JPH0854612A - 液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
せる。 【解決手段】 ポリマー分散液晶(PDLC)は、他の
幾つかの種類の液晶ディスプレイ(LCD)では必須と
されている、偏光フィルタと半反射鏡の利用を必要とし
ない。このような偏光フィルタと鏡を不要としたことに
よって、当該フィルタと鏡が生じさせる光の減衰を削減
している。従って、より少ない光の入力量で済むことに
なり、これにより、バッテリで電力が供給されている装
置におけるバッテリ寿命を増加させることになる。ま
た、各画素に複数の色フィルタを設け、ディスプレイ縁
部分で当該液晶(PDLC)を照明することによって、
カラーディスプレイを実現する。
Description
(液晶表示装置、LCD)に関する。より特定すると、
本発明は、ポリマー分散液晶(Polymer-Dispersed liqu
id crystal,PDLC)を用いるディスプレイに関す
る。このような液晶は幾つかの種類の液晶ディスプレイ
で必要とされる、偏光フィルタや半反射鏡を必要として
いない。このようなフィルタや鏡を排したことによっ
て、これらのフィルタや鏡による光損失を減少させ、そ
れによって、バッテリによってエネルギーが供給されて
いるディスプレイにおける、バッテリの寿命を増加させ
ている。
N型液晶ディスプレイ(LCD)を示している。各画素
は左上部の隅に表記されている。コンピュータディスプ
レイにおいては、画素の数はかなり大きなものとなりう
る。一般に利用されているLCDは480行(ドット)
×640列(ドット)の画素、すなわち307,200
の画素を含んでいる。
で示されたデバイスを含んでいる。このデバイスは、M
OSと表記されたトランジスタ(MOS、すなわち金属
酸化物半導体トランジスタ)によって制御されている。
このデバイスのより細部については、図3および図4に
示されている。図3は、図4を簡略化したものである。
り、これらは平行板コンデンサの極板として機能する。
2枚の極板Pは、図4に示されており、ガラスの薄板に
よって保持されているインジウムスズ酸化物、ITO(i
ndium tin oxide)の薄膜によって構成されている。I
TOは電気伝導性があり可視光に対して透明である。図
3のコンデンサの誘電体が液晶材料であり、これらの図
に示されている。
ティングがなされている(図示せず)。このポリイミド
は、その表面上に、平行な溝を作り出すため、生産工程
で一定方向に研磨する加工がなされている。液晶が極板
Pの間におかれている(すなわち、当該ITOの膜の間
ということになる。)ときには、これらの溝によって、
溝と近傍の液晶分子が配向するように誘起される。例え
ば、図5では、分子M1とM2は図に示されたように配
向する。(図においては、溝は示されていない。)
らの溝とこのような分子M1およびM2について、相互
に直交するように組み立てられる。これらの極板の組立
の後、液晶のバルク内に位置している分子は、分子M1
とM2に対し、それぞれ配向しようとする。しかしなが
ら、分子M1とM2が直交していることから、図6に示
されているように、バルク内の分子は、分子M1とM2
をつなぐラセン(弦巻線)Hに沿って配向するような外
力を受ける。
に、それぞれのガラス薄板に付着している。図7に示さ
れているように入射光が入ると、当該入射光の偏光は図
6のラセン(弦巻線)Hに沿い、図7に示されているよ
うに、当該入射光は連続的に90度ねじれ(旋光し)、
底部の偏光フィルタを過ぎて通過する。この部分の画素
は、光が通過している(透過している)ことから、観察
者50にとっては明るく見える。
度)が、ITOの膜を含む各極板間に印加された場合に
は、電圧が図8に示されているように電界を形成する。
従って、各分子が規則正しく配向していないことによっ
て示されているように、液晶分子の漸次的にねじれた配
向は乱されることになる。電圧を印加しない場合のラセ
ンはもはや存在していない。光が、その光路に沿って進
むに従って、ねじれること(旋光すること)はないが、
図9に示されているように、底部の偏光フィルタによっ
て通過が妨げられる。従って、この部分の画素は観察者
50にとっては暗く見える。図10と11は、異なった
種類の陰をつけることで2つの画素の状態を示してい
る。図10においては、光が通過できない画素を点によ
るハッチングにより示している。図11においては、光
が透過している画素は、空白として示されている。
ス]図3および4のデバイスがディスプレイで用いられ
ているときには、図12および13で示されているよう
に、鏡がデバイスの背後に鏡が置かれている。観察者5
0は当該鏡から光が反射されないことから、図12のよ
うに、光の透過が阻害されている画素を暗いものとして
みる。
は、光が透過している画素については、当該鏡が透過光
を反射することから、これを明るいものとしてみる。
(図13における光は、両方向について、図6に示され
たラセンに沿う。従って、当該鏡に向かって進む途中の
場合と当該鏡から反射した後の両方で、液晶を透過す
る。)
に、これらの画素を図14に示されたように配置するこ
とができよう。すなわち、図14の配置は、図3および
図4に示されたデバイスの5×7のアレー状配置を示し
ている。動作させた場合、点によるハッチングにより示
された画素は暗く見え(図12でそうなっているよう
に)、動作させていないときには、光が透過している画
素が明るく見える。(図13でそうなっているように)
当該ディスプレイは、明るい背景上の暗い部分として、
文字Aを示している。
置を用いる場合には、図14の鏡は、図15に示されて
いるように部分透過性のある鏡(部分透過鏡)によって
置き換えられることができよう。光源からの光は、当該
部分透過鏡を透過する。また、図14に示されているよ
うに、点によるハッチングにより示された画素は暗く見
え、空白として示されている画素は明るく見える。(本
装置が周囲の光のなかで用いられるときには、当該部分
透過鏡は、図14の鏡の機能と同様に入射光を反射す
る。)
は、単色のディスプレイについて考えたものである。図
1の画素は色を表示するように配置することも可能であ
る。一つのアプローチとしては、図16に示されている
ように、各画素内に3つのデバイスを配置する方法があ
る。各デバイスは一つの色フィルタを有している。すな
わち、赤色、緑色、青色のフィルタが示されている。
たはそれ以上を動作させることで、画素に赤色、緑色、
青色の色の組み合わせを作り出させることができる。さ
らに、組み合わせの数をより大きくすることも、各デバ
イスに異なった電圧を印加し、赤色、緑色、青色の異な
った強さを作り出すことによって実現されうる。
加されているとすれば、以下の表に示されているよう
に、8種類(すなわち、23)の色の組み合わせが存在
する。
類の量すなわち、消えている状態、明るい状態、ほの暗
い状態を持っているとすれば、より多くの数の組み合わ
せが利用できることになる。
を代表している50%反射鏡とともに、図16の装置の
横断面を示している。図17は、非常に大まかではある
が、どのようにして入射光がさまざまな構成要素により
減衰するのかを示している。同様の減衰は当該鏡によっ
て反射された光においても生じる。
されている場合には、周囲の光を得るのにエネルギーコ
ストがかからないことから、この種の減衰は大した問題
とはならない。しかしながら、本装置が図17の50%
反射鏡の背後に位置した図15の光源によって照明され
ているとすれば、光源は減衰に打ち勝つだけの十分な光
を供給しなくてはならない。図17における全体の減衰
は入射光の75%にもなりうる。(50%が鏡に到達
し、この50%の50%、あるいは25%が観察者へ向
けて戻される。) このような減衰はエネルギーの無駄となる。すなわち、
光源は減衰される光を供給しなくてはならず、従って、
余分な電力が消費される。このような電力消費は当該L
CDがバッテリで電力が供給される例えばポータブルコ
ンピューターのような携帯型装置で利用されている状況
では、望まれないものといえる。
れた液晶ディスプレイを提供することにある。また、本
発明のさらなる目的は、電力消費量の低減されたカラー
イメージの液晶ディスプレイを提供することである。
ポリマー分散液晶(PDLC)ディスプレイが用いられ
ている。PDLCは偏光フィルタを必要とせず、従って
これらのフィルタによる減衰損失を取り除くことにな
る。PDLCは、光源により供給され、当該ディスプレ
イに対して法線方向でない(垂直でない方向)方向に入
射する光線により照明されている。
内に含まれている図3に示されているようなデバイス
は、図18に示されているようなポリマー分散液晶(P
DLC)を利用しうる。PDLCは極板Pによって形成
されているコンデンサの誘電体として機能している。球
体Dは、液晶の液滴(ドロップレット)または粒子を示
している。
る。PDLCの供給者の一つとしては、ドイツのDarmst
adtにあるメルク(Merck)社がある。
る。図19においては、ガラスの薄板によって保持され
たインジウムスズ酸化物、ITO(indium tin oxide)の
層は、図18における極板Pとして機能している。
いて、示されているように図面のMOS(MOS、すな
わち金属酸化物半導体トランジスタ)が開いたスイッチ
として機能していることから、電圧が極板P間に印加さ
れていない。電圧が印加されておらず、かつそのために
極板P間に電界が存在しないことから、PDLCの各分
子および液晶の配向ベクトル(ディレクタ)は図にも示
されているように、ランダムな方向性を示している。こ
のようなランダムな方向を持った分子は入射光を、図に
示されているように散乱することから、PDLCの色は
乳白色または白紙の白色に見える。
反射のような通常の拡散反射の間には、類似する部分も
あるが、異なる部分も存在している。通常の拡散反射で
は理想的な場合、反射の表面はへこみ(おうとつ)のな
い平滑な平面である。
うに、図面のMOS(MOS、すなわち金属酸化物半導
体トランジスタ)が閉じており、電圧が極板P間に印加
されている場合には、電界が生じている。液晶分子は、
図に示されているように、電界の方向と配向する。この
とき、PDLCは、PDLCを通過する光線のために透
明となる。
された反射光は、図21に示された光源30のうち、一
方または両方および反射器33によって与えられる。光
源30は光線35を与え、これがガラスの薄板と縁部分
で結合している部分をえて、図23で示されているよう
に、反射される。(これについては後に議論される。) 図21はまた、カラー表示の画素を作り出す装置を示し
ている。各画素(画素1と画素2が示されている。)は
3色のフィルタ、すなわち、赤色(R)、緑色(G)、
青色(B)のフィルタである。各フィルタはそれぞれ一
対の極板に対応している。赤色(R)フィルタはP1と
P1の対に対応しており、緑色(G)フィルタはP2と
P2の対に対応しているといった具合いである。図22
は図21を横断して示しているものである。
れているように、いわゆる減色法を用いることが考えら
れる。電界が、P1とP1の対のような画素の対に、印
加されている場合、その画素の対間のPDLCは透過性
となっている。光源30により与えられた光は反射され
ず、実質的には、PDLCを透過している。このような
状況は、光線40に示されているように、あたかも観察
者が液晶セルを通して、黒色ベルベットの光吸収体をの
ぞき込んでいるようなものといえる。
画素は動作していないために、反射状態にある。これら
の画素はそれぞれ光線43と46を反射している。観察
者(ここでは示されていない)は、緑色と青色の組合せ
である、一種の紫色を見ることになる。
についての異なった組合せを動作させるだけに過ぎな
い。
素を含む光学的ディスプレイとして、特徴付けることが
できる。 −図21のPDLC薄板のようなポリマー分散液晶の薄
板。 −当該薄板に対し垂直方向(法線方向)以外から照明す
る手段。 すなわち、与えられた光は、図22において垂直線(法
線)と記された垂直な基準軸に沿って進まない。むし
ろ、光はP1、P2、P3といった垂直でない経路を取
っている。(P2とP3の方向からの光については、外
部の光源から与えられることもできようが、その場合、
おそらくディスプレイの厚みを増すことになり、望まし
くないであろう。)
いことから、図7に示されるような、明るい画素を作り
出している、光源から観察者へ至る直接の光の透過はな
い。というよりも、図23の光線43や46に示されて
いるように、これらの光は反射しており、白色ではある
が、図7のように明るいものではない。 −当該薄板に隣接した、異なる色の色フィルタ。図22
における赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のフィル
タが3種類のそのようなフィルタを示している。
一つの形としては以下のような要素を含む光学的ディス
プレイとして、特徴付けることができる。 −図21のPDLC薄板のようなポリマー分散液晶の薄
板。 −前記薄板内に設けられた多数の、図22の画素1のよ
うな、画素。各画素は図21における、P1−P1、P
2−P2、P3−P3の対のような3対の極板を有す
る。 −各極板の対は、液晶が、誘電体の少なくとも一部とな
っているコンデンサを形成している。すなわち、図18
が示しているように、液滴(ドロップレット)Dは極板
P間の空間すべてを占めているわけではないということ
である。従って、当該液滴(ドロップレット)を保持し
ている母材となっているマトリックスが誘電体の他の部
分を形成しているということである。 −各極板のそれぞれの対は、電圧が印加される際に光が
通過するコンデンサを形成している。この場合の光は、
図23の光線40に示されている。 −各極板のそれぞれの対は、より低い電圧が印加された
際に光が反射されるコンデンサを形成している。そのよ
うな場合の、反射光は図23の光線43および46に示
されている。「より低い電圧」とは、図19に示されて
いるような反射を生じさせるために、0ボルトである必
要は必ずしもない、ということを意味している。 −コンデンサに対応した、多数の色フィルタ。なお、コ
ンデンサから反射された光が、観察者側の方向へ戻る経
路の途上、このような色フィルタを通過できるようなも
のとする。このようなフィルタは図23に示されてい
る。観察者側の方向は、観察者の目50で示されてい
る、観察者の位置で表示されている。 −前記薄板の縁部分を照明するための手段。そのような
照明方法30が図21に示されている。
リマー分散型(PDLC型)液晶の相違点]ねじれネマ
チック型(TN型)液晶とポリマー分散型(PDLC
型)液晶の間の光に対する動作特性の相違については、
留意すべきである。ねじれネマチック型(TN型)液晶
系においては、図7および11で透過性であり、図9お
よび10で吸収性である。
いては、図20で透過性であり、図19で反射性であ
る。このような明らかに一つの相違点が実際上は、3倍
の相違点となっている。この点は、次の表に従って説明
されよう。
な相違点を示している。すなわち、 (1)TN型の非透過状態とは、吸収性であるというこ
とである。これに対して、PDLC型の非透過状態と
は、反射性であるということである。 (2)TN型の透過状態は、電界を印加しない(あるい
は減少させる)ことで、実現される。これに対して、P
DLC型の透過状態は、電界を印加することによって、
実現される。 (3)TN型の非透過状態(すなわち、吸収)は、電界
を印加することで実現される。これに対して、PDLC
型の非透過状態(すなわち、反射)は電界を印加しない
ことで実現される。
乱状態は、図23に示されるような縁部分の照明と黒色
ベルベット暗幕(あるいはその均等物)を用いた、直接
見るためのディスプレイにおいて利用される。しかしな
がら、本発明をプロジェクションモード(投影形式)で
(壁サイズのビデオディスプレイでのプロジェクション
のような)利用することも、また可能である。この場
合、ディスプレイはシャッタとして機能しており、光の
通過を妨げたり(図20に示されているように)、光を
投影したり(図19に示されているように)する。
になるであろうが、図15は、プロジェクションについ
ての簡略化した図を示している。修正点の一つは、異な
った種類の光源が用いられるということである。もう一
つの修正点は、光源がシャッタ(すなわち、文字A)に
対して適切に焦点合わせがなされるということと、レン
ズ系が文字Aの像のピントを合わせるために用いられる
ということであろう。
図22に示された本発明の実施例では、図6に示されて
いる先行技術のTN型による画素で用いられている、偏
光材料(偏光フィルタ)を不要としている。この点は、
偏光フィルタが高価であり、また、光を相当量吸収する
ということから、有用な点といえる。このような吸収に
よって、その分の光は無駄となってしまい、携帯型装置
の場合には、バッテリが無駄となる光を作り出す電力を
供給しなくてはならないことから、必要以上に大きなバ
ッテリを要するものとなる。
りとして、透過状態において、TN型による画素は入射
光のおよそ50%を減衰させるといえる。これに対し
て、透過状態における、PDLC型による画素の減衰は
ほとんど0であり、5%や10%という値に比べて、確
実に少ない。
ある場合、反射光の50%あるいはそれ以上を減衰させ
ていることになる。これに対し、PDLC型による画素
は、明るい(反射性の)状態で、実質的にはほとんど光
を減衰させないか、あるいは、減衰の割合は5%よりも
確実に少ない。
スプレイの明るい画素を通過した光は、およそその50
%まで減衰されるであろう。
レイでは、光源30によって与えられ、明るい画素P3
によって反射された光の減衰は、はるかに少ない。減衰
は確実に10%よりも少なく、0に非常に近いものであ
る。明るい画素P3は、光源30から受け取った入射光
の90%以上を観察者の方向へ、再び送り出している。
(観察者の目が必ずしも、再び送り出された光のすべて
を受け取るということはないであろう。というのは、観
察者の目は、再び送り出される光が分散する空間のうち
で極めて僅かな空間のみを占めているに過ぎないからで
ある。にもかかわらず、このような再び送り出された光
は、ディスプレイに対して観察者が位置している側へ、
すべて向けられている。)
における液晶ディスプレイにおいて、装置上の光源を用
いて明るい画素を作り出してはいるが、光の減衰を10
%以下にすることを可能としている。「減衰」(Attenua
tion)という言葉は、当該技術上知られている用語であ
る。一つの定義としては、光源から、反射光が明るい画
素を出ていく平面に至る光路に沿うに伴って生じる光の
強度の減少のことを、このように呼んでいる。ここでの
平面とは、例えば、図23のITO薄膜の平面によって
代表させることができよう。点FとGの間での光の減衰
は10%よりも少ない。(なお、各種色フィルタ、R
(赤色フィルタ)、G(緑色フィルタ)、B(青色フィ
ルタ)についての固有の光減衰についてはここでは含ま
ない。色フィルタによる減衰については、用いられてい
る特定の材料によって大きく変化しうる。)
という用語は、ときにネマティック曲線配向型相(Nemat
ic Curvilinear Aligned Phase)という用語に置き換え
られることがある。このような用語は、まだ標準的に用
いられるようになっているものではない。
リマー分散液晶を用いることで、従来一部の液晶ディス
プレイにとって必須であった、偏光フィルタや半反射鏡
等の構成要素を不要とし、もって光減衰を著しく削減
し、余分な電力消費を抑制した。この点は、バッテリ等
により電力が供給される携帯型装置において、特に有効
である。また、本発明によれば、このような液晶ディス
プレイは単色のみならず、カラーディスプレイとするこ
とも可能である。
れているデバイスを示す図である。
れらはそれぞれ直角に配向している。
に沿って配向することを誘起する、液晶分子M1とM2
を示す図である。
過する光を示す図である。
壊するのかを示す図である。
のようにして光の透過が妨げられるかを示す図である。
ここで画素は、光吸収性である。
げられた際に、暗く見える様子を示す図である。
る際に、明るく見える様子を示す図である。
のように配置しうるかという様子を示す図である。
条件下で用いられるための部分透過鏡および光源ととも
に示す図である。
ようにしてカラー化した画素を作りうるかについて示す
図である。
である。
分散液晶(PDLC)を示す図である。
態である、PDLCを示す図である。
体とともに示す図である。
ついての制御がなされる様子を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 ポリマー分散液晶の薄板と、前記薄板を
その法線方向からずれた方向から照明する手段と、前記
薄板に隣接した異なった色の複数のフィルタとからなる
ことを特徴とする液晶ディスプレイ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US279304 | 1994-07-21 | ||
| US08/279,304 US6166789A (en) | 1994-07-21 | 1994-07-21 | Liquid crystal display |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0854612A true JPH0854612A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=23068414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7205100A Pending JPH0854612A (ja) | 1994-07-21 | 1995-07-20 | 液晶ディスプレイ |
Country Status (3)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0693703A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0854612A (ja) |
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- 1995-07-20 JP JP7205100A patent/JPH0854612A/ja active Pending
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| EP0693703A1 (en) | 1996-01-24 |
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