JP2934728B2 - 液晶カラー表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来の技術〕 近年世界的に研究が進んでいる強誘電性液晶は従来時
計、電卓等に用いられてきたTN型液晶に比較して応答速
度が速い、視野角が広い等の利点を有している。しかし
ながら、TN型液晶が液晶の旋光性を利用して表示を行う
のに対し、強誘電性液晶は液晶の屈折率の異方性を利用
して表示を行うため、強誘電性液晶セルにおいては液晶
層の厚さの均一性がTN型液晶に比較して特に要求され
る。

ところで液晶表示装置をカラー化する際には、カラー
フィルターをセル内に形成する方法が最も一般的であ
る。もしフィルターをセルの外側に形成すれば液晶とフ
ィルターの位置が離れているためにセルを見る角度によ
って実際に表示しようとする色と違う色が視認されてし
まうからである。通常カラーフィルターはＲ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の３種類の色を用
いるが、例えば白を表示するためにはＲを通過した光、
Ｇを通過した光、Ｂを通過した光がどれも強度が等しく
なければならない。そして３色の光の強度を等しくしよ
うとするとＲ、Ｇ、Ｂ、それぞれのカラーフィルターの
厚さが必ずしも同じにはならない。そのためにカラーフ
ィルターをセル内に形成すると、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの
画素の部分の液晶層の厚さが必ずしも等しくはならな
い。液晶の旋光性を利用して表示を行うTN型液晶の場合
は、多少の液晶層の厚さの違いが色ムラを招くことはな
いのでそれでも良いが、液晶の屈折率異方性を利用して
表示を行う強誘電性液晶の場合には、液晶層の厚さが変
わることにより色ムラを生じてしまう。色ムラを計算し
てフィルターを形成して白表示をも可能にすることは不
可能ではないが、製造工程におけるコスト、歩留まり、
精度等を考慮すると非常に困難である。

さらに従来の液晶カラー表示装置は３つの画素で画素
１つ分の表示しかできなかつた。つまりそれぞれの画素
が赤表示、緑表示、青表示と表示する色が決まってい
て、例えば白を表示する時は３つの画素すべてを表示し
て、人間の目が３つの画素それぞれを認識できないこと
を利用して３色の総和として白を表示していた。従って
ドット状にパターニングされた電極の３つの画素を使っ
て画素１ヶ分の表示を行うため、結局１つの画素が大き
い場合と同じ結果となるため緻密な表示ができなかっ
た。

本出願人はこれらの問題点を解決するために、特願昭
63−335629号において表示用セルと光源用セルとを用い
ることにより強誘電性液晶を用いたカラー表示装置が作
製可能になった旨提案した。

本出願人が提案した強誘電性液晶を用いたカラー表示
装置は、透明電極を有する一対の基板間に強誘電性液晶
を介在せしめた表示用セルの他に、光源から放射された
光を赤，緑，青それぞれの色にするための光源用セルを
有することを特徴としており、この表示用セルの構造
は、通常の強誘電性液晶を用いた白黒の表示装置と同様
に、透明電極を形成した一対の透明基板の間に強誘電性
液晶を介在せしめた構造とし、また光源用セルの構造
は、カラーフィルターを有し、透明電極を有する一対の
透明基板の間に液晶を介在させる構造である。

そしてここで用いている光源用セルは、光源からの光
が光源用セルを通過した後に用いられているカラーフィ
ルターの色に変えられることを目的としているので、光
源用セルの透明電極はドット状に形成されていても別に
問題はなく、より簡単には一方の基板上に形成される電
極を基板前面にわたって形成し、他方の基板上に形成す
る電極はストライプ状に形成されている構造でも十分で
あった。そして、カラーフィルターについても同様であ
った。

このカラー表示装置の表示方法は、表示用セルと光源
用セルを同期させて表示を行っていた。例えば、まず赤
の表示を表示用セルに行い、次に緑の表示を行い、次に
青の表示を行う。この時に赤の表示用セルに行う際に
は、光源用セルを同期させて光源からの光を赤にする。
同様に緑，青の場合も光源用セルを同期させて光源から
の光を各々のカラーフィルターの色にする。この場合の
簡単なタイミングチャートを第４図に示す。第４図にお
いて、t_R,t_G,t_Bはそれぞれ光源用セルの赤，緑，青のカ
ラーフィルターの存在する部分の電極に加える信号につ
いてのタイミングチャートで、ｔは表示用セルについて
のタイミングチャートである。ただし、横軸は時間であ
る。図に示すように、光源用セルと表示用セルとは同期
しており、図のＡ〜Ｂで光源用セルの赤いフィルターの
存在する部分の光を透過させて、同時に表示用セルの赤
を表示したい部分の電極に表示用信号を加えて赤の表示
を行う。次にＢ〜Ｃで、光源用セルのフィルターの存在
する部分の光を透過させて、同時に表示用セルの緑を表
示したい部分の電極に表示用信号を加えて緑の表示を行
う。そしてＣ〜Ｄで光源用セルの青のフィルターの存在
する部分の光を透過させて、同時に表示用セルの青を表
示したい部分の電極に表示用信号を加えて青の表示を行
う。こうしてＡ〜Ｄでカラー表示装置としての１画面の
表示が終わる。

しかしながら、このカラー表示装置において表示用セ
ルを時分割駆動する際には、光源用セルについて赤、
緑、青をそれぞれ時間的にずらしてスイッチングするこ
とにより、光源からの光を赤、緑、青と変えていて、こ
れにより、表示用セルへの入射光が赤のとき表示用セル
の第１の走査電極、第２の電極・・・第ｎの走査電極を
順々に選択し、次に表示用セルへの入射光が緑の時第
１、第２・・・第ｎの走査電極を順々に選択する。従っ
て、赤の入射光の時に第１の走査電極上のある画素がon
状態（光を通過する状態）になったとすると第ｎの走査
電極の選択される時間の終了時まで、第１の走査電極上
の画素のon状態が保たれる。今仮に走査電極１本の選択
時間をａとして、ｎ＝400とすれば第１の走査電極上の
画素のon状態は400aだけ続く。しかし、400番目、つま
り最後に選択される走査電極は自身がonになったあと、
次に選択される走査電極は第１の走査電極であるが、こ
の時には光源用セルを通過した後の光は赤から緑に変わ
っている。従って、例えば赤色の表示について第１の走
査電極上の画素のon時間は第ｎの走査電極の画素のon時
間に比べてｎ倍となっているため、視認者にとっては第
１の走査電極側の表示がｎ番目の走査電極側の表示に比
べ非常に明るく感じてしまって、表示画面全体での均一
な明るさが得られなかった。

「発明の構成」 上記問題点を解決するため本発明は、光源と；複数の
走査電極を有する基板と複数の制御電極を有する基板と
の間に、強誘電性液晶を介在せしめた表示用セルと；光
源と表示用セルとの間に透明電極を有する一対の基板間
に液晶を介在せしめ、かつ基板の外側にカラーフィルタ
ーを有する光源用セルと；液晶の異なる状態を識別する
ための偏光手段と；を有する強誘電性液晶を用いたカラ
ー表示装置において、表示用セルを時分割駆動する場合
に、表示用セルに入射する光の単位時間あたりの強度に
ついて最後に選択される走査電極の側が最初に選択され
る走査電極の側と比較して大きく、その変化の割合がほ
ぼ一定である、或いはその変化の割合が少なくとも一種
類であることを特徴とする。

本発明において、表示用セルに入射する光の単位時間
あたりの強度について、最後に選択される走査電極側を
大きくする方法としては、通常光を均一にするために用
いられている光拡散板を、出射する光の強度に場所によ
る勾配をもたせ、強度の大きい場所を最後に選択される
走査電極側に配置する。あるいは光源を最後に選択され
る走査電極側に配置する等多くの方法があるが、本発明
ではそれらのどの方法をも用いることができる。

本発明により、表示用セルを時分割駆動する際に、表
示用セルの最後に選択される走査電極側に入射する光の
単位時間当たりの強度を、最初に選択される走査電極側
のそれより大きく、かつ表示用セルに入射する光の、最
後に選択される走査電極側から最初に選択される走査電
極側への入射光の単位時間当たりの強度の変化の割合が
ほぼ一定或いは少なくとも一種類となるため、走査電極
のon時間の長さの違いを入射光の単位時間当たりの強度
で相殺することができるから、視認者にとって表示画面
の明るさが非常に均一に見えるものである。

以下、実施例において本発明を説明する。

『実施例１』 第１図に本発明の強誘電性液晶カラー表示装置の１例
を示す。また、第２図に本発明の構成の一部分である表
示用セルの断面の概略を示し、第３図に光源用セルの断
面の概略を示す。

表示用セル（20）は透明電極（22）として、ITOをス
パッタ法を用いてソーダガラス（21）上に形成した基板
（25）と、ソーダガラス（21）上に透明電極（ITO）（2
2）と液晶配向膜（23）とを形成し、スペーサー散布を
行った基板（26）を貼りあわせ、基板間に強誘電性液晶
（24）を注入して構成した。ただし図面においてはスペ
ーサーは示していない。ここで透明電極はマトリックス
構造とし、制御電極を640本，走査電極を400本とした。

光源用セル（30）は、透明電極（36）をソーダガラス
（35）上に形成した基板（31）と、透明電極（36）と液
晶配向膜（37）とをソーダガラス（35）上に形成した基
板（32）とを貼りあわせ、基板間に強誘電性液晶（24）
を注入して構成した。なお、基板を貼りあわせる前に基
板（32）の外側にカラーフィルター（33）を形成した。
ここで透明電極は基板（31）側をパターニングせず全面
電極とし、基板（32）側は表示用セルの電極より広い幅
で、つまりストライプ状の構造を形成した。

さらに偏光板を表示用セル（20）の両側と、光源用セ
ル（30）の両側に配置する。

そして表示用セルを時分割駆動する際に、最後に、つ
まり400番目に選択される走査電極側に光源（40）を配
置する。本実施例においては、拡散板（50）を光が通過
してから表示用セルに入射するように拡散板（50）を配
置した。

本発明の１例である第１図の構成を用いるにあたり、
光源（蛍光灯）（50）から出た光は、まず光源用セル
（30）に入射する。そして本表示装置として、赤を表示
する際には光源用セルの赤いカラーフィルターの存在す
る部分のみをon（光が通過する状態）にする。また同時
に緑，青のカラーフィルターの存在する部分はoffにす
ることにより、この部分に入射した光は偏光板によって
吸収され光源用セルを通過しない。このため、光源用セ
ルを通過する光は赤色となる。この状態で表示用セルの
第１の走査電極，第2,・・・第400の走査電極を順に選
択して表示を行えば、赤の表示ができる。次に光源用セ
ルを通過する光を赤の場合と同様な方法で緑色にし、こ
の状態で表示用セルの第１の走査電極から400番目の走
査電極まで順に選択して緑の表示を行い、次に同様な方
法で青の表示を行う。この赤，緑，青のすべての表示を
同一の画素で高速に行うことにより、人間の目には白色
に見え、赤と青だけ表示して緑の時間帯には表示用セル
において画素をoff状態にすることにより紫色を表示す
ることもできる。そして、他の色についても、赤，緑，
青の組み合わせにより表示を行うことができる。

本実施例のように光源（40）を表示用セルの最後に選
択される走査電極側に設けたことにより、各色の表示に
おける走査電極によるon状態の長さの差を表示用セルに
入射する光の強さで相殺することができ、表示用セル全
面の明るさが、均一になった。

また、面内の光を均一にする拡散板ではなく、出射す
る光の強度に場所による勾配をもたせる拡散板を用いれ
ば、表示用セルの最後に選択される走査電極側に拡散板
の光強度の大きい部分を配置することにより、さらに表
示用セルの明るさを均一することができる。

『実施例２』 第１のソーダガラス上に透明電極としてITOを公知のD
Cマグネトロンスパッタ法により成膜した後にフォトリ
ソグラフィー法により720本の制御電極を作製する。

そしてポリアミック酸を公知のオフセット印刷法によ
り塗布し、280℃で３時間クリーンオーブン中で加熱し
てポリイミド薄膜を得る。

さらに、ポリイミド薄膜上を綿布を用いて擦る、つま
りラビング工程を行う。

そして第２のソーダガラス上に同様にITOの480本の走
査電極を作製したのち、この基板上に直径２μｍのSiO₂
よりなる微粒子をスペーサーとして散布した。

そして、２枚の基板を貼り合わせた後、公知の真空注
入法を用いて強誘電性液晶を注入し、表示用セルを完成
した。その後、さらに表示用セルの外側に偏光板を貼付
した。

また、第３のソーダガラス上に同様な方法でITOを成
膜した後、同様にフォトリソ工程により３本の電極を作
製し、電極作製面と反対側の面に印刷法により赤、緑、
青のカラーフィルターを前記３本の電極にあわせて形成
した。

さらに、電極作製面に液晶配向膜として表示用セルの
場合と同様な方法でポリイミド薄膜を形成し、ラビング
工程を行った。

また第４のソーダガラス上に同様にITOを成膜した。
ただし、この基板においては複数の電極を必要としない
ので、全面にITOが成膜されている状態で、液晶配向膜
としてポリイミド薄膜を形成する。この後、ラビング工
程を行い、直径８μｍのSiO₂粒子を散布して、２枚の基
板を貼りあわせる。ただし、張り合わせの際には２枚の
基板のラビング方向が直角になるようにする。

そして真空注入法によりTN型液晶を注入し、光源用セ
ルを完成した。その後、さらに光源用セルの両側に偏光
板を貼付した。

そして、第１図のように表示用セル、光源用セル、光
源、拡散板を配置した状態で表示を行ったところ実施例
１と同様に表示画面の明るさが非常に均一な表示が得ら
れた。

本実施例においては光源用セルにTN型液晶を用いてい
るが、光源用セルの電極が非常に簡単（一方の基板が全
面ベタ、他方の基板が３本の電極）であるため光源用セ
ルにおける赤、緑、青の表示についてはスタティック駆
動ができ、赤、緑、青のそれぞれの表示を視認者が認識
することができず、実施例１の強誘電性液晶を用いた場
合と同様に全く問題は生じなかった。

また、本実施例において拡散板を取り外して表示を行
ったところ、やはり均一な明るさの表示画面が得られ
た。しかしながら、光源の位置を反対側（表示用セルに
おいて最初に選択される走査電極側）に光源を配置した
ところ、電極を配置した側が非常に明るくなった反面、
電極と反対側が非常に暗くなってしまい、大変視認しに
くい表示となってしまった。

これにより、表示用セルにおいて最後に選択される走
査電極側に光源を配置することが非常に有効であること
が実証された。

また、本実施例においては光源用セルについてTN型液
晶を用いていて、その基板間隔が８μｍと比較的厚いた
め基板間での異物による電極のショート等の不良が減
り、工程上の歩留りが上昇した。

〔効果〕

本発明を用いることにより、強誘電性液晶を用いたカ
ラー表示装置の表示面の明るさを非常に均一にすること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による強誘電性液晶を用いたカラー表
示装置の１例を示す。 第２図は、本発明の構成の１部分である表示用セルの断
面の概略を示す。 第３図は、本発明の構成の１部分である光源用セルの断
面の概略を示す。 第４図は、光源用セルと表示用セルの表示についてのタ
イミングチャートを示す。 20……表示用セル 21、35……ソーダガラス 22、36……透明電極 23、37……液晶配向膜 24……強誘電性液晶 25、26、31、32……基板 30……光源用セル 33……カラーフィルター 40……光源 50……拡散板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/133 G09G 3/18 G09G 3/36

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 透明電極を有する一対の基板間に液晶を介在せしめ、か
   つ基板の外側に複数のカラーフィルターを有する光源用
   セルと、 複数の走査電極を有する基板と複数の制御電極を有する
   基板との間に強誘電性液晶を介在せしめた表示用セル
   と、 を有し、 前記光源からの光が前記光源用セルを透過して前記表示
   用セルに入射するカラー表示装置において、 前記光源用セルにより光の色が順次選ばれ、前記光の色
   がそれぞれ選ばれている間において、前記表示用セルの
   走査電極を全てOFFにした後前記表示用セルの走査電極
   を順次選択し、前記選ばれた色の表示を行う時分割駆動
   をし、 前記表示用セルに入射する前記光の単位時間あたりの強
   度が、前記光の色がそれぞれ選ばれている間において最
   初に選択される走査電極の側から最後に選択される走査
   電極の側に向かって一定の割合で大きくなる ことを特徴とする液晶カラー表示装置。
2. 【請求項２】光源と、 透明電極を有する一対の基板間に液晶を介在せしめ、か
   つ基板の外側にカラーフィルターを有する光源用セル
   と、 複数の走査電極を有する基板と複数の制御電極を有する
   基板との間に強誘電性液晶を介在せしめた表示用セル
   と、 拡散板と を有し、 前記光源からの光が前記光源用セルを透過し前記拡散板
   により拡散されて前記表示用セルの１つの面に入射し、 前記拡散板の１つの面は、前記表示セルの入射する面に
   相対している カラー表示装置において、 前記光源用セルにより光の色が順次選ばれ、前記光の色
   がそれぞれ選ばれている間において、前記表示用セルの
   走査電極を全てOFFにした後前記表示用セルの走査電極
   を順次選択し、前記選ばれた色の表示を行う時分割駆動
   をし、 前記光源および前記光源用セルが、前記拡散板に対し
   て、前記光の色がそれぞれ選ばれている間において最後
   に選択される走査電極の側に配置され、 前記表示用セルに入射する前記光の単位時間あたりの強
   度が、前記光の色がそれぞれ選ばれている間において最
   初に選択される走査電極の側から最後に選択される走査
   電極の側に向かって一定の割合で大きくなる ことを特徴とする液晶カラー表示装置。