JPH04178632A - 液晶表示素子及びその駆動方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデイスプレィなどに使われる液晶表示素子及び
その駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

現在、最もよく用いられている液晶表示素子の表示方法
としてツィステッド・ネマティック効果を利用したもの
が挙げられる。まず、これに用いる液晶表示素子につい
て説明する。ラビング等の配向処理を行った２枚の透明
電極付きのガラス基板を、ラビング方向が互いに直交す
るように張り合わせ、その間にネマティック液晶を挟み
込む。

液晶は分子長軸が基板と平行でかっ、２枚の基板間で９
０度れた捻れた配向となっている。この基板両面に、偏
光板をその偏光方向が互いに平行または直行となるよう
に張り付けて液晶表示素子とする。

次に表示原理について説明する。基板両側の２枚の偏光
板は偏光方向が互いに平行であるとする。液晶に電圧が
印加されていないとき、液晶表示素子に入射した直線偏
光は液晶分子の捻れに沿って９０度回転する。張り合わ
せた偏光板の偏光方向は互いに平行であるので、回転さ
れた光は偏光板を通り抜けることができず、暗状態とな
る。

液晶に電圧が印加されたときは、液晶分子か基板に垂直
に立ち上がり、分子の捻れが解け、入射光はそのままの
偏光状態を保持する。このため偏光板を通り抜け、明状
態となる０以上説明したように、液晶に掛かる電圧によ
って明暗の表示が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このツィステッド・ネマティック効果を利用した液晶表
示素子は、前述したように偏光板を必要とする。従って
この液晶表示装置は、通常不定偏光である入射光の半分
以上を偏光板によって損失する。これは、光の利用効率
を低■させるたけでなく、損失光が偏光板などに吸収さ
れるため液晶表示素子の温度上昇を招き、液晶の劣化を
引き起こす遠因ともなる。

なお、不定偏光入射光を互いに直交する２つの偏光成分
、すなわちｐ偏光とＳ偏光に分割し、それぞれに同一特
性のパネルを用いて表示し、それら２つの像を合成する
方法も考えられるか、この場合偏光ビームスプリッタ−
等の光学素子とそれらのための空間を要し、実用的では
ない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決した液晶表
示素子と、それを用いた光利用効率の高い表示を得る駆
動方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の液晶表示素子は、同方向の配向処理を施した２
枚の透明電極付きガラス基板の間に液晶を挟み込んだ集
光作用を有する液晶セルのガラス基板の外側に集光径よ
り大きな遮光膜を形成した第１の液晶表示素子と、前記
第１の液晶表示素子と同一構造の第２の液晶表示素子を
液晶の配向方向が互いに直交するように組み合わせたこ
とを特徴とする。

また、液晶表示素子の駆動方法は、同方向の配向処理を
施した２枚の透明電極付きガラス基板の間に液晶を挟み
込んだ集光作用を有する液晶セルのガラス基板の外側に
集光径より大きな遮光膜を形成した第１の液晶表示素子
と、前記第１の液晶表示素子と同一構造の第２の液晶表
示素子を液晶の配向方向が互いに直交するように組み合
わせた液晶表示素子に於て、前記第１の液晶表示素子と
前記第２の液晶表示素子に同一の駆動電圧を印加するこ
とを特徴とする。

〔作用〕

本発明の液晶表示素子は、同方向の配向処理を施した２
枚の透明電極付きガラス基板で液晶を挟み込んだ集光作
用を有する液晶セルのガラス基板の外側に遮光膜を形成
した同一構造の２枚の液晶表示素子を、液晶配向方向が
互いに直交するように組み合わせたものである。各遮光
膜の位置は集光作用が生じたときのほぼ焦点に相当する
位置であり、遮光膜の大きさは集光径より僅かに大きい
ものである。

本発明の駆動方法は２枚の液晶表示素子に同一の駆動電
圧を印加するものである。入射光をカラス基板に対して
平行光として時、液晶の閾値電圧以上の適当な駆動電圧
を印加すると、入射光側の液晶表示素子の液晶配向と平
行な成分、すなわち異常光は集光作用を受け、焦点位置
に収束する７焦点位１には遮光膜が形成しであるため、
この異常光は遮断され、反対側へ抜は出ることはない。

液晶表示素子の液晶配向と垂直な成分、すなわち常光は
集光作用を受けないので、そのまま抜は出る。しかしな
がら、次に入射する液晶表示素子は前の液晶表示素子に
対して液晶分子の配向方向が直交するように組み合わさ
れている。よって、液晶配向に対して平行な成分、つま
り異常光となり集光作用を受け、焦点位置に収束する。

焦点位置には前の液晶表示素子同様に遮光膜が形成しで
あるため、遮断される。このように、同一構造の２枚の
液晶表示素子を液晶の配向方向が直交するように組み合
わることで、全入射光が遮断されることになる。つまり
、暗表示が得られる。一方、液晶の閾値電圧以下の極め
て低い駆動電圧を印加しても、異常光、常光のどちらに
対しても、特別の作用を生じない。したがって、入射光
のほとんどは直進し、透過する。つまり、明表示が得ら
れる。この時遮光膜の部分は遮光されるが、遮光膜は表
示面積に比較して極めて小さいため光損失もごくわずが
である。

このように、本発明の液晶表示素子は偏光板が不用であ
り、その駆動方法により光の利用効率の高い表示が可能
となる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。第１図（ａ＞、
、（ｂ）、（ｃ）は液晶表示素子の構造の一実施例を示
す。（ａ）が側面図、（ｂ）。

（ｃ）が正面図である。同一構造の２枚の液晶表示素子
１０５，１０６を液晶の配向方向が互いに直交するよう
に組み合わせたものである。それぞれの液晶表示素子は
２枚の透明電極付きガラス基板１０２．１０７で液晶１
０３を挟み込んだ集光作用を有する液晶セルのガラス基
板の外側に遮光ＩＩＩ　］、　０４を形成したものであ
る。遮光膜の位置はレンズとして動作したとき、はぼそ
の焦点に相当する位置である。また、遮光膜の大きさは
集光径よりも僅かに大きいものとする。集光作用を持っ
た液晶セルは一般に液晶レンズと呼ばれ、様々な構造の
ものがあるが、ここでは円形窓状パターンを有する画素
電極と平板透明電極で液晶を挟み込んだ構造のものとす
る。

本発明の液晶表示素子の駆動方法について説明する前に
、第３図を用いて液晶レンズの動作原理について説明す
る。この場合の液晶レンズは、円形窓状パターンを有す
る画素電極３０１と平板透明電極３０２で液晶１０３を
挟み込んだ構造のものである。電極間に液晶の閾値電圧
以下の電圧しか印加していない場合、第３図（ａ＞のよ
うに、液晶１０３はホモジニアス配向であり、すなわち
液晶分子長軸が基板に平行になっている。この時、入射
光に対して特別な効果は持たない。即ち液晶表示素子の
焦点距離が無限遠であるため入射光の常光、異常光とも
収束されず、抜は出てくる。ここで、異常光とは液晶分
子の配向方向に対して平行な偏光成分、常光とは液晶分
子の配向方向に対して垂直な偏光成分を指す。

電極間に液晶の閾値電圧以上の適当な電圧を印加した場
合、第３図（ｂ）のように、電界強度が小さなパターン
中心部は最初の配向のまま基板に平行に配向し、電界強
度が大きなパターン端部は液晶分子長軸が基板に対し垂
直に配向する。液晶分子長軸が基板に垂直に配向するに
従い、異常光に対して実効的な屈折率は小さくなるため
、パターン中心から周辺に向かって屈折率分布は小さく
なる。このため、入射光のうち異常光成分に対して集光
特性、すなわち凸レンズ効果を持つことになる。この時
常光に対しては、実効的な屈折率分布が生じないため何
ら効果は持たない。すなわち、常光は集光されずに抜（
、う出てくる９このように、８！晶し〉・ズは閾値電圧
具」二の電圧印加時は、異常光に対１１．てレンズ作用
を持ち、常光に対してレンズ作用を持たない。また閾値
電圧以下の電圧印加時は、異常光、常光のどちらに対し
てもレンズ作用を持たない。

次に本発明の液晶表示素子の駆動方法による表示原理に
ついて第２図を用いて説明する。２枚の液晶表示素子１
０５，１０６には駆動電源２０３より同一の電圧が印加
される。なお、入射光はガラス基板に対して平行光とす
る。第２図（ａ＞は液晶の閾値電圧以上の適当な電圧を
印加した場合を示す。この時、入射光側の液晶表示素子
ＡｌＯ３の液晶配向と平行な成分、すなわち液晶表示素
子Ａに対する異常光２０１が前述した原理による集光作
用を受け、焦点位置に収束する。焦点位置には遮光膜１
０４が形成しであるため、この異常光は遮断され、反対
側へ抜は出ることはない。液晶表示素子１０５の液晶配
向と垂直な成分、すなわち常光は前述したように集光作
用を受けないので、そのまま抜は出る。しかしながら、
次に入射する液晶表示素子１０６は前の液晶表示素子］
０５に対して液晶分子の配向方向が直交するように組み
合わされている６よって、液晶表示素子Ｂに対する異常
光２０２となり集光作用を受け、焦点位置に収束する６
焦点位置には液晶表示素子同様に遮光膜１０４が形成し
であるため、遮断される。このように、液晶の配向方向
が直交する同一構造の２枚の液晶表示素子を組み合わる
ことで、全入射光が遮断されることになる。すなわち、
暗表示が得られる。

一方、第２図（ｂ）は液晶の閾値電圧以下の電圧を印加
した場合を示す。この時、２枚の液晶表示素子１０５，
１０６は異常光、常光のどちらに対しても特別の作用持
たない。したがって、入射光のほとんどは直進し、透過
する。つまり、明表示が得られる。この時、遮断！１０
４の部分は遮光されるが、遮光膜１０４は表示面積に比
較して極めて小さい。液晶レンズの集光径は直径１０ミ
クロン程度は得られるため、表示面積を通常の液晶パネ
ルの１画素である１００〜２００角を想定した場合、遮
光膜１０４の面積は画素面積の１パーセント以下である
。従って、光損失もごくわずかである。

このように、本発明の液晶表示素子は偏光板が不要てあ
り、光の利用効率の高い表示が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の液晶表示素子と駆動方法
により、偏光板不要で光の利用効率の高い表示が可能で
あり、産業上非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子のｎ４造の一例を示す図
、第２図は本発明の液晶表示素子の駆動方法による表示
原理の一例を示す図、第３図は液晶レンズ動作原理を示
す図である。 １、、０１・・・透明電極、１０２．１０７・・・ガラ
ス基板、１０３・・・液晶、１０４・・遮光膜、１０５
・・・液晶表示素子Ａ、１０６・・・液晶表示素子Ｂ、
２０１・・・液晶表示素子Ａに対する異常光、２０２・
・・液晶表示素子Ｂに対する異常光、２０３・・・駆動
電源、３０１・・・円形窓状電極、３０２・・・平板透
明電極。 代瑠入弁珈士　内厚　　音 第１図 ＠２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）同方向の配向処理を施した２枚の透明電極付きガ
   ラス基板の間に液晶を挟み込んだ集光作用を有する液晶
   セルをガラス基板の外側に集光径より大きな遮光膜を形
   成した第１の液晶表示素子と、前記第１の液晶表示素子
   と同一構造の第２の液晶表示素子を液晶の配向方向が互
   いに直交するように組み合わせたことを特徴とする液晶
   表示素子。
2. （２）同方向の配向処理を施した２枚の透明電極付きガ
   ラス基板の間に液晶を挟み込んだ集光作用を有する液晶
   セルのガラス基板の外側に集光径より大きな遮光膜を形
   成した第１の液晶表示素子と、前記第１の液晶表示素子
   と同一構造の第２の液晶表示素子を液晶の配向方向が互
   いに直交するように組み合わせた液晶表示素子に於て、
   前記第１の液晶表示素子と前記第２の液晶表示素子に同
   一の駆動電圧を印加することを特徴とする液晶表示素子
   の駆動方法。