JPH0572529A

JPH0572529A - 液晶表示素子及びそれを用いた装置とシステム

Info

Publication number: JPH0572529A
Application number: JP3237840A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Masaaki Kitajima; 雅明北島; Shinichi Komura; 真一小村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】散乱モードの液晶の散乱性を制御し、輝度，コ
ントラスト比，色相の視野角依存性の低減を図り、表示
品質の高い液晶表示装置を得る。【構成】上偏光子４０と下偏光子４１とに挟まれた部分
は表示用液晶素子８０、中間層の透明電極２２と下透明
電極２３に電界を印加することにより、液晶の配向状態
を変化させて光変調を行う。上基板１０と上偏光子４０
とに挟まれた部分は散乱を制御できる液晶素子７０、上
透明電極２０と中間層透明電極に電圧を印加することに
より、その液晶素子７０による散乱性を制御して、視角
依存性を低減。また、散乱性を制御することにより視角
範囲を任意に設定する。センサーを備えることにより視
認者の位置を検知して視角方向も任意に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋光性，複屈折性を持
つ液晶と、散乱性を制御できる液晶とからなり、その散
乱性を制御することにより、視角依存性の低減を図る液
晶表示素子及び、それを用いた装置とシステムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置は、ほとんどがＴＮ
型液晶表示装置で、二枚の偏光子間に液晶を挟持してな
り、旋光性を利用して、電圧を印加して光変調を行う液
晶表示装置である。このタイプの液晶表示装置は、視角
によって光が実際に通る距離、屈折率が異なるため、視
角により光路差が異なる。また、液晶分子の角度と視角
の相対的な角度により、旋光性，複屈折性が異なる。し
たがって、視角依存性が大きく、視角による輝度、コン
トラスト比の低下、或いは、輝度，色相の反転は免れな
い問題であった。特開昭60−2918号には、ＴＮ液晶にお
いて、光散乱用粒子を散在させた層を設置することによ
り、表示視角依存性を低減できる液晶表示装置が記載さ
れている。また、特開昭62−55624 号には、前面基板側
に光散乱層を設け、更に、光散乱層の表面に保護層を形
成することにより、表示視角依存性の少ない液晶表示装
置が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、ある一定の散乱性を持つ散乱層を設
けているために視角依存性を制御することができなかっ
た。

【０００４】本発明の目的は、旋光性，複屈折性を利用
した液晶表示装置において、散乱を制御できる液晶を設
け、その散乱性を持つ液晶に印加する電界の強度を変化
させることにより散乱性を制御して、輝度，色相，コン
トラスト比の視角依存性の少ない液晶表示素子及び、そ
れを用いた装置とシステムを提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、その構成は図１に示す
ように電極を有する一対の基板間に挟持された旋光性，
複屈折性を持つ液晶と、旋光性，複屈折性を持つ液晶層
の両側から挟むように配置された一対の偏光子と、一対
の電極を有する基板間に挟持された散乱性を制御できる
液晶層を偏光子の視認方向、或いは、反視認方向に配置
した二層構造の液晶表示素子に、液晶への電圧を印加す
るための手段を備えた液晶表示装置である。また、図４
に示すように、前述の液晶装置に液晶素子駆動用ドライ
バー、その駆動用ドライバーを制御するコントロール回
路、コントロール回路へのビデオ信号入力装置、視認者
の位置を検知できるセンサー、センサーからの信号を処
理し、コントロール回路へ信号を送信する信号処理回路
を具備した液晶表示システムである。

【０００６】

【作用】本発明の作用について説明する。散乱性を制御
できる液晶の両側の一対の電極に電圧を印加することに
より、散乱性を制御できる液晶の散乱性を制御して、視
角範囲を任意に設定できる。散乱性を制御できる液晶の
散乱の度合を大きくしたときには、全視角方向の輝度を
平均化することができ全視角方向にわたって輝度，コン
トラスト比，色相はほぼ一定に保たれる。一方、散乱性
を制御できる液晶の散乱の度合を小さくしたときには、
必要な一定の視角範囲において良好な表示を得ることが
できる。また、ユーザーはその場に応じて視角方向を設
定することも、散乱性を制御することにより視角範囲を
設定することもできる。さらに、液晶表示装置の表面に
センサーを備えることにより自動的にユーザーの位置を
認知して、視角方向，視角範囲を制御できる液晶表示シ
ステムを得ることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の詳細を図面を参照して説明す
る。

【０００８】実施例１本発明の第一の実施例について説明する。その構成は図
１に側面断面図を示すように、可視域で光学的に透明な
基板１０，１１，１２，透明電極２０，２１，２２，２
３，散乱モードの液晶３０，偏光子４０，４１，配向膜
５０，５１，旋光性，複屈折性を持つ液晶層６０，電圧
供給源１００，１０１，スイッチ９０，９１からなる。

【０００９】ここでは、散乱モードの液晶層３０として
ポリマー分散型液晶を、旋光性，複屈折性を持つ液晶層
６０としてＴＮ液晶を例にとり、ＴＮ液晶はノーマリー
ホワイトモードとして説明する。偏光子４０，４１は直
交ニコルで配置されており、透明電極２２，２３間に電
圧を印加することにより、ＴＮ液晶層６０の旋光性，複
屈折性を利用して光の透過率を制御することができる。
従来の液晶素子は、前記のように旋光性，複屈折性を制
御することにより光の透過を制御してきた。このような
旋光性，複屈折性を利用した表示モードにおいては、視
角方向により実質的に入射光の受ける旋光性，複屈折性
が異なるために、視角に依存して輝度，色相が低減、ま
た、反転する現象が起こる。

【００１０】そこで、このような視角依存性のあるＴＮ
型液晶素子８０の上部に散乱を制御できるポリマー分散
型液晶素子７０を配置することにより視角依存性を低減
することができる。つまり、図２のようなポリマー分散
型液晶７０をＴＮ型液晶素子８０の上部に配置した図１
の構成とすることにより達成することができる。図２の
（ａ）には、ポリマー分散型液晶７０に電界を無印加と
したときの、（ｂ）には、電界印加時の入射光の様子を
示している。ＴＮ型液晶素子８０からの出射光１４３
は、電界無印加時には液晶分子１３１がランダムに配列
しているために、全視角にわたってほぼ等方的に散乱さ
れる出射光１５２として液晶素子から出射される。従っ
て、視角依存性の少ない表示を得ることができる。一
方、（ｂ）のように、ポリマー分散型液晶７０に電界を
印加としたときには、印加電界により液晶分子１３１は
電界にほぼ平行に配列するために、ＴＮ型液晶素子８０
からの出射光１４３は、液晶分子１３１により散乱され
ることなく、そのまま出射光１５３として出射される。
従って、電界印加時には、視角特性が良くなることはな
いが、透明電極２０，２１間に印加する電圧を制御する
ことにより散乱性を制御することができる。したがっ
て、全視野にわたって均一な輝度，色相を得ようとする
ときには、透明電極２０，２１間に電圧無印加とするこ
とにより、ポリマー分散型液晶３０の散乱性を高めて、
全視角方向に均一になるようにすることができる。ま
た、ある一定の視角範囲に対して、輝度，コントラスト
比が高くなるようにするには、透明電極２０，２１間に
適当な電界を印加することで、ポリマー分散型液晶３０
の散乱性を制御することにより達成できる。つまり、液
晶表示装置の輝度，コントラスト比，色相等の視角特性
を可変にすることができるので、ユーザー一人のみ視認
できればよいときには、ポリマー分散型液晶３０に電圧
を印加して散乱性を低下させることにより、従来のＴＮ
液晶の視角特性に近いものとして他人に覗かれることな
くユーザーは使用することができる。一方、広い視角範
囲で視認する必要がある場合には、ポリマー分散型液晶
３０に電圧無印加とすることにより、散乱性を増大させ
て、視角依存性の少ない液晶表示装置を達成できる。

【００１１】図２のポリマー分散型液晶内に色素を混入
することにより、偏光板を用いずにモノクロ表示、例え
ばＲ，Ｇ，Ｂの色素を用いることによりカラー表示を達
成することができる。ポリマー分散型液晶内に色素を混
入した構成を図３に示す。図３の（ａ），（ｂ）のポリ
マー分散型液晶素子７２を図１の散乱性を制御できる液
晶素子７０として利用する。色素の混入位置は液晶のド
ロップレット内である必要はなく支持媒体１３０内にあ
っても良い。また、別途カラーフィルター層を積層する
ことも可能である。

【００１２】図３にカラー表示の原理について説明す
る。図３（ａ）の色素１３２が例えば、赤色色素である
とすると、ポリマー分散型液晶に電界無印加時には、赤
色光１４０は色素１３２で吸収されて視認方向に出射さ
れないが、赤色光以外の入射光１４１は、色素において
吸収されることなく、液晶分子１３１，色素分子132で
散乱されて、出射光１５０として視角の拡大した表示を
得ることができる。一方、ポリマー分散型液晶に電界印
加時には、赤色光１４０は色素に吸収されることなく出
射光１５１として出射される。また、赤色光以外の入射
光１４４は、赤色色素１３２に吸収されることなく散乱
されて、出射光１５４として出射される。従って、全入
射光が出射されるため白色光となる。以上のような効果
により、例えば、赤，緑，青の三原色の二色性色素を各
画素毎に混入することにより、カラー表示が達成でき
る。

【００１３】散乱性を持つの液晶層３０としては、ポリ
マー分散液晶の代わりに、例えば、図４のようにＤＳモ
ードの液晶等、透明モードと散乱モードとを制御できる
物であればよい。図１の散乱を制御できる液晶素子７０
の代わりに、ＤＳモードの液晶素子７１を利用すること
ができる。しかし、ポリマー分散型液晶に比較すると散
乱性が小さい。また、旋光性，複屈折性を持つ液晶層６
０には、ＴＮ型液晶以外に図５のように基板に平行に配
向したホモジニアス配向液晶を利用したホモジニアス配
向液晶素子８１を図１の旋光性，複屈折性を利用した液
晶素子８０に代わって利用できる。さらに、その他に、
ＳＴＮ液晶，ホメオトロピック配向液晶等、透明電極２
２，２３に電圧を印加することにより、旋光性，複屈折
性を制御して、光変調のできるものであれば良い。

【００１４】図１における透明電極２２，２３をストラ
イプ状にすることにより、つまり、図６に示すようにス
トライプ状の電極２４，２５を直交させ単純マトリクス
駆動とすることにより、時分割駆動で視角依存性の少な
い液晶表示装置を実現できる。

【００１５】実施例２本発明の第二の実施例について説明する。構成は、図７
の薄膜トランジスをマトリクス状に配置することによ
り、アクティブマトリクス駆動が可能な視角依存性の少
ない液晶表示装置を実現できる。一方、薄膜トランジス
タ以外にMOSFET，ＭＩＭ等の非線形素子を組み込んだ場
合にも適用できる。

【００１６】実施例１において旋光性，複屈折性を持つ
液晶へ電圧を印加する手段として薄膜トランジスタを用
いるものであり、その構成は図７に示すように、透明画
素電極１１１，絶縁層１１２，１１４，ソース電極１１
７，ドレイン電極１１３，ゲート電極１１５，アモルフ
ァスシリコン層１１６，蓄積容量用電極１１８からな
る。これは、薄膜トランジスタの構造の一例を挙げたの
であって、構造はスタガでも、逆スタガ構造でも差し支
えない。その他薄膜トランジスタを設けたこと以外の散
乱を制御できる液晶や旋光性，複屈折性を持つ液晶の構
成は、実施例１と同様であり、散乱モードの液晶層３０
としてはＤＳモードの液晶等、透明モードと散乱モード
とを制御できる物であればよい。また、旋光性，複屈折
性を持つ液晶層６０にはＳＴＮ液晶，ホモジニアス配向
液晶，ホメオトロピック配向液晶等、透明電極２２，２
３に印加する電圧により、旋光性，複屈折性を制御して
光変調のできるものであれば良い。実施例１と同様カラ
ーフィルタ層を積層するか、散乱性を制御できる液晶内
に二色性色素を混入することにより達成できる。

【００１７】実施例１と同様に、ポリマー分散型液晶３
０に印加する電圧を変化させることにより散乱性を制御
することができる。つまり、液晶表示装置の輝度，コン
トラスト比，色相等の視角特性を可変にすることができ
るので、ユーザー一人のみ視認できればよいときには、
ポリマー分散型液晶３０に電圧を印加して散乱性を低下
させることにより、従来のＴＮ液晶の視角特性に近いも
のとして他人に覗かれることなくユーザーは使用するこ
とができる。一方、広い視角範囲で視認する必要がある
場合には、ポリマー分散型液晶３０に電圧無印加とする
ことにより、散乱性を増大させて、視角依存性の少ない
液晶表示装置を達成できる。従って、旋光性，複屈折性
を持つ液晶６０へ電界を印加する手段として薄膜トラン
ジスタをスイッチとして用いることにより、他の画素の
電極電圧の影響を受け難い、高精細，高速駆動の視角範
囲，視角方向を制御できる液晶表示装置が達成できる。

【００１８】実施例３本発明の第三の実施例について説明する。システムの構
成は、図７に示すように液晶素子２０４、前記液晶素子
駆動用ドライバー２０２，２０３，液晶素子２０４上
（表示画面またはそれ以外の部分）にセンサー２０５，
センサーの信号処理回路２０６，コントロール回路２０
１、及び外部入力装置２０７からなる。液晶素子２０４
は、図１のスティック駆動の液晶素子、図６のストライ
プ電極を用いた時分割駆動可能な液晶素子、または、図
７の薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス駆
動可能な液晶素子等である。以上の構成の液晶表示装置
において、散乱性を持つ液晶３０には電圧無印加時に
は、第一の電圧がドライバー２０２の出力になるように
外部入力装置２０７からコントロール回路に信号を入力
する。また、特定の視角において輝度，コントラスト、
及び色相を保ちたいときには、外部入力装置２０７から
信号を入力してコントロール回路を制御して、液晶素子
２０４の散乱性を持つ液晶にかかる電圧を制御すること
により視角範囲を調整できる。また、センサー２０５に
より、ユーザーの移動位置を検知して、信号処理回路２
０６により処理してコントロール回路にフィードバック
してドライバー２０２，２０３の信号出力を制御して、
液晶駆動電圧をセンサーからの出力に対応させることに
より、視角方向の制御を行う。

【００１９】以上３種の実施例について説明したが、こ
れらの実施例において、散乱性を制御できる液晶中に色
素を混入して延伸させることにより、偏光板として用い
ることも可能であるため、偏光子４０を取り除くことも
できる。また、前述したように散乱性を制御できる液晶
中に混入する色素をＲ，Ｇ，Ｂ三色の二色性色素を用い
ることにより、偏光板，カラーフィルタ、更に、散乱制
御物質を兼ね備えることができる。また、別の手段で
Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを各画素毎に備えることに
より、視角依存性の少ないカラー液晶表示装置を得るこ
とができる。

【００２０】また、ノーマリーホワイトモードについて
扱ったが、ノーマリーブラックモードについても活用で
きる。

【００２１】本発明の液晶素子の作製は、以下の方法に
より行う。まず、旋光性，複屈折性を持つ液晶を配向膜
を塗布し、ある特定方向にラビングを施した二枚基板間
に液晶を充満させ、更に、偏光子を両基板に貼付て（例
えば、直交ニコル）、偏光性を用いた液晶素子を作製す
る。次に、前述の液晶素子の一方の偏光子上に透明電極
ＩＴＯをスパッタ，蒸着等で堆積して、その上に散乱性
を持つ液晶（たとえばポリマー分散型液晶）をスピンコ
ート，ブレード等によって塗布し、透明電極付き基板を
圧着することにより、二層構造の液晶表示装置を作製す
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、以上説明した
ように、旋光性，複屈折性を持つ液晶素子上に散乱性を
制御できる液晶素子を構成した二層構造にすることによ
り、第一の液晶層による視角依存性を第二の液晶層の散
乱性を制御することにより、視角依存性を補償すること
ができる。したがって、第二の液晶層の散乱性を制御す
ることにより、視角の範囲，輝度，コントラスト比を選
択することができる視角依存性の小さい表示品質の高い
液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す側面断面図である。

【図２】本発明の散乱状態を示す側面断面図である。

【図３】本発明の散乱吸収状態を示す側面断面図であ
る。

【図４】本発明の構成を示す側面断面図である。

【図５】本発明の構成を示す側面断面図である。

【図６】本発明の構成を示す側面断面図である。

【図７】本発明の構成を示す側面断面図である。

【図８】本発明による表示システム概略図である。

【符号の説明】

１０〜１２…透明基板、２０〜２３…透明電極、２４，
２５…ストライプ状電極、３０…散乱性を持つ液晶、４
０，４１…偏光子、５０，５１…配向膜、６０…旋光
性，複屈折性を持つ液晶、７０〜７２…散乱を制御でき
る液晶素子、８０，８１…旋光性，複屈折性を制御でき
る液晶素子、９０，９１…スイッチ、100，１０１…電
圧供給源、１１１…画素電極、１１２，１１４…絶縁
層、１１３…ドレイン電極、１１５…ゲート電極、１１
６…アモルファスシリコン層、１１７…ソース電極、１
１８…蓄積容量用電極、１３０…支持媒体、１３１…液
晶分子、１３２…二色性色素分子、１４０〜１４３…入
射光、１５０〜１５３…出射光２０１…コントロール回路、２０２，２０３…ドライバ
ー、２０４…液晶素子、２０５…センサー、２０６…信
号処理回路、２０７…外部入力装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を有する一対の基板間に挟持された旋
光性，複屈折性の少なくても一方の性質を持つ液晶と、
前記旋光性，複屈折性を持つ液晶の両側から挟むように
配置された一対の偏光子とで構成された液晶素子におい
て、一対の電極を有する基板間に挟持された散乱性を制
御できる液晶を前記偏光子の視認方向、または、反視認
方向のどちらか一方に配置したことを特徴とする液晶表
示素子。
【請求項２】請求項１において、前記旋光性，複屈折性
を持つ液晶として、ＴＮ液晶，STN液晶，ホモジニアス
配向液晶、或いは、ホメオトロピック配向液晶等、光変
調が可能な液晶を用いたことを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項３】請求項１において、前記散乱性を制御でき
る液晶として、ポリマー分散型液晶、或いは、ＤＳＭ型
液晶等、透明モードと散乱モードを制御できる液晶を用
いたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】請求項３において、前記散乱性を制御でき
る液晶に電界を印加する電圧供給源を具備し、視角特性
を可変にできることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】請求項２又は３において、前記旋光性，複
屈折性を持つ液晶の一対の電極をストライプ状にするこ
とによりマトリクス電極を設けたことを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項６】請求項２又は３において、前記旋光性，複
屈折性をもつ液晶中、或いは、前記散乱性を制御できる
液晶中に色素を混入したこと、或いは、前記色素入り液
晶を延伸させて偏光性を持たせたことを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項７】電極を有する一対の基板間に挟持された旋
光性，複屈折性の少なくても一方の性質を持つ液晶と、
旋光性，複屈折性を持つ液晶の両側から挟むように配置
された一対の偏光子と、偏光子の視認方向、または、反
視認方向のどちらか一方に配置した一対の電極を有する
基板間に挟持された散乱性を制御できる液晶からなり、
旋光性，複屈折性を持つ液晶の一対の電極の少なくても
一方を薄膜トランジスタでマトリクス状に配置したこと
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】請求項７において、前記旋光性，複屈折性
を持つ液晶として、ＴＮ液晶，STN液晶，ホモジニアス
配向液晶、或いは、ホメオトロピック配向液晶等、光変
調が可能な液晶を用いたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項９】請求項７において、前記散乱性を制御でき
る液晶として、ポリマー分散型液晶、或いは、ＤＳＭ型
液晶等、透明モードと散乱モードを制御できる液晶を用
いたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】請求項９において、散乱性を制御できる
液晶に電圧を印加する電圧供給源を具備し、視角特性を
可変にできることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】請求項８又は９において、前記旋光性，
複屈折性をもつ液晶中、或いは、前記散乱性を制御でき
る液晶中に色素を混入したこと、或いは、前記色素入り
液晶を延伸させて偏光性を持たせたことを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項１２】電極を有する一対の基板間に挟持された
旋光性，複屈折性の少なくても一方の性質を持つ液晶
と、旋光性，複屈折性を持つ液晶の両側から挟むように
配置された一対の偏光子と、一対の電極を有する基板間
に挟持された散乱性を制御できる液晶を前記偏光子の視
認方向、または、反視認方向のどちらか一方に配置した
液晶素子において、前記液晶素子の駆動用ドライバー、前記駆動用ドライバ
ーのコントロール回路、前記コントローラ回路へのビデ
オ信号入力装置、視認者の位置を検知できるセンサー，
前記センサーからの信号を処理し、前記コントロール回
路へ信号を送信する信号処理回路、散乱性を外部から制
御するための外部入力装置を具備したことを特徴とする
液晶表示システム。
【請求項１３】請求項１２において、前記旋光性，複屈
折性を持つ液晶として、ＴＮ液晶，ＳＴＮ液晶，ホモジ
ニアス配向液晶、或いは、ホメオトロピック配向液晶
等、光変調が可能な液晶を用いたことを特徴とする液晶
表示システム。
【請求項１４】請求項１２において、前記散乱性を制御
できる液晶として、ポリマー分散型液晶、或いは、ＤＳ
Ｍ型液晶等、透明モードと散乱モードを制御できる液晶
を用いたことを特徴とする液晶表示システム。
【請求項１５】請求項１３において、散乱性を制御でき
る液晶に電圧を印加する電圧供給源を具備し、視角特性
を可変にできることを特徴とする液晶表示システム。
【請求項１６】請求項１３又は１４において、前記旋光
性，複屈折性を持つ液晶中、或いは、散乱性を制御でき
る液晶中に色素を混入したこと、或いは、前記色素入り
液晶を延伸させて偏光性を持たせたことを特徴とする液
晶表示システム。
【請求項１７】請求項１２において、前記液晶素子の散
乱性を持つ液晶を旋光性，複屈折性を持つ液晶の偏光子
上にスピンコート，ブレード等を用いて塗布したことを
特徴とする液晶表示システム。