(57)【要約】【課題】良好なコントラストと視認性を得ることのできる液晶表示装置を提供すること。【解決手段】視認側からの積層順における第１層と第２層、第３層と第４層をそれぞれ光学補償可能に組み合わせる際に、第１層乃至第４層のうちのいずれか１層を位相差フィルム８で構成し、他の３層をそれぞれ一対の透明基板１、１間に液晶を封止して所望の情報を表示可能とされた液晶セル２、３、６で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
視認側からの積層順における第１層と第２層、第３層と第４層をそれぞれ光学補償可能に組み合わせてなり、
前記第１層乃至第４層のうちのいずれか１層を位相差フィルムで構成し、他の３層をそれぞれ一対の透明基板間に液晶を封止して所望の情報を表示可能とされた液晶セルで構成することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２層の反視認側に配設される配向軸と、第３層の視認側に配設される配向軸との公差角が、９０°±１０°となるように配設されてい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】
前記第１層の視認側および第４層の反視認側にはそれぞれ偏光板が配設されており、
前記位相差フィルムは前記第１層あるいは第４層を構成し、隣位に配設された前記偏光板と一体に形成されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示用の液晶セルの着色を色補償する構成を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、２枚の液晶セルを積層させ、一方の液晶セルを表示用に駆動させて表示パネルとして用い、他方の液晶セルは背景の着色化現象を複屈折効果の補償により解消するための補償パネルとして用いるように構成された液晶表示装置が利用されている。
【０００３】
また、インスツルメントパネルやナビゲーションシステム等の車載用機器のディスプレイように、フルドット表示ではないセグメント、アイコン、キャラクタドットなどの複数の表示パターン、例えば、図６（ａ）および（ｂ）をディスプレイ内の限られた領域に表示することが求められる場合には、積層された２枚の液晶セルにそれぞれ、図６（ａ）および（ｂ）の表示パターンの表示を可能とする電極パターンを設け、２枚の液晶セルをともに表示パネルとして駆動させて、実質的な表示領域を拡張する構成の液晶表示装置（以下、表示パネルを２層に積層させた構成の液晶表示装置をダブルアクティブ法の液晶表示装置という）が利用されている。
【０００４】
図７は、ダブルアクティブ法の液晶表示装置の要部構成を示す断面図である。この図７に示すように、ダブルアクティブ法の液晶表示装置は、対向面にそれぞれ電極が形成された２枚の透明基板１、１間に液晶（図示せず）を封止した液晶セル２と、対向面にそれぞれ電極が形成された２枚の透明基板１、１間に前記液晶セル２の液晶に対して逆ツイストの液晶からなる液晶（図示せず）を封止した液晶セル３とを積層し、貼付部材４で固定して一対とし、この一対とされた両液晶セル２、３の視認側、反視認側にそれぞれ第１偏光板５ａ、第２偏光板５ｂを配設した構成とされている。このとき、両液晶セル２、３は、互いに表示用の液晶パネル、光学補償用の液晶パネル（以下、光学補償パネルいう）の機能を有している。
【０００５】
そして、さらに多くの表示パターン、例えば、図６（ｃ）をディスプレイ内の限られた領域に表示することが求められる場合には、前述のダブルアクティブ法の液晶表示装置と同様に、３枚の液晶セルにそれぞれ、図６（ａ）乃至図６（ｃ）の電極パターンを設け、前記３枚の液晶セル２、３、６を積層するとともに、それぞれを表示パネルとして駆動させて、実質的な表示領域をさらに拡張することも考えられる。
【０００６】
この場合、図８に示すように、３枚の液晶セル２、３、６のうちの２枚の表示パネル（便宜的に、積層された順に上層から第１の液晶セル２、第２の液晶セル３とする）については、前述のダブルアクティブ法の液晶表示装置と同様に構成し、互いに表示パネルおよび光学補償パネルとして機能させることで、背景の着色化現象を解消させることができるが、残りの１枚の液晶セル（便宜的に、３層目に積層された３枚目の液晶セルを第３の液晶セル６とする）については、補償機能を有する対の液晶セルが存在しない。そこで、この第３の液晶セル６についても背景の着色化現象を解消するべく、対となる１枚の光学補償用の液晶セル７を加えて、合計４枚の液晶セル２、３、６、７を２枚ずつを対にして２組積層した構成とする必要がある（なお、図８に示す液晶表示装置においても、第１の液晶セル２および光学補償パネル７の視認側、反視認側にそれぞれ第１偏光板５ａ、第２偏光板５ｂを配設した）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２２８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このように４層に液晶セル２、３、６、７を積層させた構成を有する液晶表示装置は、前述したダブルアクティブ法の液晶表示装置と比べて、積層された液晶セル２、３、６、７間に形成される空気層の数が増えるため、透明基板１と前記空気層の界面の反射による偏光解消の影響が大きくなること、また、微細な液晶配向乱れの光漏れが積層数の増加に伴って増加することを要因として、コントラストが低下することがわかった。特に、多層に液晶セルを配設する液晶表示装置においてはコントラストの低下が特に著しくなる。
【０００９】
そこで、本発明は、積層させた３枚の液晶セルを表示パネルとして駆動させて実質的な表示領域を拡張する液晶表示装置において、良好なコントラストと視認性を得ることのできる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の特徴は、視認側からの積層順における第１層と第２層、第３層と第４層をそれぞれ光学補償可能に組み合わせてなり、前記第１層乃至第４層のうちのいずれか１層を位相差フィルムで構成し、他の３層をそれぞれ一対の透明基板間に液晶を封止して所望の情報を表示可能とされた液晶セルで構成する点にある。
【００１１】
このように構成された本発明の液晶表示装置によれば、前記位相差フィルムと組み合わせた液晶セルにおいては、所望の情報の表示時に、組み合わせられた前記位相差フィルムによって光学補償を行うことで、着色化現象を解消させて良好なコントラストを得ることができ、互いに組み合わせられた２枚の液晶セルにおいては、それぞれにおける所望の情報の表示時に、対となっている液晶セルによって光学補償を行うことで、着色化現象を解消させて良好なコントラストを得ることができる。なお、光学補償は、位相差値、配向のねじれ方向と角度、波長分散等について公知のように配慮することで可能となる。
【００１２】
また、本発明の液晶表示装置は、前記第２層における反視認側に配設される配向軸と第３層における視認側に配設される配向軸との公差角が９０°±１０°となるように配設されていることを別の特徴点とする。
【００１３】
本発明の液晶表示装置によれば、前記第２層の反視認側に配設される配向軸と第３層の視認側に配設される配向軸の公差角を若干ずらすことにより、コントラストの低下の問題を改善することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の液晶表示装置は、前記第１層の視認側および第４層の反視認側にはそれぞれ偏光板が配設されており、前記位相差フィルムは前記第１層あるいは第４層を構成し、隣位に配設された前記偏光板と一体に形成されていることを別の特徴点とする。
【００１５】
このような構成を有する本発明の液晶表示装置によれば、薄膜の位相差フィルムを偏光板と一体にして取り扱うことが可能となるので、取り扱い性、組立作業性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置は、平均的、全体的にコントラストも良好で、背景色変化の角度依存性も小さく、視認性が優れるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に示す液晶表示装置は、本発明の第１実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置における（ａ）第１偏光板の吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）位相差フィルムの視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板の吸収軸を示す図である。
【００１８】
本実施形態の液晶表示装置は、積層させた３枚の液晶セル２、３、６を表示パネルとして駆動させる構成を有するＴＮ型の液晶表示装置であり、視認側からの積層順に第１層乃至第４層とした場合の前記第１層乃至第３層に、一対の透明基板１、１間に液晶を封入して所望の情報を表示可能とされた液晶セル２、３、６が配設されており、第４層に９０°ねじれ位相差板である位相差フィルム８が配設されている。
【００１９】
視認側からの積層順における第１層に配設された液晶セル２と第２層に配設された液晶セル３は、第１セットとして、互いに所望の表示と光学補償がなされるように構成されており、第３層に配設された液晶セル６と第４層に配設された位相差フィルム８は、第２セットとして、第３層に配設された液晶セル６を用いた表示と、第４層に配設された位相差フィルム８による光学補償がなされるように構成されている。
【００２０】
すなわち、２枚の液晶セル２、３を備えた第１セットにおいては、図２に示すように、両液晶セル２、３を、それぞれに封止された９０°のツイスト角を有する液晶のねじれ配向を逆方向とし、互いに対向する側に配設される配向膜の配向軸が直交するようにして配置され、両面粘着テープ等の貼付部材により固定されている。
【００２１】
また、前記光学補償用の位相差フィルム８を備えた前記第２セットにおいては、一対の透明基板間に９０°のツイスト角を有する液晶を封止させた液晶セル６と、前記液晶セル６と逆方向のねじれ配向を有する位相差フィルム８とを、互いに対向する側に配設される配向膜の配向軸が直交するようにして配置され、両面粘着テープ等の貼付部材により固定されている。
【００２２】
ここで、前記液晶セル２、３、６は２枚の透明基板１、１を有しており、前記２枚の透明基板１、１の互いに対向する面には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等からなる透明電極（図示せず）が積層形成されており、これらの透明電極により印加される電圧によって前記液晶３の配列方向が制御されるようになっている。本実施形態において、前記３枚の液晶セル２、３、６に形成された透明電極は、前記第１層を構成する液晶セル２から順に、図６（ａ）乃至図６（ｃ）の表示パターンの表示を可能とする電極パターンとされている。そして、前記透明電極が形成された前記透明基板１、１の互いに対向する面には、各透明電極間で前記液晶３を一定のねじれ形態にて配列させるように表面にラビング処理が施された配向膜（図示せず）が積層形成されている。そして、一方の透明基板３の周辺部に貼付部材（図示せず）を塗布するとともに、この貼付部材に囲まれた面内に各透明基板１、１の間隙を調整するためのスペーサ（図示せず）を均一に散布した状態で各透明基板１、１を貼り合わせ、前記２枚の透明基板１、１と貼付部材とにより囲繞された空間内に、９０°のツイスト角を有するネマチック液晶３が（以下、単に液晶という。）封止された構成とされている。
【００２３】
また、前記位相差フィルム８は、前記表示用の液晶セル２、３、６に封止された液晶３のツイスト角と同じ９０°でツイストし、かつ、同一値の複屈折率となるように構成されている。
【００２４】
そして、前記第１セットと第２セットは、図２に示すように、前記第２層の液晶セル３の反視認側に配設される配向軸と第３層の液晶セル６の視認側に配設される配向軸との公差角が９０°となるように、すなわち、相対向する配向軸を直交させて配設されている。
【００２５】
また、前記第１層の液晶セル２の視認側および第４層の位相差フィルム８の反視認側には、前記両セットを挟持するようにしてそれぞれ第１偏光板５ａ、第２偏光板５ｂが配設されている。なお、本実施形態において、第４層の位相差フィルム８は、液晶表示装置の反視認側に配設された偏光板５ｂと一体に形成されている。このように、薄膜の位相差フィルム８を偏光板５ｂと一体にすると、取り扱うことが簡便となり、組立作業性を向上させることが可能となる。
【００２６】
そして、前記第２偏光板５ｂの反視認側には、バックライトユニット（図示せず）が配設されている。
【００２７】
このように構成された本実施形態の液晶表示装置において、例えば、図６（ａ）に示す表示パターンを表示するとき、第１層の液晶セル２に通電して表示パネルとして機能させる。その際、第１層の液晶セル２と一対とされた第２層の液晶セル３を光学補償パネルとして機能させる。同様に、図６（ｂ）に示す表示パターンを表示するとき、第２層の液晶セル３に通電して表示パネルとして機能させる。その際、第２層の液晶セル３と一対とされた第１層の液晶セル２を光学補償パネルとして機能させる。
【００２８】
このように、第１セットにおいては、２枚の液晶セル２、３が、互いに所望の情報の表示を行なう表示パネル、光学補償を実現する光学補償パネルとして機能することで、着色化現象を解消させて良好なコントラストを得ることができる。
【００２９】
また、図６（ｃ）に示す表示パターンを表示するとき、第３層の液晶セル６に通電して表示パネルとして機能させる。その際、第３層の液晶セル６と一対とされた第４層の位相差フィルム８を光学補償用フィルムとして機能させる。このように、前記第２セットにおいては、前記液晶セル６の所望の情報の表示時に、前記位相差フィルム８によって光学補償を実現することで、着色化現象を解消させて良好なコントラストを得ることができる。
【００３０】
ここで、本実施形態の液晶表示装置のコントラスト変化に関する効果について、前述した従来の構成の液晶表示装置と比較して説明する。
【００３１】
なお、以下において、表示パネルとしての液晶セル２、３、６、光学補償パネルとしての液晶セル７の基本的な構成は前述の通りとする。また、各液晶セル２、３、６、７に封止されている液晶は、ツイスト角を９０°とし、各液晶セル２、３、６、７の対となる液晶セル２、３、６、７との組み合わせにより、ねじれ配向の方向を調整されており、対となる液晶セル２、３、６、７には逆方向のねじれ配向の液晶が用いられることで光学補償が担保されているものとする。なお、液晶の光学補償を実現するためのその他の条件、例えば、転移温度Ｔｃや位相差値（ΔｎＬＣ・ｄＬＣ）についても、適宜調整されているものとする。
【００３２】
図３は、比較例１としての、前述した図７に示す従来のダブルアクティブ法の液晶表示装置における（ａ）第１偏光板５ａの吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セル２の視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セル３の視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第２偏光板５ｂの吸収軸を示す。
【００３３】
また、図４は、比較例２としての、図８に示す前述の光学補償パネル７を有する液晶表示装置における（ａ）第１偏光板５ａの吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セル２の視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セル３の視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セル６の視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）光学補償パネル７としての第４層の液晶セル７の視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板５ｂの吸収軸を示す。
【００３４】
そして、本実施形態の液晶表示装置（実施例１）、比較例１の液晶表示装置および比較例２の液晶表示装置について、それぞれ、同じ室温環境において、５Ｖ、１００Ｈｚでスタティック駆動させ、それぞれを正面（液晶表示素子の表示面の法線からの傾き角θとした場合のθ＝０°）から視認した場合のコントラストを測定した。
【００３５】
表１は、そのコントラスト測定結果を示している。
【００３６】
【表１】
2007206253.tif 000003
【００３７】
この測定結果からわかるように、２枚の表示パターンを表示可能とする比較例１のダブルアクティブ法の液晶表示装置が、コントラストでは最も優れた結果を残している。しかしながら、３枚の表示パターンを表示可能とする実施例１と比較例２の液晶表示装置においては、３枚の液晶セル２、３、６と１枚の光学補償パネル７とを有する構成である比較例２の液晶表示装置のコントラストは２６：１であるのに対し、３枚の液晶セル２、３、６と１枚の位相差フィルム８とを有する構成である実施例１の液晶表示装置のコントラストは５４：１であり、倍以上の良好なコントラストを得ることができた。なお、５０：１以上のコントラストであれば、見栄えにおいて１００：１と大差がなく、液晶表示装置のコントラストとしては、５０：１以上のコントラストであることが好ましい。
【００３８】
しかしながら、前記第１実施形態の構成では、配向膜のラビング方向（＝配向軸方向）は屈折率が大きくなる傾向がある。例えば、図９に示すように、液晶表示装置の表示面の３時−９時方向に配向軸を延在させたＴＮ型の液晶表示装置において、屈折率が大きくなる方向へ視角を振った場合、つまり、配向軸が延在する３時−９時方向において表示面の法線から傾倒させた点（液晶表示素子の表示面の法線からの傾き角をθとする）から視認した場合、コントラストが低下するという問題が新たに生じ、屈折率が大きくなる方向を第１セットと、第２セットでずらすことをさらに検討した。
【００３９】
図５は、本発明の第２実施形態の液晶表示装置における（ａ）第１偏光板５ａの吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セル２の視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セル３の視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セル６の視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）第４層の位相差フィルム８の視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板５ｂの吸収軸を示している。なお、第２実施形態の液晶表示装置における概略断面構造は、図１に示す概略断面構造と同一である。
【００４０】
本実施形態の液晶表示装置（実施例２）は、前述の第１実施形態の液晶表示装置（実施例１）と、第１セットを構成する第２層の液晶セル３の反視認側に配設される配向軸と、第２セットを構成する第３層の液晶セル６の視認側に配設される配向軸との公差角は９０°から特定角度ずらして配設されている点のみを異ならせている。前記特定角度は１０°以内であって、特に３°〜７°ずらすことが好ましい。
【００４１】
そして、本実施形態の液晶表示装置（実施例１）、比較例１の液晶表示装置および比較例２の液晶表示装置について、それぞれ、同じ室温環境において、５Ｖ、１００Ｈｚでスタティック駆動させ、それぞれを正面から視認した場合のコントラスト、および、液晶表示装置の表示面の９時方向であって、θ＝３０°の視点からのコントラストを測定した。表２は、そのコントラスト測定結果を示している。
【００４２】
【表２】
2007206253.tif 000004
【００４３】
この測定結果からわかるように、２枚の表示パターンを表示可能とする比較例１のダブルアクティブ法の液晶表示装置が、正面からのコントラスト、および液晶表示装置の表示面の９時方向であって、θ＝３０°の視点からのコントラストの双方において優れた結果を残している。しかしながら、３枚の表示パターンを表示可能とする実施例１と実施例２の液晶表示装置においては、正面からの視認のコントラストは、実施例１の液晶表示装置が５４：１であるのに対し、実施例２の液晶表示装置が３９：１と、実施例１の液晶表示装置のコントラストが優るのに対し、視点をθ３０°ほど９時方向に振った場合には、実施例１の液晶表示装置が８：１であるのに対し、実施例２の液晶表示装置が１３：１であり、実施例２の液晶表示装置が優ることがわかった。この実施例２の液晶表示装置の９時方向、θ＝３０°の視点からのコントラストの数値である１３：１は、比較例１の液晶表示装置の９時方向、θ＝３０°の視点からのコントラストの数値と同じであり、前記第２層の液晶セル３の反視認側に配設される配向軸と第３層の液晶セル６の視認側に配設される配向軸の公差角を若干ずらすことによってコントラストの低下の問題を改善することが実証された。
【００４４】
このように、積層させた３枚の液晶セル２、３、６を表示パネルとして駆動させて実質的な表示領域を拡張する本発明の液晶表示装置においても、良好なコントラストと視認性を得ることができた。
【００４５】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、本実施形態においては、前記光学補償機能を有する位相差フィルムを第４層に配設した場合を以て説明したが、この位相差フィルムは、第１層乃至第４層のいずれに配設してもよい。第１層に配設した場合には、その視認側に配設される偏光板と一体に形成することも可能である。
【００４７】
また、本実施形態においては、前記表示パターンをネガ表示とする液晶表示装置について説明しているが、ポジ表示の液晶表示装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態の液晶表示装置の概略構造断面図
【図２】第１実施形態の液晶表示装置における（ａ）第１偏光板の吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）位相差フィルムの視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板の吸収軸を示す図
【図３】第１実施形態の液晶表示装置に対する比較例１としての液晶表示装置（図７に示す）における（ａ）第１偏光板５ａの吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セル２の視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セル３の視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第２偏光板５ｂの吸収軸を示す図
【図４】第１実施形態の液晶表示装置に対する比較例２としての液晶表示装置（図８に示す）の（ａ）第１偏光板５ａの吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セル２の視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セル３の視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セル６の視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）光学補償パネル７としての第４層の液晶セル７の視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板５ｂの吸収軸を示す図
【図５】図１の液晶表示装置における（ａ）第１偏光板の吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セルの視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）位相差フィルムの視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板の吸収軸を示す図
【図６】第２実施形態の液晶表示装置における（ａ）第１偏光板５ａの吸収軸、（ｂ）第１層の液晶セル２の視認側および反視認側の配向軸、（ｃ）第２層の液晶セル３の視認側および反視認側の配向軸、（ｄ）第３層の液晶セル６の視認側および反視認側の配向軸、（ｅ）第４層の位相差フィルム８の視認側および反視認側の配向軸、（ｆ）第２偏光板５ｂの吸収軸を示す図
【図７】従来のダブルアクティブ法の液晶表示装置（比較例１）の概略構造断面図
【図８】３枚の液晶セルを表示パネルおよび光学補償パネルとして機能させ、１枚の液晶セルを光学補償パネルとしてのみ機能させる構成の液晶表示装置（比較例２）の概略構造断面図
【図９】液晶表示装置の表示面断面と視角におけるコントラストの良否を示す説明図
【符号の説明】
【００４９】
１  透明基板
２  （第１層の）液晶セル
３  （第２層の）液晶セル
４  貼付部材
５ａ  第１偏光板
５ｂ  第２偏光板
６  （第３層の）液晶セル
７  （第４層の）液晶セル
８  位相差フィルム
【図１】
2007206253.tif 000005
【図２】
2007206253.tif 000006
【図３】
2007206253.tif 000007
【図４】
2007206253.tif 000008
【図５】
2007206253.tif 000009
【図６】
2007206253.tif 000010
【図７】
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【図８】
2007206253.tif 000012
【図９】
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