JPS63231314A - 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】 〔概要〕 強誘電性液晶を用いた複屈折型のカラー表示用液晶表示
装置であって、複数本の対向する透明電極間に封入され
る強誘電性液晶の厚さを二種類以上異ならせるとともに
、それら各種の液晶セルに加わる電界強度が同一になる
ように該セルに印加する電圧を設定することにより、そ
の種類の異なる液晶セルに於いて色を変化させて表示す
ることができ、そのカラー表示もカラーフィルタを用い
たものに比べて明るい状態で行うことができるようにし
たものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は強誘電性液晶を用いた複屈折型液晶表示装置に
係り、特にカラー表示を可能にした液晶表示装置に関す
る。

一対の透明絶縁性基板の主面に線条の透明電極を複数本
星いに直交するように配設し、かつ他面にそれぞれ偏光
板を配設し、該透明基板を所定の空間を隔てて対向配置
するとともに、該空間内に強誘電性液晶を封入した構造
の複屈折型液晶表示装置は既に周知である。

この強誘電性液晶を用いた複屈折型の液晶表示装置は、
その液晶がメモリ機能を有するために、液晶セル相互間
でのクロストーク現象を生じ難く、また表示容量を大き
くとることができるため、単純マトリックス電極構造で
コントラストの高い大画面表示が可能な液晶表示装置と
して注目されている。

このような強誘電性液晶を用いて、表示の明るさが低下
せず、かつ製造が容易でしかも正確なカラー表示を行う
ことのできる液晶表示装置が要望されている。

〔従来の技術〕

従来の強誘電性液晶を用いたカラー表示用液晶表示装置
の構造を第５図に示す。

図示するように、従来のカラー表示用液晶表示装置は、
視覚側となる一方の透明ガラス基板１の主面にインジウ
ム錫酸化物（ＩＴＯ）よりなる紙面に横方向に延びる複
数本の透明電極２がＹ方向に所定ピッチで形成され、そ
の上に例えばポリイミド膜のような有機化合物膜より成
る配向膜３が形成されている。この配向膜は周知のよう
にラビング処理を施されて所定の方向に溝が形成され、
その溝によって液晶分子の方向を規制するものである。

一方、他方の透明ガラス基板４の主面はＸ方向に所定の
ピッチで、赤色のカラーフィルタ５、青色のカラーフィ
ルタ６、緑色のカラーフィルタ７が順次配設され、その
上には各々のフィルタ５゜６．７に対応して、紙面に垂
直方向に延びる複数本の透明電極８Ａ、８Ｂ、８Ｃ・・
・が配設されている。更にこの電極８Ａ、８８．８Ｃ・
・・上にはポリイミド膜よりなる配向膜９が被着形成さ
れている。

これらの一対のガラス基板１と４はスペーサ１゜を介在
して対向配置され、そのスペーサによる空間内には強誘
電性液晶１１が封入されている。またこれらガラス基板
１．４の他面上にはそれぞれ偏光板１２．１３が配設さ
れている。

このような構成の液晶表示装置にてカラー表示を行う場
合、例えば赤色の表示を行う際、一方側の電極２と他方
側の赤色フィルタ５に対応する電極８Ａとの間に成る極
性（例えば＋）の電圧を印加する。

すると偏光板１２の上部より赤色フィルタ５に対応する
電極８Ａと電極２の間に−の極性の電圧を印加した場合
には、入射した可視光は偏光板１３の下部より透過しな
いが、赤色フィルタ５に対応する電極８八と電極２間に
十極性の電圧を印加することで、その電極８Ａと２に挾
まれた部分の液晶１１の分子の配向方向が変化し、赤色
フィルタ５と透明電極８Ａを透過して赤色光に変えられ
た入射光は液晶の持つ複屈折により入射光の偏光方向は
回転し偏光板１３の偏光方向と一致し、その結果、赤色
フィルタ５、透明電極８八を透過して赤色光に変えられ
た入射光は偏光板１３の下部より出射することになる。

このようにして赤色を表示し、更に同様にして緑色、或
いは青色のカラー表示を行っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然し、従来の赤、緑、青色のカラーフィルタを用いたカ
ラー表示用の複屈折型液晶表示装置では、そのカラーフ
ィルタによって透過光量が低下し、表示が暗くなるとい
う問題点を生じていた。

またカラーフィルタの各々の膜厚の変動が、封入されて
いる液晶の厚さ、即ち液晶セルの厚みを変動させる問題
がある。通常カラーフィルタの厚さは約２μｍ程度であ
り、またこの厚さは±０．５μｍ程度の変動を伴ってい
る。そのため液晶セルの厚さも±０．５μｍ程度の変動
を受ける。このように液晶セルの厚さが異なると、印加
される電界は液晶セル毎に変動し、そのため、液晶セル
ごとに液晶分子の配向方向が異なり、正確なカラー表示
が行い難い問題を生じる。

ところで強誘電性液晶を用いた液晶表示装置に於いて、
色つきのない表示を行う場合には、液晶セルの厚さは２
μｍ程度に制御することが必要で、またそのセル厚の変
動は±０．１　μｍ以内でなくてはならない。

これらのことから、±０．５　μｍ程度の厚さの変動を
伴うカラーフィルタを、強誘電性液晶表示装置に使用し
てカラー表示化するのは困難である。

本発明は上記した従来の状況から、カラーフィルタを用
いずに明るくて高品質のカラー表示が可能な強誘電性液
晶表示装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、それぞれ主面に透明
電極を設けた一対の透明絶縁性基板間に強誘電性液晶を
封入し、かつ該透明絶縁性基板の他面に偏光板を設けた
液晶表示装置に於いて、前記対向する複数の電極間の液
晶封入空間の距離を少なくとも二種類以上具ならせて二
種以上の厚さが異なる液晶セルを形成するとともに、こ
れら種類の異なる液晶セルに印加される電界強度が同一
となるように該セルに印加する電圧を設定し、前記種類
の異なる液晶セルごとで表示色を変化させるようにした
構成を採っている。

〔作用〕

対向する一対の透明電極の間隙部に封入される液晶の厚
さくセル厚）を部分的に異ならせると、その厚さが異な
る液晶セルごとに透過スペクトルが変化し、それによっ
て厚さの異なる液晶セルごとで色が異なるようになって
カラー表示が可能になる。これについて更に詳細に述べ
る。

複屈折型の液晶表示装置に於いて、その光の透過率Ｔは
第（１）式に示される。

Ｔ　＝ｓｉｎ２［π・（Δｎ−ｄ／λ）］・・・・・・
（１）ここでΔｎは液晶の屈折率異方性、ｄは液晶が封
入される部分の厚さ、λは入射光の波長を示す。

ここでΔｎの値を０．１３として第（１）式の関係をプ
ロットして第１図に示す。図の横軸は透過光の波長（人
）を示し、縦軸は光の透過率を示す。図の曲線５１は液
晶が封入されている部分の厚さｄ　＝１．５μｍの時の
透過スペクトルを示し、曲線５２はｄ−２，５μｍの時
の透過スペクトルを示す。

図示するように液晶が封入されているｄの厚さが大きい
と、波長の長い光を透過しやすくなり、ｄの厚さが小さ
いと波長の短い光を透過し易くなる。このようにｄの値
によって異なった透過光のスペクトルが得られることよ
り、液晶の封入される部分の厚さｄを２種類以上変化さ
せることで、カラー表示を行うことができる。

一方、一対の透明電極間に印加する電圧を液晶セルの厚
さに応じて変化させて、厚さの異なる液晶セルすべてに
同一の電界強度が印加されるようにすると、それら液晶
セルの応答スピードヲ同一にすることができる。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の好ましい実施例につき
詳細に説明する。

第２図は本発明の液晶表示装置の第１の実施例の断面図
を示す。

図示するように視覚側になる一方の透明ガラス基Ｆｉ２
１の主面には、従来例と同様な線条のＩＴＯ層より成る
複数本の透明電極２２Ａ　、　２２Ｂ　、　２２Ｃ・・
・と、ラビング処理が施されたポリビニールアルコール
よりなる配向膜２３が設けられている。尚、透明電極は
図面の都合上、１本しか示していないが、実際にはＹ方
向に所定のピッチで複数本配設されている。

しかるに他方側の透明ガラス基＠２４上の主面は、厚さ
が部分的に異なった二酸化珪素（５ｉ（ｈ）よりなる透
明絶縁性層２５が蒸着法で形成されている。

更にこの厚さの異なる透明絶縁性層２５上には、線状の
ＩＴＯ層よりなる透明電極２６Ａ、　２６Ｂ、　２６Ｃ
・・・が一本ずつ形成されている。またその透明電極２
６Ａ。

２６Ｂ、２６Ｃ・・・上には、ポリビニールアルコール
よりなる配向膜２７が形成されている。

これらのガラス基板２１と２４は直径１μｍのアルミナ
よりなるスペーサ２８を介して対向配置されるとともに
、その周辺部がエポキシシール剤２９を用いて封止され
、この封止された空間内に強誘電性液晶３０が封入され
ている。

そしてガラス基板２４の上部と、ガラス基板２１の下部
には偏光板３１と３２が設置されており、この偏光板３
１．３２の偏光方向はそれぞれ９０度異層らせている。

尚、前記対向した透明電極２２Ａと透明電極２６Ａとの
交点部で定まる液晶セルの厚さ１１は１．５　μｍ、透
明電極２２八と透明電極２６Ｂとの交点部で定まる液晶
セルの厚さβ２は２．５μｍ、透明電極２２Ａと透明電
極２６Ｃとの交点部で定まる液晶セルの厚さｌ、は３μ
ｍである。

以上のように封入される液晶の厚みをそれぞれ異ならせ
た透明電極２２Ａと透明電極２６Ａ、透明電極２２Ａと
透明電極２６Ｂおよび透明電極２２Ａと透明電極２６Ｃ
に対し、それぞれ電界強度が同一となるように大きさの
異なる電圧を印加すると前述したごとく表示色が変化す
ることになる。

表示の色は、液晶セルに印加する電圧の極性を調節する
ことで、セル内に封入されている液晶分子の配向方向を
変化させ、この配向方向が偏光板３１の偏光方向と一致
しない場合のように透過光量が大きい時には、セル厚が
最も大きいｌ、の領域では赤色を呈し、セル厚が次に大
きい！！２の領域では黄色を呈し、セル厚が最も小さい
１の領域では青色を呈する。

一方、セル内に封入されている液晶分子の配向方向が偏
光板３１の偏光方向に対して一致している場合には、透
過光量が小さくなり、その液晶セルは黒色を呈する。

このような本発明の液晶表示装置の効果的な駆動例につ
き第３図を参照して述べる。

第４図の上記液晶表示装置の電極構成を模式的に示す平
面図であり、この図において一方の透明ガラス基板２１
上に形成された複数本の透明電極２２Ａ。

２２Ｂ、２２Ｃ・・・は、データ側電極とされ、これと
直交するように他方の透明ガラス基板２４に形成された
複数本の透明電極２６Ａ　、　２６Ｂ　、　２６Ｇ・・
・は走査側電極とされている。

走査透明電極２６Ａと２６０の下部はセル厚が２゜であ
り、走査透明電極２６Ｂと２６８の下部はセル厚が１２
であり、走査透明電極２６Ｃと２６Ｆの下部はセル厚が
ｌ、である。

このようなセル厚がｆｆ、の走査側電極群を共通に接続
して第１の走査電極群１０１とし、セル厚が１２の走査
側電極群を共通に接続し第２の走査電極群１０２とし、
セル厚が１３の走査側電極群を共通に接続して第３の走
査電極群１０３とする。

そして第１ラインとなる走査側電極２６Ａより、最終ラ
インの走査側電極までを走査する１フレーム時間を３分
割し、最初の１７３のフレーム時間でセル厚が！！、の
第１走査電極群２６Ａ、２６Ｄ・・・を走査し、次の１
７３のフレーム時間でセル厚が１２の第２走査電極群２
６Ｂ、２６Ｅ・・・を走査し、最後の１７３のフレーム
時間でセル厚が１３の第３走査電極群２６Ｃ１２６Ｆ・
・・を一括して走査する。

このようにして３群に分けた走査電極とデータ電極との
交点で定まる液晶セル、即ち画素を一群づつ駆動し異な
る色で表示するようにする。

このようにすれば、走査側電極を駆動するための駆動回
路および該回路に対する結線を簡単化できるし、同じ表
示色を呈する画素に対する電圧の印加が非常に容易とな
る。

尚、上記第１の実施例では３分割駆動例を示したが、液
晶セル厚がＮ種類異なった表示装置の場合はフレーム時
間を１／Ｎに分割して、１／Ｎ時間ごとに走査すると良
い。

第４図は本発明の第２実施例を示す要部断面図で、この
例では厚さが部分的に異なる透明絶縁性物質Ｎ４４を視
覚側の透明ガラス基板２１上に設けている。具体的には
透明電極２２Ａ　、　２２Ｂ・・・を形成した透明ガラ
ス基板２１の上に、使用する強誘電性液晶３０と同一（
数％の差を含む）の抵抗値、或いは誘電率を有する透明
絶縁性物質層４４を、部分的に厚さを異ならせて形成し
、その上に配向Ｉ！２３を形成している。一方、他の透
明ガラス基板２４上に、前記透明絶縁性物質Ｎ４４の段
差面に対向させて透明電極２６Ａ　、　２６Ｂ　、　２
６Ｃ・・・を１本づつ設け、その上に配向膜２３を形成
している。このような透明ガラス基板２１．２４をスペ
ーサ２８を介して対向配置することにより、強誘電性液
晶３０を封入する空間の距離にβ４．ｐｒ６．β６に示
すような差異が生じる。

従って前記第１実施例同様にセル厚の異なる３種類の液
晶セルが形成できる。しかるに第２実施例では図で明ら
かなように、３種類の液晶セルの電極間隙長がすべて同
一であり、また間隙部に介在する透明絶縁性物質層４４
が前述したように液晶３０と抵抗値または誘電率を同一
としているため、セル厚が異なった場合に於いても、透
明電極２２Ａと透明電極２６Ａの間、および透明電極２
２Ａ　（！：透明電極２６Ｂの間、および透明電極２２
Ａと透明電極２６Ｃの間に同じ電圧を印加すれば各種液
晶セルに掛かる電界強度も同一となる。

従って、この液晶表示装置をマルチプレックス駆動する
場合に、液晶が封入されている部分の厚さに応じて印加
する電圧を変動させる必要がなく、同一の電圧を印加す
る簡単な駆動方法で、同一の電界強度を液晶に印加する
ことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の液晶表示装置によれば、カ
ラーフィルタを用いることなく、明るいカラー表示を強
誘電性液晶を用いて容易に行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのセル厚と透過光
の透過率と波形との関係図、 第２図は本発明の液晶表示装置の第１実施例を示す断面
図、 第３図は本発明の液晶表示装置の駆動例を説明するため
の平面図、 第４図は本発明の液晶表示装置の第２実施例を示す断面
図、 第５図は従来の液晶表示装置の断面図を示す。 図に於いて、 ２１．２４は透明基板、２２Ａ、　２２Ｂ、　２２Ｃ，
２２Ｄ、　２２Ｅ、　２２Ｆは透明電極（データ側電極
）、２６＾、２６Ｂ、２６Ｃ，２６Ｄ。 ２６Ｅ、２６Ｆは透明電極（走査側電極’）　、２３．
２７は配向膜、２５．４４は透明絶縁性物質層、２８は
スペーサ、２９はシール剤、３０は強誘電性液晶、３１
．３２は偏光板、５１．５２は透過光の透過率と波長と
の関係曲線、１０１、１０２．１０３は走査電極群、β
１．　Ｉｔ、、　ｉｓ、　ｌａ、　Ｎ５＋１６はセル厚
を示す。 ｊｆｉ長ＣＡ＞ 、ｆ４９Ｑ−原ＫＹｔｌＧｉｆｒＺ 第１図 し１；発θＥ、りだ７′１仇イ〕「ツ、Ｊミジクーｄ７
ンをン【Ｔ第２図 ＄４　ｅＥ　／ｌ　膿ｔ　ｒ＋　Ｋｌ　７７１ｆｊ　ｉ
Ｚ　明１”；！Ｊ第３図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ主面に透明電極を設けた一対の透明絶縁
   性基板（２１、２４）間に強誘電性液晶（３０）を封入
   し、かつ該透明絶縁性基板の他面に偏光板（３１、３２
   ）を設けた液晶素子構成に於いて、 前記対向する複数の電極（２２Ａ、２６Ａ、２６Ｂ、２
   ６Ｃ・・・）間の液晶封入空間の距離を少なくとも二種
   類以上異ならせて二種類以上の厚さが異なる液晶セルを
   形成するとともに、これら種類の異なる液晶セルに印加
   される電界強度が同一となるように該セルに印加する電
   圧を設定し、前記種類の異なる液晶セルごとで表示色を
   変化させるようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
2. （２）片側の透明絶縁性基板（２４）の主面に厚さが部
   分的に異なる透明絶縁性物質層（２５）を設けて他方側
   の透明基板（２１）との間の液晶封入空間の距離を少な
   くとも二種類以上異ならせ、該透明絶縁性物質層（２５
   ）の厚さの異なる面上に透明電極（２６Ａ、２６Ｂ、２
   ６Ｃ・・・）を形成した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。
3. （３）片側の透明絶縁性基板（２１）上の主面に形成し
   た透明電極（２２Ａ）上に封入される液晶（３０）と同
   じ抵抗値を有する透明絶縁物質層（４４）を、厚さを部
   分的に変化させて設けて他の片側の透明基板（２４）上
   の透明電極（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ・・・）との間の
   液晶封入空間の距離を少なくとも二種類以上異ならせた
   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。
4. （４）一方側の透明絶縁性基板（２１）の主面上に形成
   した透明電極（２２Ａ）上に、封入される液晶（３０）
   と同じ誘電率を有する透明絶縁性物質（４４）を、厚さ
   を部分的に変化させて設け、他の片側の透明基板（２４
   ）上の透明電極（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ・・・）との
   間の液晶封入空間の距離を少なくとも二種類以上異なら
   せた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。
5. （５）前記一方の透明絶縁性基板（２４）に設けた透明
   電極が走査側電極であり、他方の透明絶縁性基板（２１
   ）に設けた透明電極（２２Ａ）がデータ側電極であり、
   前記走査側電極（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ・・・）を（
   Ｎ−１）本おきに共通接続してＮ群の走査電極を構成す
   るとともに、この走査電極群ごとに液晶封入空間群の距
   離を変え、１フレーム時間をＮ分割し、前記Ｎ群の走査
   電極を１／Ｎフレーム時間を単位として順次走査するこ
   とにより、Ｎ群の走査電極で定まる液晶セルを一群づつ
   色を変えて表示することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の液晶表示装置。