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発明の名称 液晶表示装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−11718
公開日 平成6年(1994)1月21日
出願番号 特願平3−331801
出願日 平成3年(1991)12月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】中村 純之助 (外1名)
発明者 鈴木 仁志 / 斉藤 健 / 松戸 利充 / 東 隆雄 / 井浦 孝之
要約 目的


構成
金属性フレーム(41)と液晶セル(60)との間、および液晶セル(60)と面光源(65)との間の空間の縁周囲全体に介在させるスペーサとして、弾性体から作られた閉じたリングからなるスペーサ(1b、1b′)を用い、これらを金属性フレーム(41)、面光源(65)に設けた複数個の突起(2、3)にそれぞれひっかけて固定した構成。
特許請求の範囲
【請求項1】複数個の略板状部材を積み重ねて構成した液晶表示装置において、少なくとも2個の上記略板状部材どうしの間の空間の縁周囲全体に介在させるスペーサとして、弾性体からなる閉じたリングを用い、該リングを上記略板状部材の縁周囲に設けた突起にひっかけて固定したことを特徴とする液晶表示装置。
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、金属製フレーム、液晶セル、面光源等の略板状部材どうしの間の空間の縁周囲全体に、スペーサが介在された液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の液晶表示素子のツイステッドネマチックタイプと言われるものは、2枚の電極基板間に正の誘電異方性を有するネマチック液晶による90°ねじれたらせん構造を有し、かつ両電極基板の外側には一対の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の軸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51−13666号公報)。
【0003】このようなねじれ角90°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、一対の偏光板間に挟持された液晶分子のねじれ角αを180°より大にし、この液晶層への印加電圧による液晶層の複屈折効果の変化を検出する構成と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することがティー・ジェイ・シェフェール、ジェイ・ネイリングによるアプライド フィジクス レター 45、No.10、1021、1984「ア ニュー ハイリー マルティプレクサ」(Applied Physics Letter、T.J.Scheffer、J.Nehring:“A new、highly multiplexable liquid crystal 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】液晶表示装置には種々のタイプがあるが、例えば、導光体・冷陰極蛍光灯・枠状体等からなる面光源、駆動回路が形成された枠状のプリント基板を周囲に備えた液晶セル、金属性フレーム等の略板状部材を順次積み重ね、金属性フレームに一体に設けた複数個の爪を面光源の枠状体に対応して設けた凹部内に折り曲げることにより各略板状部材が固定されて構成されている。なお、フレームと液晶セル、液晶セルと面光源との間等の空間の縁周囲全体には、クッション材として機能し、かつ、それぞれの隙間にゴミ等の異物が侵入しないように異物侵入防止材として機能するスペーサが介在されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記スペーサに関する従来技術は、例えば特開平2−170128号公報に開示されている。この技術では、液晶セルと板状ELからなる面光源との間の空間の縁周囲全体に、額縁枠状の弾性体からなるスペーサが配置されている。
【0006】従来は、通常、このようなスペーサは、4本の棒状スペーサを組み合わせて額縁枠状に形作り、面光源に貼り付けるので、作業性が悪いという問題があった。
【0007】なお、上記文献には記載してないが、金属製フレームと液晶セルとの間に介在させるスペーサについても同様であった。
【0008】本発明の目的は、金属製フレーム、液晶セル、面光源等の略板状部材どうしの間の空間の縁周囲全体にスペーサを作業性よく介在させることができる液晶表示装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、複数個の略板状部材を積み重ねて構成した液晶表示装置において、少なくとも2個の上記略板状部材どうしの間の空間の縁周囲全体に介在させるスペーサとして、弾性体からなる閉じたリングを用い、該リングを上記略板状部材の縁周囲に設けた突起にひっかけて固定したことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の液晶表示装置では、液晶表示装置を構成する略板状部材どうしの間の空間の縁周囲全体に介在させるスペーサとして、弾性体からなる最初から閉じた形状のリングを用い、該リングを上記略板状部材に設けた突起にひっかけて固定するので、スペーサを作業性よく介在させることができ、液晶表示装置の組立作業性を向上できる。かつ、従来と同等のクッション材としての機能、異物侵入防止材としての機能を果たす。
【0011】
【実施例】次に、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【0012】図1(a)、(b)は、それぞれ本発明の液晶表示装置に用いるスペーサの例の外観を示す斜視図である。
【0013】1a、1bはそれぞれ弾性体で作られ、閉じた円形状のリングからなるスペーサである。弾性体としては、例えばシリコンゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。(a)は断面形状が円形のスペーサ1aを示し、(b)は断面形状が四角形のスペーサ1bを示す。
【0014】図1(c)は、本発明の一実施例の液晶表示装置の分解斜視図である。
【0015】41は金属性フレーム、43は金属性フレーム41に一体に形成された爪、60は液晶セル、35は液晶セル60を駆動させる駆動回路を設けた枠状のプリント基板で、液晶セル60と一体となり、略板状に構成される。65は枠状体42、導光体37、冷陰極蛍光灯(導光体37の導光面の上下(導光面の長い方の辺の上下)に2本配置されており、枠状体42に隠れて見えない)により構成された面光源である。面光源65、液晶セル60、フレーム41の各略板状部材は順次積み重ねられ、フレーム41の爪43を面光源65に爪43と対応して形成された切込み44内に折り曲げることによって、フレーム41を面光源65に固定し、各略板状部材が保持される。
【0016】なお、フレーム41と液晶セル60との間、および液晶セル60と面光源65との間の空間の縁周囲全体には、弾性体で作られた閉じたリングからなるスペーサ1b、1b′が介在されている。スペーサ1bは、フレーム41の表示画面用の四角形状の開口窓の2辺を内側に折り曲げて形成したフレーム41と一体の2個の突起2の外側にひっかけて固定してある。また、スペーサ1b′は、面光源65の枠状体42の成形時に枠状体42と一体に形成した4個(1個は見えない)の突起3の外側にひっかけて固定してある。これにより、図1(b)に示すようなリング状のスペーサ1b、1b′が図1(c)に示すような額縁枠形状に変形され、保持される。
【0017】このように、金属性フレーム41と液晶セル60との間に介在され、突起2により固定されたスペーサ1bは、従来のスペーサと同等のクッション材としての機能を果たし、また、液晶セル60と面光源65との間に介在され、突起3により固定されたスペーサ1b′は、クッション材としての機能と、液晶セル60と面光源65との隙間への異物侵入防止材としての機能を果たすことができる。また、スペーサ1b、1b′は最初から閉じたリング形状をしており、該リング形状のスペーサ1b、1b′をフレーム41の突起2、あるいは面光源65の突起3にひっかけて固定するだけなので、従来の4個の棒状スペーサを組み合わせて額縁枠状に形作り、液晶セル60や面光源65の縁周囲に貼り付ける作業に比べ、スペーサ1b、1b′を介在させる作業性がよく、液晶表示装置の組立作業性を向上することができる。なお、スペーサ1b、1b′の寸法(直径)は、該スペーサ1b、1b′を突起2、3に固定したときにゆがまず、かつ、固定するために適度な張力が得られるように設定する。
【0018】以上、本実施例について説明したが、スペーサは、図1(a)、(b)に示した断面形状が円や四角形状の、円形状のリングのものに限定されず、種々の断面形状、種々のリング形状のものを使用できることは言うまでもない。例えば予め、図1(c)に示したような四角形状(図1(c)では、スペーサ1b、1b′の固定された形状を示している)のリングに形成してもよい。この場合、固定後のスペーサとしての額縁枠形より固定前の寸法をやや小さく形成し、適度な張力により良好に固定されるようにする。また、突起2、3についても、種々の形状、構成の突起を形成することができる。例えば、金属性フレーム41の開口窓の周囲全体に内側に折り曲げた突起を設けてもよい。
【0019】図2は本発明になる液晶表示装置62を上側から見た場合の電極基板上における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3は本発明になる液晶表示装置62の要部斜視図を示す。
【0020】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および上電極基板11と下電極基板12の間に挟持される正の誘電異方性を有するネマチック液晶層50に添加される旋光性物質の種類と量によって規定される。
【0021】図3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らせん状構造をなすように配向させるには、例えばガラスからなる透明な上、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、いわゆる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。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欠け部51を備えた枠状のシール剤52により接着し、その間隙に正の誘電異方性をもち、旋光性物質を所定量添加され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のらせん状構造の分子配列をする。なお31、32はそれぞれ例えば酸化インジウム又はITO(Indium Tin Oxide)からなる透明な上、下電極である。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。藤村他「STN−LCD用位相差フィルム」、雑誌電子材料1991年2月号第37−41頁)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。
【0022】液晶50における液晶分子のねじれ角θは180度から360度の範囲の値を採り得るが好ましくは200度から300度であるが、透過率−印加電圧カーブのしきい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。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の積Δn1・d1は好ましくは0.5μmから1.0μm、より好ましくは0.6μmから0.9μmの範囲に設定することが望ましい。
【0023】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単体では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、好ましくは0.4μmから0.8μm、より好ましくは0.5μmから0.7μmの範囲に設定する。
【0024】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。
【0025】図2で上記の関係の作用効果について説明する。図2は、図3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分子軸配列方向の関係を示したものである。
【0026】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の液晶分子軸配列方向、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、9は下偏光板16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12の液晶配列方向7とのなす角度である。
【0027】ここで本明細書における角α、β、γの測り方を定義する。図7において、複屈折部材40の光学軸5と上電極基板の液晶配列方向6との交角を例にとって説明する。光学軸5と液晶配列方向6との交角は図7に示す如く、φ1およびφ2で表わすことが出来るが、本明細書においてはφ1、φ2のうち小さい方の角を採用する。すなわち、図7(a)においてはφ1<φ2であるから、φ1を光学軸5と液晶配列方向6との交角αとし、図7(b)においてはφ1>φ2だからφ2を光学軸5と液晶配列方向6との交角αとする。勿論φ1=φ2の場合はどちらを採っても良い。
【0028】本発明になる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。
【0029】角度αは好ましくは50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。
【0030】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α、β、γは上記範囲内にあればよい。
【0031】なお、図3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、この位置の代りに、下電極基板12と下偏光板16との間に配設しても良い。この場合は図3の構成全体を倒立させた場合に相当する。
【0032】実施例1基本構造は図2および図3に示したものと同様である。図4において、液晶分子のねじれ角θは240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。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0.67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。
【0033】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しきい値以下のときには光不透過すなわち黒、電圧があるしきい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への印加電圧がしきい値以下のときには白、電圧がしきい値以上になると黒の、前記と逆の白黒表示が実現できた。
【0034】図5は図4の構成で角度αを変化させたときの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転の白黒表示となる。
【0035】実施例2基本構造は実施例1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は実施例1と同じ約0.58μmである。液晶層の厚みd1(μm)と旋光性物質が添加されたネマチック液晶材料のらせんピッチp(μm)との比はd/p=0.72とした。
【0036】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、実施例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ほぼ実施例1同様である。角度α、β、γのずれに対する傾向も実施例1とほぼ同様である。
【0037】上記いずれの実施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度から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、前述の液晶層50同様、配向処理が施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扱えばよい。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良い(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)、アクリル樹脂フィルム、ポリカーボネイトが有効である。
【0038】さらに以上の実施例においては複屈折部材は単一であったが、図3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16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。この場合はこれら複屈折部材のΔn2・d2を再調整すればよい。
【0039】実施例3基本構造は実施例1と同様である。ただし図8に示す如く、上電極基板11上に赤、緑、青のカラーフィルタ33R、33G、33B、各フィルター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。
【0040】なお、図8においては、各フィルタ33R、33G、33B、光遮光膜33Dの上に、これらの凹凸の影響を軽減するため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。
【0041】実施例4実施例3による液晶表示装置62と、この液晶表示装置62を駆動するための駆動回路と、光源をコンパクトに一体にまとめた液晶表示モジュール63である。
【0042】図9はその分解斜視図を示すものである。液晶表示装置62を駆動するIC34は、中央に液晶表示装置62を嵌め込む為の窓部を備えた枠状体のプリント基板35に搭載される。液晶表示装置62を嵌め込んだプリント基板35はプラスチックモールドで形成された枠状体42の窓部に嵌め込まれ、これに金属製フレーム41を重ね、その爪43を枠状体42に形成されている切込み44内に折り曲げることによりフレーム41を枠状体42に固定する。
【0043】液晶表示装置62の上下端に配置される冷陰極蛍光灯36、この冷陰極蛍光灯36からの光を液晶表示セル60に均一に照射させるためのアクリル板からなる導光体37、金属板に白色塗料を塗布して形成された反射板38、導光体37からの光を拡散する乳白色の拡散板39が図9の順序で、枠状体42の裏側からその窓部に嵌め込まれる。冷陰極蛍光灯36を点灯する為のインバータ電源回路(図示せず)は枠状体42の右側裏部に設けられた凹部(図示せず。反射板38の凹所45に対向する位置にある。)に収納される。拡散板39、導光体37、冷陰極蛍光灯36および反射板38は、反射板38に設けられている舌片46を枠状体42に設けられている小口47内に折り曲げることにより固定される。
【0044】本実施例においても、フレーム41と液晶セル60との間、および液晶セル60と面光源65との間の空間の縁周囲全体には、弾性体で作られた閉じたリングからなる断面形状が円形のスペーサ1a、1a′がそれぞれ介在され、突起2、3により固定されており、図1で示した実施例と同様の効果を有する。
【0045】実施例5実施例4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ものである。
【0046】図10にそのブロックダイアグラムを、図11にラップトップパソコン64に実装した図を示す。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63を駆動するものである。
【0047】以上説明したように、上記実施例によれば、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を実現することができる。
【0048】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示装置を構成する略板状部材どうしの間の空間の縁周囲全体に介在させるスペーサとして、弾性体からなる閉じたリングを用い、該リングを上記略板状部材に設けた突起にひっかけて固定するので、スペーサを作業性よく介在させることができ、液晶表示装置の組立作業性を向上することができる。




 

 


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