JPS61166595A - 液晶表示装置 - 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、液晶表示装置に関し、特に、液晶の熱光学効
果を利用し、多容量情報の表示に適した液晶表示装置に
関する。

〔従来の技術］ 従来より、液晶表示装置は主として腕時計やポケット型
電卓、携帯用ゲームマシンなどに使用され、各種専務用
機器や計測用機器の端末表示器、更にはＴＶやビデオカ
メラ用モニターの表示器のように多大な容量の情報を表
示するには、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイが広く使
用されて来たが、ＣＲＴディスプレイは寸法が大型にな
りがちで、重量的にも扱い難いので、近時、薄型で軽量
な液晶表示装置の利用がこの分野にも考えられるように
なった。その場合、従来のツィステッドネマチック型液
晶表示装置では、表示容量を大きくすることが困難なの
で、熱書込液晶表示素子が使用される。熱書込液晶表示
素子は、液晶セルを部分的に加熱バイアスして、液晶を
スメクチック相からネマチック相、更に等方性液相に変
化させた後、これを再び液晶相へ戻す過程で液晶分子の
配列を能動的に変え、光学的に透明な部分と不透明な部
分とを与えて、所望の映像を書込むものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 第４図は、従来の熱書込液晶表示装置の一例を示す部分
構造図で、液晶層を挟持する基板上の電極パターンを示
している。第４図において、一方の基板には行電極ＸＯ
，ＸＩ、Ｘ２．−−ｘｎが設けられ、別な一方の基板に
は前記行電極とほぼ直交する方向の列電極ＹＯ，Ｙｌ、
Ｙ２．−−Ｙｌｌが設けられている。前記行電極ＸＱ−
Ｘｎは低抵抗金属材で形成され、前記列電極Ｙｏ−ＹＩ
ｌは透明電極材で形成されテイテ、行電極ＸＯ，Ｘｌ、
Ｘ２．−−Ｘｎに順次、電極パルスを印加して行くと、
当該電極上の液晶が順次加熱される。加熱は液晶層が等
方性液晶になるのに充分な時間性われるものとし、電流
パルスが移動すると、液晶層は順次冷却されて等方性液
相からネマチック相、更にスメクチック相へと変化する
。この冷却時に、電圧が印加されていると、液晶がネマ
チック相の段階で電界の及ぼす配向効果により垂直配向
状態になり、そのままスメクチック相で安定化して、外
観的には透明となる。一方、電圧が印加されないままで
冷却される場合は１等方性液相のランダムな状態がスメ
クチック相まで持ち越されて安定化するため、外観的に
は白濁して見える。従って、列電極ＹＯ。

Ｙｌ、Ｙ２．−−Ｙ、に、画像に対応する電圧信号を配
すれば、行電極と列電極との交点である画素を透明か白
濁かに描き分けることができ１表示装置を構成する。こ
のような熱書込方式によれば、書　：込の選択が熱信号
と電気との異質な三者によって行われるため、いわゆる
クロストークを生じることはなく、大容量の薄形表示が
得られることになるが、大容量を得るためには、行電極
ｘｎの輻ｄに対して長さ立を大きくしなければならず、
電極シート抵抗をｒ（Ω／　ｓｑ）とすると、行電極の
抵抗Ｒは。

Ｒ＝ＪＬ／ｄ−ｒ なので、非常に大きな値になり、所要の熱量を供給する
ために、高電圧が必要となる。即ち、印加電極をＶ、印
加時間をｔとして、単位面積当りの熱量Ｗを供給するた
めには、 ■＝見・ＦＴ−７７丁 が必要であり、例えば、ｒ　＝　１０　（Ω／５ｑ）（
ＩＴＯ透明電極）　、　Ｗ＝　１　（Ｊ　／　ｃｍ’）
　、　　ｔ　＝　（ｍｓｅｃ）とすると、ｄ　＝　５０
０（７７−１１）、　ｌ　＝　１０ｃｍの場合、Ｒ＝２
（ＫΩ） Ｖ＝３１８　　（Ｖ） となり、実質上放電破壊等の問題が生じ、透明電極のよ
うに高抵抗の材料では、短時間に大面積を駆動すること
ができず、透過型の熱書込方式液晶表示の製品化を阻ん
でいた。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、熱書込液晶表
示素子の加熱用に透明電極等の高抵抗材を使用可能にし
、従来は不可能とされていた透過型の大型液晶熱書込表
示を可能とする液晶表示装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、対向する１対の基板に挟持され、温度変化に
よりスメクチック相、ネマチック相及び等方性相の少な
くとも３状態に変化する液晶層と、前記１対の基板の一
方に形成された加熱電圧用の行電極群と、その行方向と
ほぼ直交する列方向で前記１対の基板の別な一方に形成
された画像信号用の列電極群とを備えて成る液晶表示装
置において、加熱電圧用の行電極群が、加熱電圧を印加
される低抵抗部材と、該電圧により加熱される高抵抗部
材とを交互に配列して構成されると共に、前記低抵抗部
材は交互に異なる電極方向へリードアウトされ、その１
方向端はそれぞれに電流の入力端とし、別な１方向端は
１行置きに更に交互にグループ接続して２木の出力端と
したものであり、かつ、高抵抗部材の加熱は、互に異な
る電極端方向へリードアウトされた隣り合う２つの低抵
抗部材間に印加される電圧により行われ、その結果加熱
された液晶層が冷却される過程の途中で１行電極群の前
記高抵抗部材と列電極群との間に画像信号電圧が印加さ
れるようにしたものである。

上記の液晶層は、通常の熱書込液晶表示素子で差支えな
い０列電極群も、従来の透明電極と同様にＩＴＯ電極等
が使用される０本発明の行電極群は、低抵抗部材が従来
の行電極と同様な金属電極材で形成され、高抵抗部材が
列電極と同様な透明電極材で形成されていて、交互に配
列された状態であればよく、ガラス基板上に薄膜形成さ
れた高抵抗部材にストライプ状の低抵抗部材を蒸着させ
て、形成されたものでもよい、この場合、ストライプの
幅がストライプ間隙に比較して充分に細ければ、金属電
極材を使用しても、光の透過性に大きな影響を及ぼすこ
とはない。

［作　用］ 前記低抵抗部材に印加された電圧により高抵抗部材が加
熱されると、その部分の液晶層は等方性液相の状態に変
化するが、電圧が解除され、液晶層が冷却される際は、
電界の有無により、ホーカルコニック組織（光散乱状態
）になるか、ホメオトロピック組織（透明状態）になる
かの二様に分岐する。その電界の有無は、前記行電極群
の高抵抗部材と列電極群との間に信号電圧が印加される
か否かによって生じ。

即ち、データが画素に表示されることになる。

加熱は、隣り合う行電極の低抵抗部材間に電圧を印加す
ることにより行われるが、電流の出力側に相当する端末
を１本置きにまとめることで、接点を削減し、配線を簡
素化できる。但し、駆動素子は入出力両端に設けなけれ
ばならないがＪそれでも数量的には削減される。クロス
トーク防止のイ ためには、出力側にダイオードを設けるとよ　　・１い
。

［実施例］ 以下、本発明を実施例とその図面により詳細に説明する
。

第１図は１本発明の熱書込型液晶表示装置の一実施例を
示す概略構成図である。第１図において、液晶表示装置
のセル構造は、ガラス基板上に薄膜形成された第１の透
明電極ｌと、該電極ｌ上にストライプ状に蒸着された加
熱電圧用の金属電極２と、第１の透明電極１の下方でそ
のガラス基板に対向する別なガラス基板上に形成された
第２の透明電極３と、それらの２つのガラス基板間に挟
持される液晶層（図示されていない）とで概略構成され
、第１の透明電極ｌには、第２の透明電極３との間に電
圧を印加できるように、端子Ｚが備えられている。液晶
層は、Ｒ−◎−◎−〇Ｎのようなシアノビフェニール系
の液晶を主成分とする混合液晶が基板面に垂直に配向さ
れ、常温ではスメクチックＡ相を示している。金属電極
２は行電極ＸＱ−Ｘｎに相当し、第２の透明電極３は列
電極ｙＯ−Ｙ、に相当するが、図に示されるとおり、金
属電極２は偶数番目Ｘ□、Ｘ２．Ｘ４．−　ｘｎ−１と
奇数番目Ｘ　１．Ｘ３．Ｘ５．−−　Ｘｎとが交互に両
サイドへ引き出されていて、また奇数番目の電極Ｘｌ、
Ｘ３．−−　ｘｎは順方向同一のダイオードＤＩ。

Ｄ３．−−Ｄｎにそれぞれ接続され、更にそれらのダイ
オードの１つ置きにまとめられて、２つの端子φ０及び
φ１へ接続されている。即ち、第１の奇数行電極群ｘ１
．ｘ５．−−　ＸＪＩ−２はダイオードを介して端子φ
０　へ接続され、第２奇数行電極群Ｘ３．Ｘ７．−−　
ｘｎはダイオードを介して端子φ１へ接続されている。

ここで１例えば偶数電極ｘ２と端子φ０との間に電圧を
印加すれば、行電極ｘ１及びｘ２にはさまれた透明電極
１の部分Ｌ２加熱され、行電極ｘ２と端子φｌとの間に
電圧を印加すれば、行電極Ｘ２及びＸ３にはさまれた透
明電極ｌの部分Ｌ３が加熱される。尚、前記行電極ｘ２
と端子φ０との間に電圧を印加した場合、行電極ｘ１と
行電極ｘ２との間だけでなく、端子φ０に接続された行
電極ｘ５と行電極ｘ２との間にも電流が流れ１発熱が起
るが、その間隔部分Ｌ３．Ｌ４．Ｌ５に相当する抵抗が
３倍になるので。

電流はＬ２を流れる量の１／３になり１発熱はＬ３゜Ｌ
４．Ｌ５それぞれＬ２の１／９になる。この場合。

Ｌｌ及びＬ６〜Ｌｎの部分は、ダイオードが逆方向とな
って電流が遮ぎられ１発熱しない。

第２図は、上記クロストークを含む透明電極の温度変化
の一例を示すタイムチャートである。第２図において、
（イ）〜（ト）は部分Ｌ１〜Ｌ７を順次に発熱させた場
合の温度変化を示し、（チ）はそれらに時間を対照させ
た各端子及び偶数行電極の状態を示している。波形で明
らかなように、クロストークはＬｌの加熱時には０回で
あるが、Ｌ２では１回、Ｌ３では２回、以後は３回ずつ
含まれ、交互に変動する干渉状況を示している。

さて、第１図において、透明電極ｌ及び金属電極２のシ
ート抵抗をｒＱ及びｒｌ、電極幅をｃｔ□及びｄｌとす
る＊　　ｒｔ　（（ｒｏ　　（少なくともｒｏ／ｒｌ≧
１００）であり、金属電極２の抵抗ｒ１は無視できるの
で、２つの電極Ｘｎ−１およびＸ０間の抵抗Ｒは、 Ｒｇ　＝　ｄｏ／ｌ　・ｒＯ となり、印加電圧をＶ、印加時間をｔとし、単位面積当
りの熱量をＷを供給するためには、Ｖ＝ｄＱＪ−ゴｏ”
Ｗ７１− となる０例えば、ｒ□＝１０００（Ω／　ｇｑ）　、　
Ｗ　＝　１（Ｊ／　ｃ　ｒｎ’）　　、　　ｔ　　＝　
１０（ｍｓｅｃ）と　し、　　ｄｇ　　＝５００（ｐｍ
）見＝　１０（ｃ履）の場合には、 ＲＱ＝５Ω Ｖ　　＝　１５．８　（Ｖ） を印加すればよい、金属電極２は、ＡＪＩ、銀等の低抵
抗材料を使用すれば、シート抵抗ｒ１＝０．０５（Ω／
　ｓｑ）程度に抑えることは容易であり、ｊｌ　＝５０
　（７４ｍ）としても、透明電極１の抵抗に比較して金
属抵抗２の抵抗は無視できる。

第３図は、本発明の実施例の液晶表示装置及びその駆動
部を更に詳細に示す構成図である。第３２１′ 図において、液晶表示装置は、第１図に示された　１と
同様に、第１の透明゛電極ｌと、金属電極２と。

第２の透明電極３と、液晶層とで構成され、第１の透明
電極ｌ（シート抵抗ＩＫΩ／　ｓｑ）は、ガラス基板４
上に、有効表示面積７　ｃＩＩＸ　Ｌｏａｍに対応させ
てＩＴＯで薄層形成され、その上に、アルミニウム材の
金属電極２（シート抵抗０．０５Ω／　ｇｑ）が、電極
幅５０（ｐ腸）、電極間隔５００（Ｐ層）で蒸着され、
行電極を形成している。これで、列電極である第２の透
明電極３に対しては、電極幅ｒｌ＝５０（ル１）の金属
電極２と電極幅ｒｇ＝５００（７ｉ麿）の透明電極ｌと
を交互に接続させたのと同質になる。

第２の透明電極３は、前記ガラス基板４と対向する別な
ガラス基板上にＩＴＯで形成され、列電極となっている
。液晶層は、これら２枚のガラス基板間に挟持され、常
温でスメクチック相を示す液晶が封入されている。液晶
としては、スメクチック相からネマチック相への転移温
度ＴＳＮが３３．５℃、ネマチック相から等方性液相へ
の転移温度ＴＮＩが４０．５℃のシアノオクチルビフェ
ニールや、ビフェニール系の混合液晶で転移温度ＴＳＮ
が５５．５℃、転移温度Ｔ旧が、５７．５℃のもの等が
好適で、これらを厚さ５〜５Ｇ（ｐ層）で使用すること
が好ましい。

行電極ｘＯ−Ｘｎは、偶数番目ＸＯ，Ｘ２．Ｘ４．−−
ｘ、−１奇数番目Ｘ　１．Ｘ３．Ｘ５．−−　Ｘｌとが
交互に両サイドへ引き出されていて、奇数番目の電極は
それぞれ順方向同一のシリコンダイオードＤ１゜Ｄ３．
−−Ｄｌｌにワイヤボンディング接続されている。奇数
番目の行電極は１つ置きにグループ化され、前記ダイオ
ードを経由したのち２つのグループにまとめられて、２
つの端子φ０及びφ１へ接続され、更にスイッチング素
子ＱＴＯ及びＱア１へ接続されている。偶数番目の行電
極ＸＯ，Ｘ２．−−ｘｎ−１は、それぞれスイッチング
素子Ｑｘｏ。

ＱＸ２．−−　ＱＸｎ−１に接続され、そのスイッチン
グ素子を介して、加熱電圧ｖｘが印加されるようになっ
ている。また、列電極ＹＱ−Ｙ、にはそれぞれ２段連結
素子Ｑｙ００　”　ＱｙＯｌ　”’ＱｙｍＯ’　Ｑｙｍ
ｌが接続され、第１の透明電極の端子Ｚに接続された２
段連結素子ＱｚＯ−Ｑｚｌを介して、信号電圧Ｖ、を液
晶層にかけるようになっている。

ここで、まず、スイッチング素子ＱｘＯとＱア０をオン
し、他の素子すべてをオフにすると１行電極ｘＯおよび
ｘｌにはさまれた透明電極の部分Ｌ１が発熱する０部分
Ｌ１に対応する液晶部分は、スメクチック相からネマチ
ック相を経て、等方性液相になり１次に素子ＱＸＯ”’
ＱＸ！Ｉがオフされると、冷却され、ネマチック相を経
て、スメクチック相へ戻る。この時、第１の透明電極１
に接続された素子ＱｚｌとＱｚＯを交互にオン−オフし
、書込む信号に応じて、第２の透明電極２に接続されて
いる素子Ｑ４ｋＯとＱｙｋｌ　　（ｋは０〜ｍの整数）
ｅ前記素子Ｑ２０．　Ｑ、２１と同相もしくは逆相で交
互にオン−オフする。この場合、同相の電圧がオンされ
た部分は相殺されて実質的に電圧が印加されないことに
なり、液晶は白濁したフォーカルコニック状態になり、
逆相の電圧が印加された部分は透明なホメロトロピック
状態となる。なお、液晶層に流れる電流は極く微小なの
で、透明電極上はすべて等電位面と見なすことができる
。

次、スイッチング素子ＱＸ２とＱｆｏをオンし、その他
の素子すべてをオフにすることにより、透明電極の次の
部分Ｌ２を加熱し、上記の動作を繰返す、その次は部分
Ｌ３であるが、今度は奇数番行電極が交代して、スイッ
チング素子の組合わせはＱＸ２とＱ’／’１をオンにす
る。更に、部分Ｌ４を加熱する場合はスイッチング素子
Ｑｘ４とＱｙｌとをオンにする。このような動作を順次
行って、透明電極のすべての部分に繰返すことによりｎ
Ｘ（ｍ＋１）の全画素を書込むことができる。この動作
の間の各部分Ｌ１〜Ｌｎにおける温度変化と信号との対
応関係は、既に第２図の説明によって示されたとおりで
ある。

上記の構造によれば、信号印加用の端子Ｚと、加熱用の
端子ＸＱ−Ｘｎとを分離できるため、従来の端子兼用方
式に比較して、駆動は容易である。加熱用の電圧ＶＸは
１０〜３０（Ｖ）でよく、信号印加用の電圧ｖｙは１０
〜３Ｇ（Ｖ）、周波数１〜１０ｋＨｚ程度で、ｌライン
当りの加熱時間を数ミリ−数十ミリ秒にとどめることが
可能となり、従・　　　′１；て、従来と比較して、高
速な表示が達成される。

また１本実施例の構成によれば、同一画素数の従来例に
比較して、加熱用電極のリードアウトを約１／２に削減
でき、それに伴って駆動素子の数も約１／２で済むため
、安価で、信頼性の高い熱書込液晶表示装置を得ること
ができる。

［発明の効果１ 以上、説明したとおり１本発明によれば、従来に比較し
て高抵抗の材料を電極に使用可能にし、高速表示を達成
して、従来は不可能とされていた透過型で大型の熱書込
液晶表示を可能にし、しかもリードアウトと駆動素子を
削減した安価で信頼性の高い液晶表示装置を提供するこ
とができ、これにカラーフィルタを併用することにより
容易にカラーのデータ表示への道を開く効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は各行
電極の温度変化のタイムチャート、第３図は本発明の一
実施例及びその駆動部の構成図、第４図は従来例の構成
図である。 １−一透明電極、２−一金属電極、３−一透明電極、４
−−ガラス基板、Ｘｏ−Ｘｎ−一行電極、ｙ□−Ｙ、−
一列電極、Ｚ、φ０．φｌ−−端子、Ｄｌ　〜Ｄ　　−
−ダイオード１．ＱＸＯ”Ｑｘｎ。 Ｑｙｏｏ　”Ｑｙｍｏ　１　ＱｚＯ及びＱ２１−−スイ
ッチング素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対向する１対の基板に挟持され、温度変化によりス
   メクチック相、ネマチック相及び等方性相の３状態に変
   化する液晶層と、前記１対の基板の一方に形成された加
   熱電圧用の行電極群と、その行方向とほぼ直交する列方
   向で前記１対の基板の別な一方に形成された画像信号用
   の列電極群とを備えて成る液晶表示装置において、加熱
   電圧用の行電極群が、加熱電圧を印加される低抵抗部材
   と、該電圧により加熱される高抵抗部材とを交互に配列
   して構成されると共に、前記低抵抗部材は交互に異なる
   電極方向へリードアウトされ、その１方向端はそれぞれ
   に電流の入力端とし、別な１方向端は１行置きに更に交
   互にグループ接続して２本の出力端としたことを特徴と
   する液晶表示装置。 ２）高抵抗部材の加熱は、互に異なる電極端方向へリー
   ドアウトされた隣り合う２つの低抵抗部材間に印加され
   る電圧により行われ、その結果加熱された液晶層が冷却
   される過程の途中で、行電極群の前記高抵抗部材と列電
   極群との間に画像信号電圧が印加されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。