(57)【要約】【課題】同一の表示領域でまったく異なるパターンを表示可能であるか、又は囲みパターンとは独立して駆動可能なパターンを表示可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置１は、背面偏光板２、背面液晶セル３（第１の液晶セル）、前面液晶セル４（第２の液晶セル）、及び前面偏光板５の順に積層される。両液晶セルはＴＮ型液晶セルであり、シール材６を介して重ね合わされた一対の透明基板７ａ，７ｂと、表示パターンを示す一対のパターン電極８ａ〜８ｄと、配向膜９ａ〜９ｄと、液晶材料１０ａ，１０ｂとからなる。両液晶セルは基本構成が共通しているが、パターン電極８ａ〜８ｄの形状が異なり、配向膜９ｂと９ｃのラビング方向が直交し、液晶材料１０ａ，１０ｂのツイスト方向が逆である。これにより、同一の表示領域内でまったく異なるパターンが表示可能で、コントラストの高いノーマリブラックの表示が得られる。【選択図】  図１
2007256453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルと重ねて配置された第２の液晶セルとを有し、前記第１と第２の液晶セルは共にＴＮ型液晶である２層式ＴＮ型液晶表示装置において、
前記第１の液晶セルと第２の液晶セルは、それぞれシール材を介して並設された一対の透明基板と、前記透明基板の内面に設けられ表示パターンを示す一対のパターン電極と、前記パターン電極の内面に設けられた一対の配向膜と、前記シール材及び前記配向膜の内部に充填された液晶材料とを備え、
それぞれのリターデーションが同一であり、液晶材料のツイスト角が同一でツイスト方向が逆であり、互いに対面する配向膜の配向方向が直交し、それぞれの前記パターン電極が独自のパターンで構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１又は第２の液晶セルのパターン電極の一方に電圧を印加する際には他方への電圧の印加を行わないようにする駆動手段を備え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】
第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルと重ねて配置された第２の液晶セルとを有し、前記第１と第２の液晶セルは共にＴＮ型液晶である２層式ＴＮ型液晶表示装置において、
前記第１の液晶セルと第２の液晶セルは、それぞれシール材を介して並設された一対の透明基板と、前記透明基板の内面に設けられ表示パターンを示す一対のパターン電極と、前記パターン電極の内面に設けられた一対の配向膜と、前記シール材及び前記配向膜の内部に充填された液晶材料とを備え、
それぞれのリターデーションが同一であり、液晶材料のツイスト角が同一でツイスト方向が逆であり、互いに対面する配向膜の配向方向が直交し、
前記第１及び第２の液晶セルを表示面から見た際に、一方の液晶セルに設けられたパターン電極の周囲が、他方の液晶セルに設けられたパターン電極によって切れ目無く包囲されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１又は第２の液晶セルのパターン電極に対し、一方のみに電圧を印加する単独駆動モード、又は双方に電圧を印加する同時駆動モードで駆動可能な駆動手段を備えていることを特徴とする請求項３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、液晶材料にツイストネマチック液晶を用いたＴＮ型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば自動車のエアコンやオーディオ機器の作動状況を示す表示等にＴＮ型（ツイストネマチック型）液晶表示装置が多く用いられている。また、ＴＮ型液晶表示装置においては、いわゆる色付きを防止する手段として液晶セルを２層構造としたものが知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
下記特許文献１に開示された２層構造のＴＮ型液晶表示装置は、パターン電極が設けられている通常のＴＮ型液晶セル（駆動セル）の表面に、パターン電極が設けられていないＴＮ型液晶セル（補償セル）を重ね合わせた構成となっている。また、この駆動セルと補償セルはリターデーション（液晶の複屈折率とセル厚との積）が同一であり、液晶材料のツイスト角が同一でその方向は逆であり、さらに互いに対面する配向膜の配向方向が直交するものとなっている。このような構成とすることにより、液晶表示装置のリターデーションを低減させた際に生じる干渉色を防止し、コントラストの低下を防止している。
【０００４】
しかしながら、下記特許文献１に開示された液晶表示装置は、２層の液晶セルを用いていながら単に駆動セル側のパターンしか表示できなかった。また、セグメント表示を行う液晶表示装置においては、１つの液晶画面で複数の機能の表示を行う際には、例えば数字等のセグメントを共有化し、それぞれの機能毎に設けられたセグメントをそれぞれ異なる箇所に設けて選択的に表示させる等の駆動方法で表示が行われる。このため、各機能毎の表示に大きな差異は生じないので、表示を見る者にとっては表示が紛らわしくわかりづらい場合も少なくない。
【０００５】
また、液晶表示装置に対しては、昨今のユーザニーズの多様化により、より柔軟な表示態様が求められている。これは、セグメント表示を行う液晶表示装置においても同様である。例えば、切れ目のない円や多角形等の囲みパターン内において、囲みパターンとは独立して表示・非表示を行う表示方式が求められている。
【０００６】
しかしながら、セグメント表示を行う液晶表示装置においては、各セグメント毎に電圧を印加するための引き回し電極が必要となる。このため、単一の液晶セルで囲みパターン内における独立駆動表示を実現するためには、囲み表示のパターン電極の表面に絶縁層を設け、その絶縁層の表面に囲みパターン内のパターン電極を設ける等の手段が必要となり、製造の困難性が増すと共にコストの増大を招くという不都合がある。
【特許文献１】特開昭５７−１２５９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、液晶表示装置の改良を目的とし、さらに詳しくは前記不都合を解消するために、同一の表示領域でまったく異なるパターンを表示可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、いわゆる囲みパターン内においても囲みパターンとは独立して駆動が可能なパターンの表示を行うことができる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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置の第１の態様は、第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルと重ねて配置された第２の液晶セルとを有し、前記第１と第２の液晶セルは共にＴＮ型液晶である２層式ＴＮ型液晶表示装置において、前記第１の液晶セルと第２の液晶セルは、それぞれシール材を介して並設された一対の透明基板と、前記透明基板の内面に設けられ表示パターンを示す一対のパターン電極と、前記パターン電極の内面に設けられた一対の配向膜と、前記シール材及び前記配向膜の内部に充填された液晶材料とを備え、それぞれのリターデーションが同一であり、液晶材料のツイスト角が同一でツイスト方向が逆であり、互いに対面する配向膜の配向方向が直交し、それぞれの前記パターン電極が独自のパターンで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
第１の態様の液晶表示装置によれば、前記第１の液晶セル及び第２の液晶セルの双方にパターン電極が設けられ、さらに前記パターン電極がそれぞれ独自のパターンで構成されているため、一方の液晶セルを駆動させれば他方の液晶セルが補償セルとなり、他方の液晶セルを駆動させれば一方の液晶セルが補償セルとなる。従って、従来の２層式ＴＮ型液晶表示装置と同様に高いコントラストを維持しつつ、単一の表示領域で２種類のまったく異なった表示を行うことができる。
【００１０】
また、第１の態様の液晶表示装置においては、前記第１又は第２の液晶セルのパターン電極の一方に電圧を印加する際には他方への電圧の印加を行わないようにする駆動手段を備えていることが好ましい。前記第１及び第２の液晶セルはそれぞれ独自のパターンとなっているため、重複して表示されると誤表示となるおそれがあるが、前記駆動手段によってこのような誤表示を防止することにより、常に正常な表示を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の液晶表示装置の第２の態様は、第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルと重ねて配置された第２の液晶セルとを有し、前記第１と第２の液晶セルは共にＴＮ型液晶である２層式ＴＮ型液晶表示装置において、前記第１の液晶セルと第２の液晶セルは、それぞれシール材を介して並設された一対の透明基板と、前記透明基板の内面に設けられ表示パターンを示す一対のパターン電極と、前記パターン電極の内面に設けられた一対の配向膜と、前記シール材及び前記配向膜の内部に充填された液晶材料とを備え、それぞれのリターデーションが同一であり、液晶材料のツイスト角が同一でツイスト方向が逆であり、互いに対面する配向膜の配向方向が直交し、前記第１及び第２の液晶セルを表示面から見た際に、一方の液晶セルに設けられたパターン電極の周囲が、他方の液晶セルに設けられたパターン電極によって切れ目無く包囲されていることを特徴とする。
【００１２】
第２の態様の液晶表示装置によれば、前記第１の液晶セル又は第２の液晶セルの一方に設けられたパターン電極の周囲を囲むパターン電極を他方の液晶セルに設けているので、それぞれのパターン電極を独立して駆動することが可能となる。従って、新たに絶縁層等を設けることなく、いわゆる囲みパターン内においても囲みパターンとは独立して駆動が可能なパターンの表示を行うことができる。
【００１３】
また、第２の態様の液晶表示装置においては、前記第１又は第２の液晶セルのパターン電極に対し、一方のみに電圧を印加する単独駆動モード、又は双方に電圧を印加する同時駆動モードで駆動可能な駆動手段を備えていることが好ましい。このような駆動手段を備えることにより、囲みパターンと囲みパターン内のパターンとを組み合わせ、囲みパターンのみの表示、内部のパターンのみの表示、及び両パターンの同時表示を行うことができる。これにより、ユーザの多様なニーズに対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の液晶表示装置の実施形態の一例について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の一例である液晶表示装置の積層構造を示す説明的断面図、図２（ａ）〜（ｄ）は図１の液晶表示装置における偏光方向及びラビング方向を示す説明図、図３（ａ）は背面液晶セルの表示パターンを示す説明図、図３（ｂ）は前面液晶セルの表示パターンを示す説明図、図４（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態の表示態様を示す説明図である。
【００１５】
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置１について説明する。第１の実施形態の液晶表示装置１は、背面側から前面側（表示面側）に向けて、背面偏光板２、背面液晶セル３（第１の液晶セル）、前面液晶セル４（第２の液晶セル）、及び前面偏光板５の順に重ね合わされて形成されている。
【００１６】
背面液晶セル３及び前面液晶セル４は、共にＴＮ型液晶セルである。その構成は、図１に示すように、それぞれシール材６を介して重ね合わされた一対の透明基板７ａ，７ｂ及び７ｃ，７ｄと、透明基板７ａ，７ｂの内面側に設けられた表示パターンを示す一対のパターン電極８ａ，８ｂ及び８ｃ，８ｄと、パターン電極８ａ〜８ｄの内面側に設けられた一対の配向膜９ａ，９ｂ及び９ｃ，９ｄと、その内部に充填された液晶材料１０ａ，１０ｂとからなる。この背面液晶セル３と前面液晶セル４とは、基本構成が共通しているが、パターン電極８ａ〜８ｄの形状と、配向膜９ａ〜９ｄのラビング方向と、液晶材料１０ａ，１０ｂのツイスト方向とが異なっている。
【００１７】
透明基板７ａ，７ｂは、一般的に用いられているガラス基板を使用し、液晶セルとなった場合に内面側になる面に表示パターンが形成されたパターン電極８ａ〜８ｄが設けられたものを使用している。表示パターンは、背面液晶セル３が図３（ａ）に示すパターンとなっており、前面液晶セル４が図３（ｂ）に示すパターンとなっている。本実施形態においては、自動車のインスツルメントパネルに設けられ、エアコンの作動状態とオーディオ機器の作動状態を示す表示を例にしている。
【００１８】
この図３（ａ）と（ｂ）とを比較してみると、数字を表すセグメントの大きさと個数、或いはボリューム等を示すグラフ表示は、それぞれ大きく異なる形状で形成されている。なお、図３（ａ）及び（ｂ）では、図示した表示要素の他に、他の表示要素（例えばラジオのＡＭの表示等）のセグメントが見えない状態となっているので、そのようなセグメントの図示は省略している。
【００１９】
配向膜９ａ〜９ｄは、パターン電極８ａ〜８ｄが設けられた面に薄膜を形成し、ラビング布を使用して図２に示す所定の方向にラビングしたものである。そのラビング方向は、図２における基準方向を上下方向とすると、図２（ｂ）に示すように背面液晶セル３の背面側配向膜９ａは左４５゜上方、前面側配向膜９ｂは左４５゜下方となっている。また、図２（ｃ）に示すように前面液晶セル４の背面側配向膜９ｃは右４５゜下方、前面側配向膜９ｄは左４５゜下方となっている。本実施形態においては、配向膜９ａ〜９ｄとして日産化学工業（株）製の低プレティルト配向膜ＳＥ−４１０を用いており、ラビング布はレーヨン製のものを用いている。
【００２０】
背面偏光板２は、図２（ａ）に示すようにその透過軸が背面液晶セル３の背面側配向膜９ａのラビング方向と直交するように形成されており、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すように前面偏光板５は背面偏光板２の透過軸及び前面液晶セル４の前面側配向膜９ｄのラビング方向と直交するように形成されている。このように、本実施形態では、背面偏光板２及び前面偏光板５はいわゆる直交ニコルの関係となっている。
【００２１】
液晶材料１０ａ，１０ｂは、背面液晶セル３に用いられる液晶材料１０ａと前面液晶セル４に用いられる液晶材料１０ｂとは、複屈折率及びツイスト角が同一でツイスト方向が逆向きとなっている。具体的には、液晶材料１０ａ，１０ｂとして複屈折率であるΔｎが０．１１２μｍであるメルク（株）製の液晶材料を用いている。また、背面液晶セル３の液晶材料１０ａには同社製の左巻きのカイラル剤であるＳ−８１１を０．２重量％添加し、前面液晶セル４の液晶材料１０ｂには右巻きのカイラル剤であるＺＬＩ−３７８６を０．２重量％添加した。これら２つのカイラル剤はお互いに異性体を形成するものであるため、分子構造やカイラルピッチが等しく、カイラル方向のみが異なるものである。また、ツイスト角は背面配向膜９ａ，９ｂ及び前面配向膜９ｃ，９ｄによりそれぞれ９０゜となっている。
【００２２】
そして、背面液晶セル３及び前面液晶セル４共に、配向膜同士を対面させてシール材６及び直径４μｍのギャップコントロール材（図示せず）を挟んで重ね合わせ、液晶材料１０ａ，１０ｂを注入することにより液晶セルを形成した。このギャップコントロール材は、直径が均一な透明の粒状プラスチック材等からなり、液晶セルの基板間の間隔を一定距離に保つものである。従って、背面液晶セル３及び前面液晶セル４共に、セル厚ｄは４μｍとなる。さらに、図１に示すように、背面液晶セル３及び前面液晶セル４を重ね合わせて固定した。このとき、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、互いに対面する配向膜の配向方向が直交するように、即ち背面液晶セル３の前面配向膜９ｂのラビング方向と前面液晶セル４の背面配向膜９ｃのラビング方向とが直交するように背面液晶セル３及び前面液晶セル４を重ね合わせた。
【００２３】
以上のように、第１の実施形態の液晶表示装置１においては、背面液晶セル３及び前面液晶セル４は、共に複屈折率Δｎが０．１１２μｍであり、セル厚ｄが４μｍであるため、リターデーションΔｎｄは共に０．４４８μｍとなる。
【００２４】
また、背面液晶セル３のパターン電極８ａ，８ｂ及び前面液晶セル４のパターン電極８ｃ，８ｄには、その表示を制御するコントローラ１１が接続されている。このコントローラ１１は、本実施形態では自動車のインスツルメントパネルの各部の表示制御を行うコントロールユニットであり、外部からの指令により液晶表示装置１の表示を制御するものとなっている。
【００２５】
次に、第１の実施形態の液晶表示装置１の作動について説明する。図３（ａ）は、液晶表示装置１においてＦＭラジオの周波数とボリュームの表示がなされている状態を示している。この表示は、コントローラ１１が図示しないＦＭラジオから現在の周波数とボリュームの情報を受信し、背面液晶セル３のパターン電極８ａ，８ｂにおいて必要なセグメントに電圧を印加することにより行っている。一方、コントローラ１１は前面液晶セル４のパターン電極８ｃ，８ｄには電圧を印加していない。
【００２６】
次に、運転者が図示しない切替スイッチにより液晶表示装置１にエアコンの状態を表示させるための指令を行った場合、コントローラ１１によって液晶表示装置１の表示が図３（ｂ）に示す表示に切り替わる。この表示は、コントローラ１１が背面液晶セル３のパターン電極８ａ，８ｂに印加されていた電圧を解除し、前面液晶セル４のパターン電極８ｃ，８ｄにおいて必要なセグメントに電圧を印加することにより行われる。
【００２７】
本実施形態においては、図３（ａ）及び（ｂ）に示す表示パターンが、完全な黒下地のノーマリブラックモードの表示となり、非常に高いコントラストの表示を得ることができた。これは、本実施形態の液晶表示装置１において、背面液晶セル３と前面液晶セル４とが互いに光学的に補償しあう関係にあるためである。また、両液晶セルが単に補償し合うだけでなく、互いに異なる表示パターンを有しているため、他方の液晶セルの表示パターンに拘束されることなく、表示を見る者に対して最適な表示パターンを表示させることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について、図１、図２及び図４を参照して説明する。第２の実施形態の液晶表示装置２１は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、囲みパターン２２と囲みパターン２２内に設けられた内部パターン２３とを表示させるものである。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態とは基本的構成が共通しており、パターン電極８ａ〜８ｄの形状とコントローラ１１の制御方法のみが異なっている。従って、以下に当該相違点を中心として説明を行い、同一の構成については説明を省略する。
【００２９】
第２の実施形態において、図４（ｂ）に示す囲みパターン２２は図１に示す背面液晶セル３に設けられたパターン電極８ａ，８ｂによって表示される。一方、図４（ｃ）に示す内部パターン２３は図１に示す前面液晶セル４に設けられたパターン電極８ｃ，８ｄによって表示される。
【００３０】
コントローラ１１は、背面液晶セル３のパターン電極８ａ，８ｂ又は前面液晶セル４のパターン電極８ｃ，８ｄのみを駆動する単独駆動モードと、双方のパターン電極８ａ〜８ｄを駆動する同時駆動モードの２種類の駆動モードで液晶表示装置２１を駆動することができるようになっている。
【００３１】
次に、第２の実施形態の液晶表示装置２１における作動について説明する。例えば、図４（ｃ）に示す表示がマニュアルモードのエアコン作動時に表示される表示であり、図４（ａ）に示す表示がオートエアコン作動時に表示される表示であるとする。運転者がマニュアルモードでエアコンを作動させたときは、コントローラ１１は前面液晶セル４のパターン電極８ｃ，８ｄのみに電圧を印加し、背面液晶セル３のパターン電極８ａ，８ｂには電圧を印加しない単独駆動モードにより液晶表示装置１を制御する。これにより、図４（ｃ）に示すように、内部パターン２３の「Ａ／Ｃ」の文字のみが表示される。
【００３２】
次に、運転者がエアコンの設定をオートエアコンにした場合、コントローラ１１は背面液晶セル３のパターン電極８ａ，８ｂ及び前面液晶セル４のパターン電極８ｃ，８ｄの双方に電圧を印加する同時駆動モードにより液晶表示装置１を制御する。これにより、図４（ａ）に示すように、囲みパターン２２と内部パターン２３の双方が表示され、「Ａ／Ｃ」の文字と共に周囲の四角形のパターンも表示される。
【００３３】
また、例えば、オートエアコンの作動において、設定温度と車内温度の差が所定の閾値以上の時に急速運転モードとなる場合に、図４（ａ）と（ｃ）の表示を交互に繰り返してもよい。この場合は、内部パターン２３の「Ａ／Ｃ」の文字が点灯状態で、囲みパターン２２が点滅状態となる。或いは、図４（ａ）と（ｂ）の表示を交互に繰り返してもよい。この場合は、囲みパターン２２が点灯状態で、内部パターン２３の「Ａ／Ｃ」の文字が点滅状態となる。
【００３４】
このように、第２の実施形態の液晶表示装置１によれば、囲みパターン２２と内部パターン２３とをそれぞれ独立して駆動し、或いは同時に駆動することができるので、従来の液晶表示装置では困難であった囲みパターン内の内部パターンの独立駆動を実現することができる。また、当該表示を行うために、さらに絶縁層を設ける等の付加的な工程を必要としないので、容易に上記表示を行うことができる。
【００３５】
なお、上記第１の実施形態においては、背面液晶セル３に図３（ａ）のパターンを表示し、前面液晶セル４に図３（ｂ）のパターンを表示しているが、この逆としてもよい。また、上記第２の実施形態においては、背面液晶セル３に図４（ｂ）の囲みパターン２２を表示し、前面液晶セル４に図４（ｃ）の内部パターン２３を表示しているが、この逆としてもよい。また、上記第２の実施形態において、囲みパターン２２を四角形としているが、これに限らず、内部パターン２３の周囲を囲むものであれば任意の形状とすることができる。また、上記第２の実施形態において、内部パターン２３を単一の表示としているが、これに限らず例えば７セグメントを用いた可変数字表示などとすることができる。
【００３６】
また、上記各実施形態において、ＴＮ型液晶のツイスト角を９０゜としているが、これに限らず、７０゜から１２０゜のツイスト角とすることができる。この場合、背面液晶セル３と前面液晶セル４において、液晶材料１０ａ，１０ｂのツイスト角を逆方向とし、双方の液晶セル３，４でリターデーションを共通にし、互いに対面する配向膜９ｂ，９ｃの配向方向を直交させればよい。
【００３７】
また、上記各実施形態では、ノーマリブラックモードの表示について説明したが、背面偏光板２と前面偏光板５の偏光方向を同一にするいわゆる平行ニコルの関係にしてノーマリホワイトモードの表示を行ってもよい。また、背面偏光板２の偏光方向と背面液晶セル３の背面側配向膜９ａのラビング方向とが直交し、前面偏光板５の偏光方向と前面液晶セル４の前面側配向膜９ｄのラビング方向とが直交しているが、これに限らず、それぞれ平行となるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記各実施形態では、背面液晶セル３と前面液晶セル４とをそれぞれ別個に形成しているが、上記特許文献１のように、背面液晶セル３の透明基板７ｂと前面液晶セル４の透明基板７ｃを共有して１枚の透明基板としてもよい。また、上記各実施形態における表示パターンは例示であり、自動車における表示のみならず、家電製品やその他の製品に対応して幅広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の一例である液晶表示装置の積層構造を示す説明的断面図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１の液晶表示装置における偏光方向及びラビング方向を示す説明図。
【図３】（ａ）は背面液晶セルの表示パターンを示す説明図、（ｂ）は前面液晶セルの表示パターンを示す説明図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態の表示態様を示す説明図。
【符号の説明】
【００４０】
１，２１…液晶表示装置、３…背面液晶セル（第１の液晶セル）、４…前面液晶セル（第２の液晶セル）、６…シール材、７ａ〜ｄ…透明基板、８ａ〜ｄ…パターン電極、９ａ〜ｄ…配向膜、１０ａ，ｂ…液晶材料。
【図１】
2007256453.tif 000003
【図２】
2007256453.tif 000004
【図３】
2007256453.tif 000005
【図４】
2007256453.tif 000006