潔にまとめてみると、第１に、
本発明に係る液晶表示装置１は、ネガ表示とポジ表示（実施例１と実施例２）との切り換えが、切換スイッチ１７を操作することで任意かつ瞬時に切り換え可能となっている。よって、液晶表示装置１を使用する周囲環境の明るさに応じて、容易にかつ即座にネガ表示とポジ表示との切り換えを適宜行い、背景と表示パターンとのコントラストを高めた状態で表示することができるので、周囲環境の明るさに影響されなで常に高い視認性を維持することができる。液晶表示装置１は、例えば自動車用液晶ディスプレイとして自動車に搭載されることで、周囲の明るさが変化する昼間および夜間のどちらの時間帯においても、ネガ表示とポジ表示とを適宜切り換えることで、背景と表示パターンとのコントラストを高めた状態で表示されて、常に高い視認性を維持することができる。
【００５８】
第２に、液晶層２０と液晶層４０との上下に対応する位置にある液晶分子同士を、斜めに進行する照明光に対して、位相差を打ち消しあうように液晶を配列している。そうすることで、液晶層２０において生じた位相差が、液晶層４０において生じた位相差によって打ち消す構成となっている。よって、液晶表示装置１から出射する照明光は位相差を有しておらず、真っ直ぐ進行する照明光と比較して色調変化のない表示が可能となる。言い換えれば、液晶表示装置１の視野角を広くすることが可能となる。
【００５９】
上述の実施例において、バックライト２で発生した照明光は、まず反転制御液晶セル１０に入射して反転制御液晶セル１０から出射した照明光が、表示液晶セル３０に入射する構成となっているが、この順序を入れ替えて、照明光をまず表示液晶セル３０に入射させた後、表示液晶セル３０から出射した照明光を反転制御液晶セル１０に入射させる構成でも良い。
【００６０】
上述の実施例において、反転制御液晶セル１０を構成する液晶層２０の液晶分子は、前後左右方向において、その配向方向が時計回りに９０回転している。一方、表示液晶セル３０を構成する液晶層４０の液晶分子は、前後左右方向において、その配向方向が反時計回りに９０回転している。ここで、これらの捩り方向（回転方向）は上記方向に限定されず、液晶層２０の液晶分子の配向方向を反時計回りに９０回転させ、液晶層４０の液晶分子の配向方向を時計回りに９０回転させる構成でも良い。さらに、上記の各回転角度は９０度に限定されず、９０度以上１８０度未満の範囲で任意に設定可能である。
【００６１】
上述の実施例において、配向膜１２ｂのラビング処理方向２６ａ（液晶分子２６の配向方向）と、配向膜３２ａのラビング処理方向４１ａ（液晶分子４１の配向方向）とは、互いに平行でかつ反対方向（１８０度回転した方向）となるように構成されている。しかしこの構成に限定されず、配向膜１２ｂのラビング処理方向２６ａと配向膜３２ａのラビング処理方向４１ａとが９０度の角度で交差するように構成しても良い。
【００６２】
上述の実施例において、液晶層２０と液晶層４０との上下に対応する位置にある液晶分子同士が、位相差を打ち消す（補償し合う）ように配列されている。しかしこの構成に限定されず、液晶分子同士が完全に位相差を打ち消す配置構成となっていない場合においても、ネガ表示とポジ表示との切り換えにより高い視認性を維持することができる。
【００６３】
上述の実施例において、透明電極１３ａ、１３ｂが、液晶層２０の一部を挟持するように構成されて電圧印加制御されることで、例えば、透明電極１３ａ、１３ｂの上方に位置した外周部１０１、パターン１０２、１０３および１０４の少なくとも一部分に対して、ネガ表示とポジ表示との切り替えを行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る液晶表示装置（ネガ表示）を示した側断面図である。
【図２】本発明に係る液晶表示装置（ポジ表示）を示した側断面図である。
【図３】本発明に係る液晶表示装置の配向方向を示した模式図である。
【図４】（ａ）は表示液晶セル内の液晶の配向方向を示した模式図で、（ｂ）は反転制御液晶セル内の液晶の配向方向を示した模式図である。
【図５】（ａ）は表示液晶セル内の液晶の傾斜方向を示した模式図で、（ｂ）は反転制御液晶セル内の液晶の傾斜方向を示した模式図である。
【図６】（ａ）は電圧印加時の表示液晶セル内の液晶の傾斜方向を示した模式図で、（ｂ）は電圧印加時の反転制御液晶セル内の液晶の傾斜方向を示した模式図である。
【図７】透明電極の一例を示した平面図である。
【図８】従来の液晶表示装置を示した側断面図である。
【図９】従来の液晶表示装置の配向方向を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  液晶表示装置
１０  反転制御液晶セル（下側液晶セル）
１１  基板（下側基板）
１３ａ、１３ｂ  透明電極（下側電極）
２０  液晶層（下側液晶層）
３０  表示液晶セル（上側液晶セル）
３１  基板（上側基板）
４０  液晶層（上側液晶層）
１００  透明電極（上側電極）
１０１  外周部（全体電極）
１０２  パターン（パターン電極）
【図１】
0005265160.tif 000002
【図２】
0005265160.tif 000003
【図３】
0005265160.tif 000004
【図４】
0005265160.tif 000005
【図５】
0005265160.tif 000006
【図６】
0005265160.tif 000007
【図７】
0005265160.tif 000008
【図８】
0005265160.tif 000009
【図９】
0005265160.tif 000010