JPH02140720A - 液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

液晶表示装置の駆動方法

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JPH02140720A
JPH02140720A JP63294373A JP29437388A JPH02140720A JP H02140720 A JPH02140720 A JP H02140720A JP 63294373 A JP63294373 A JP 63294373A JP 29437388 A JP29437388 A JP 29437388A JP H02140720 A JPH02140720 A JP H02140720A
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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、たとえば2つの液晶セルを重ねた2層構造の
液晶表示装置などに好適に実施される駆動方法に関する
従来の技術 液晶表示装置は、現在、時計、電卓をはじめとして、コ
ンピュータの端末、ワード10セツサのデイスフ゛レイ
、テレビジョン受像機等の広い分野にわたって利用され
ている。さらに最近、液晶表示装置のマルチカラー化や
フルカラー化に対して非常に大きな要求があり、すでに
グラフィック表示あるいは画像表示の分野で実用化され
ている。
現在広く一般的に実用化されているカラー表示は、液晶
セルの内側にカラーフィルタ層を設け、液晶セルによっ
て光のスイッチングを行い各色を出す方法である。この
際、表示モードとしては、コントラスト等の点で液晶分
子を90°ねじったツィステッドネマテ(”7り(Tw
isted Nematic ; T N )表示が主
流である。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、このTN表示モードでは、表示特性が光
の波長に依存する波長依存性が大きく、可視光全域にわ
たって均等に光をスイッチングすることができない、特
に、2枚の偏光板の吸収軸を平行としたノーマリ−クロ
ーズタイプの場合、電圧を印加しないときの光の洩れに
起因する色付きが問題となる。
ところで、このようなカラーフィルタ層を設けTN表示
を用いて光のスイッチングを行なうカラー表示装置の渇
き、その駆動方法としては2つに大別される。その1つ
は、液晶セルの各画素にダイオード等の非線形素子や薄
膜トランジスタ等のスイッチング素子を各絵素に設けた
ちのくアクティブマド・すγクス駆動方式)と、このよ
うな素子無しに、ダイレクトに液晶を順次駆動する方法
(単純マルチブレックス駆動方式)がある、後者の方法
では、液晶の光学特性のうちしきい値付近の急峻性が重
要となり、現在行われているTN表示ではこの点が問題
となる。このしきい値は近に急峻性を呈する光学特性を
改善するために提唱されCいる新たな液晶配向手段とし
て液晶分子のねじれ角を180°〜270°付近とした
スーパーツイスト配内方式(SuperLwisted
旧refrinHeneeEffect方式、SBE方
式)がある、このSBE方式は、しきい値付近の立上が
りが鋭く、デユーティ−比を上げた渇きでも高コントラ
スト比が得られる。しかしその反面、複屈折効果を利用
するため原理的に波長による依存性がTN表示よりさら
に大きくなり、色付きが問題となる。
また、多色表示を行うには、上述したようにカラーフィ
ルタ層を訛けるのが一最的であるが、この場αには、製
造工程が複雑になりコストが増大するという問題を有す
る。
したがって、本発明の目的は、カラーフィルタ層を設け
ることなく高品位に多色表示を行うことのできる液晶表
示装置の駆動方法を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、透明基板間にねじれ配向された液晶の8!屈
折性が比較的大きく構成され、液晶I\の印加電圧の程
度に基づいて、異なった色彩光を透過する複数の液晶セ
ルを′ff4層して成る液晶表示装置の駆動方法におい
て、 各液晶セルへ、予め定められる印加電圧をそれぞれ印加
して前記複屈折性に基づく複数色のカラー表示を行うよ
うにしたことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法であ
る。
fY用 本発明に従えば、たとえば成る液晶セルの液晶層間に電
圧を印加した状態または印加しない状態のいずれか一方
の状態において、他の液晶セルの液晶層間に各画素ごと
に印加される電圧に応じて白黒表示を行うことができる
。また、成る液晶セルの液晶層間に電圧を印加した状態
または印加しない状態にいずれか他方の状態においては
、その状態が選択されている画素群について、白黒表示
を色表示に切り替えることができ、全体として多色表示
を行うことが可能となる。
実施例 第1図は本発明の第1の実施例である駆動方法が適用さ
れる2層型液晶表示装置の概略的な構成を示す縦断面図
である。
第1図において、2M型液晶表示装置は第1の液晶セル
1、および第2の液晶セル2を重ねきわせて構成されて
いる。第1の液晶セル1を構成する2つの透明基板3a
、3bは、ガラス、アクリル樹脂などからなり、透明基
板3ts、3bの互いに対向し合う面には、透明型i4
a、4bがそれぞれ形成されている。この透明型tf+
4=t、4bは、ITO(酸化インジウムを主とする膜
)、ネサ膜等の透明導電性膜からなっている。
各透明基板3a、31:+の透明主峰4a、4b形成側
表面には、さらに配向膜5aがそれぞれ形成され、この
2つの透明基板3a、3bの間に液晶層6aが介在させ
である。上記配向膜5aはStO,、SiO等の無機質
膜またはポリイミド、ポリビニルアルコール、ナイロン
、アクリル等の有機質膜からなっている。シール材7a
は液晶を封止するためのものである。
一方、第2の液晶セル2については、2つの透明基板3
b、3cと、これら透明電極3b、3cの互いに対向し
自う面に形成した透明@sI4 c 。
4dと、各透明基板3b、3cの透明電極4c。
4d影形成表面に形成した配向1115bと、2つの透
明基板3b、3cの間に介在させた液晶層6bと、液晶
を封止するシール材7bとによって構成されている、上
記透明基板3b、3cのうち一方の透明基板3bは、第
1の液晶セル1の1つの透明基板と共用されている。
各液晶セル1.2の液晶層6a、6bの液晶分子の螺旋
状ねじれ方向は、第2図(a)および第2図(b)にそ
れぞれ示すように、互いに逆方向に設定されている。す
なわち、一方の液晶分子は、第2図(a)に示すように
右ねじれ方向に、他方の液晶分子は第2図(b)に示す
ように左ねじれ方向に定着されている。ネマティック液
晶分子にねじれ力を与えるのは、−711ネマテイツク
液晶に光学活性物質を添加することにより行われる。
右ねじれの場合には、添加する物質として例えばとして
メルク社製 CH。
で示される物質が、左ねしれの渇きには、例えばメルク
社製コレステリールノナイエイト、S−811(商品名
)等の添加剤が用いられる。
第1の液晶セル1の片面(透明基板3aの透明電極4a
非形成側表面)と第2の液晶セル2の片面(透明基板3
Cの透明電極4d非形成側表面)には、偏光板8a、8
bがそれぞれ配置されており、これらの偏光板8a、8
bにおいては、その偏光軸が互いにOa〜30°偏らせ
である。
この2層型液晶表示装置では、表示の明るさ、白黒表示
を行った場合のコントラスト比、多色表示を行った場か
の表示品位などを良くするために、次の条件が設定され
ている。すなわち、第1の液晶セルlの液晶層6aの屈
折率異方性をΔrs l、セル厚をdl、第2の液晶セ
ル2の液晶層6bの屈折率異方性をΔn2、セル厚をd
2とするとき、1.0<IΔn1−dll<3.5  
       =11)i、o==て 1 Δr+2 
 ・ d21<3.  5             
        −(2)を満たすように多値が設定さ
れている。この条件が上述した良好な表示特性を得るた
めの必要条件であることは、発明者らの実験によって確
かめられている。
また、Δr鳳1・dlとΔn 2− d 2との間には
0、8〈Δr+2  ・ d2/Δnl  ・ di<
1. 5         −(3)の関係が成り立つ
ように多値の設定がなされている。第3式の条件は、白
黒表示の堝きのコントラスト比を最大にするための条件
であり、このことも発明者らの実験によって確かめられ
ている。
さらに、この2層型液晶表示装置では、第1の液晶セル
1の液晶層6aのねじれ角をθ1、第2の液晶セル2の
液晶層6bのねじれ角を02とするとき、 Δr息2 ・ d2 ・ θ2/Δn1−dl−θ1>
0.9     ・  (4)の条件を満たすように多
値が設定されている。第4式は、第2の液晶セル2の液
晶層6bに所定の電圧を印加した状態のもとで、第1の
液晶セル1の液晶層6aにオン・オフ電圧(光透過に相
当する電圧と光非透過に相当する電圧)を印加すると白
黒表示を行える一方、第2の液晶セル2の液晶層6bに
電圧を印加しない状態のもとで、第1の液晶セル1の液
晶層6aにオン・オフ電圧を印加すると干渉色に基づく
多色表示を行える条件であり、このことは実験的に確か
められている。
なお、第2の液晶セル2の液晶層6bに電圧を印加しな
い状態のもとで、第1の液晶セル1の液晶層6aにオン
・オフ電圧を印加して白黒表示を行う一方、第2の液晶
セル2の液晶Ji16bに所定の電圧を印加した状態の
もとで、第1の液晶セル1の液晶層6aにオン・オフ電
圧を印加して干渉色に基づく多色表示を行うためには、
次の条件Δr12・d2・θ2/Δr11・dl・θ1
<1.1 −(5)を満たすように多値を設定すること
が必要であり、このことも実験的に確かめられている。
なお、2層型液晶表示装置の一般的な傾向として、白黒
表示の渇きのコントラス)・比は、第3図に示すように
θ1=θ2のときに比べて、θ1≠02のときの方が高
くなる。ただし、第3図では、θ1≠02の場合として
θ2=01−30”のときのデータが示されている。ま
た表示コントラスト、視角特性を考慮した場き、第1の
液晶セル1の液晶層6aの液晶ねじれ角θ1は、180
”がち360゛程度の間に設定するのが好ましい、液晶
ねじれ角θ1が36o°以上になると、電圧印加時にド
メインが発生するため、コントラストが得られなくなる
。さらに第2の液晶セル2の液晶層6bの液晶ねじれ角
θ2は、コントラスト比を考慮すると30°から360
°程度の間で、第1の液晶セル1の液晶ねじれ角θ1と
異なる値に設定することが好ましい、また、急峻特性を
得るには、液晶固有らせんピッチρの値が重要であり、
液晶ねじれ角をθ、セル厚をdとするとθ/360ゝ 
−1/4・てd/p≦θ/360°       ・・
・ (6)の範囲にd / pを設定するのが好ましい
ことが実験的に確かめられている。ただし上記条件は液
晶のプレティルト角が約10゛以下のMhキであり、プ
レティルト角が1c゛以上になると、この範囲も異なる
第4図は上記2層型液晶表示装置を駆動した場きの電圧
−光透過率特性を示す特性図であり、そのうち第4図(
a)は白黒表示の場合を示し、第4[](b)は多色表
示の場合を示す。
次に、第4図(a)、(b)を参照して上記2層型液晶
表示を白黒表示および多色表示の状態に駆動する動作に
ついて説明する。
第2の液晶セル2の2つの透明電極4c、4d間に所定
電圧を印加することによって、その液晶層6aに電圧を
印加した状態のもとで、第1の液晶セル1の透明型Ij
4 a 、 4 b ’@に選択的にオンオフ電圧(こ
こではオン電圧として約1.7■、オフ電圧として約1
.5v)を印加するく単純マルチプレックス駆動〉と、
透明電極4zt、4bが交差する液晶層6aの各画素部
分において液晶分子の配列がオン・オフ電極に応じて変
化し、この変化によって、偏光板8a、液晶セル1.2
を経た光が偏光板8bを透過したり遮られたりする。
すなわち、第4図〈2t〉に示すようにオフ電圧が印加
されている画素部分では、赤色光R(波長λ= 610
 n m ) 、緑色光G(波長λ= 550 n m
 )、青色光B(波長λ= 45 Orr m )がい
ずれも透過して白色となる一方、オン・電圧が印加され
ている画素部分では、赤色光R1緑色光G、青色光Bの
すべてが遮断されて黒色となり、全体として白黒表示が
行われる。このとき、第2の液晶セル2は、第1の液晶
セル1を透過してきた光を色調補正する補正セルとして
働くため、干渉色のない適正な白黒表示が行われる。
一方、第2の液晶セル2に電圧印加をしない状態のもと
で、第1の液晶セル1に上述した渇きと同様にオン・オ
フ電圧を印加すると、第4図(b)に示すようにオフ電
圧が印加されている画素部分では赤色光R1緑色光G、
青色光Bのすべてが遮断されて黒色となる一方、オン電
圧が印加されている画素部分では青色光Bだけ通過率が
大きくなって青色となり、全体として黒と青の表示が行
われる。すなわち、第2の液晶セル2は、電圧印加状態
から非印加状態に切換えられることによって、色!lI
I補正機能の性質に変化が生じ、このため表示色に変化
が生じるのである。第2の液晶セル2をスタティック駆
動して画面全体を電圧印加状態から電圧非印加状態に切
換えられる渇きには、画面全体が白黒表示から黒色と青
色の2色表示に切り換わるだけが、単純マルチプレック
ス駆動方式を採用して第2の液晶セル2における電圧印
加状態を任意に選択した一部の画素群だけ電圧非印加状
態に切り換えると、他の画素群が白黒表示されている状
態のもとで、選択した一部の画素群が黒色と青色に2色
表示に切り換えられることになり、全体としてマルチカ
ラー表示が実現される。
第5113は第2の実施例の電圧−光透過率特性を示す
特性図であり、そのうち第5図(E()は白黒表示の場
きを示し、第5図(b)は多色表示の場合を示す、この
実施例が適用される2層型液晶表示装置の概略的な構成
は第1の実施例の場合の2層型液晶表示装置と同じであ
るので、ここでは第1図をそのまま参照して各部材の詳
細を説明する。
この2層型液晶表示装置では、透明基板3a。
3b、3cとしてガラス基板が用いられ、透明基板4a
、4b、4c、4cIは、ITOをスパッタ蒸着し所望
のパターンにエツチングすることによって形成されてい
る。透明型414a、4b、4c。
4dの厚みは、約1500人とされている。配向膜5a
、5bは、ポリイミド膜を約500人の膜厚にスピンコ
ードして形成され、その配向は股上を布でラビング処理
することによって与えられている、第1の液晶セル1の
液晶層6aをなす液晶材料としてZLI−1691(メ
ルク社製)が、また第2の液晶セル2の液晶層6bをな
す液晶材料としてZLI−3449−000<Iルク社
製)がそれぞれ用いられ、光学活性物質として液晶層6
aにはコレステリールノナノエイトが0572重量%、
液晶層6bにはCB−15が1.0重量%それぞれ添加
されている。これらの液晶層6a。
6bのねじれ方向は、互いに逆方向であり、液晶層6a
の液晶ねしれ角θ1は240°に、また液晶層6bの液
晶ねじれ角θ2は270′にそれぞれ設定されている。
液晶セル1のセル厚d1は7μrnに、また液晶セル2
のセル厚d2は12μmに設定されている。液晶層6a
のらせんピッチP1は14μmに、液晶層6bのらせん
ピッチP2は20μmに設定され、配向膜5εL、5b
上のプレティルト角は約8°に設定されている。Ii光
根板8a8bはヨウ素系偏光板からなり、両偏光板8a
、8bの偏光軸は互いに30”liらせである。
このような各位の設定により、先述した第1式、第2式
、第3式、第4式などが満たされている。
特に、第4式が満たされていることによって、第2の液
晶セル2の液晶層6bに所定の電圧を印加した状態のも
とで、第1の液晶セル1の液晶層6aにオン・オフ電圧
を印加して白黒表示を行う一方、第2の液晶セル2の液
晶層6bに電圧を印加しない状態のもとで、第1の液晶
セル1の液晶層6aにオン・オフ電圧を印加して干渉色
に基づく多色表示を行う条件が与えられている。
次に、第5図(a)および第5図(b)を参照して上記
2層型液晶表示装置を白黒表示および多色表示の状態に
駆動する動作について説明する。
第2の液晶セル2に電圧印加をした状態のもとで、第1
の液晶セル1の透明電極4a、4b間に選択的にオン・
オフ電圧(ここではオン電圧として約2.OV、オフ電
圧として約2.2V)を印加すると、第1の実施例の場
合と同様の動作によって光の透過と遮断がオン・オフ電
圧に応じて行われる。すなわち、第5図(a)に示すよ
うにオフ電圧が印加されている画素部分では赤色光R1
緑色光G、青色光Bがいずれも透過して白色となる一方
、オン電圧が印加されている画素部分では赤色光R1緑
色光G、青色光Bのすべてが遮断されて、黒色となり、
全体として白黒表示が行われる。
このとき、第2の液晶セル2が補正セルとして働いて、
干渉色のない適正な白黒表示が行われることは、第1の
実施例の場合と同様である。
一方、第2の液晶セル2に電圧印加をしない状態のもと
で、第1の液晶セル1に上述した場合と同様にオン・オ
フ電圧を印加すると、第5[1(b)に示すように、オ
フ電圧が印加されている画素部分では、青色光Bだけ透
過率が大きくなって青色となるのに対して、オン電圧が
印加されている画素部分では緑色光Gだけ透過率が大き
くなって緑色となり、全体として青色と緑色の表示が行
われる。
第2の液晶セル2をスタティック駆動して画面全体を電
圧印加状態から電圧非印加状態に切り換える場合に↓よ
、画面全体が白黒表示から青色と緑印加の2色表示に切
り換えるだけだが、単純マルナブレックス方式を採用し
て、第2の液晶セル2における電圧印加状態を任意に選
択した一部の画素群だけ電圧非印加状態に切り換えると
、他の画素部が白黒表示されている状態のもとで、選択
した一部の画素群が青色と緑色の2色表示に切り換えら
れることになり、全体としてマルチカラー表示が実現さ
れる。
第6図は第3の実施例の電圧−光透過率特性を示す特性
図であり、そのうち第6図(a)は白黒表示の場きを示
し、第6図(b)は多色表示の場合を示す、この実施例
が適用される2層型液晶表示装置の概略的な構成は第1
の実施例の場合の2層型液晶表示装置と同じであるので
、第2の実施例の場合と同様にここでは第1図をそのま
ま参照して各部材の詳細を説明する。
この2層型液晶表示装置では、第1の液晶セル1の液晶
層6aおよび第2の液晶セル2の液晶層6bをなす液晶
材料としてZLI−1691が用いられ、光学活性物質
として液晶層6aにはコレステリールノナノイエイトが
0.631i量%、液晶層6bにはCB−15が0.9
3重員%添加されている。これらの液晶層6a、6bの
ねじれ方向は互いに逆方向であり、液晶層6a、6bの
液晶ねじれ角θ1.θ2はともに240゛に設定されて
いる。液晶セル1のセル厚d1は8μmに、また液晶セ
ル2のセル厚d2は7.5μmに設定されている。さら
に液晶層6aのらせんピッチp1は16μmに、液晶層
6bのらせんピッチp2は15μmに設定されている。
(li光板8a、8bの偏光軸の層りはOoに設定され
ている。その他の値については、第2の実施例の場合と
同じである。
このような多値の設定により、先述した第1式、第2式
、第3式、第5式などが満たされている。
特に、第5式が満たされていることによって、第2の液
晶セル2の液晶層6bに電圧を印加しない状態のもとで
、第1の液晶セル1の液晶層6aにオン・オフ電圧を印
加して白黒表示を行う一方、第2の液晶セル2の液晶層
6bに所定の電圧を印加した状態のもとで、第1の液晶
セル1の液晶層6aにオン・オフ電圧を印加して干渉色
に基づく多色表示を行う条件が与えられている。
次に、第6図<a)および第6図(b)を参照して、上
記2層型液晶表示装を白黒表示および多色表示の状態に
駆動する動作について説明する。
第2の液晶セル2に電圧印加をしない状態のもとで、第
1の液晶セル1の透明電極4a、4b間に選択的にオン
・オフ電圧(ここではオン電圧として約2.OV、オフ
電圧として約2.2V)を印加すると、第1の実施例の
場合と同様の動作によって光の透過と31断がオン・オ
フ電圧に応じて行われる。すなわち、第6図くa)に示
すようにオフ電圧が印加されている画素部分では赤色光
R1緑色光G、青色光Bがいずれも透過して白色となる
一方、オン電圧が印加されている画素部分では赤色光R
,緑色光G、青色光Bのすべてが遮断されて黒色となり
、全体として白黒表示が行われる。
このとき、第2の液晶セル2が補正セルとして働いて、
干渉色のない適正な白黒表示が行われることは、第1の
実施例の場かと同様である。
一方、第2の液晶セル2に所定の電圧を印加した状態の
もとで、第1の液晶セル1に上述した場合と同様にオン
・オフ電圧を印加すると、第6図(b)に示すようにオ
フ電圧が印加されている画素部分では赤色光Rと緑色光
Gとがある程度の遮断率を示して黄色となるのに対して
、オン電圧が印加されている画素部分では赤色光R5緑
色光G、青色光Bがいずれも透過して白色となり、全体
として黄色と白色の2色表示が行われる。第2の液晶セ
ル2をスタティック駆動して画面全体を電圧非印加状態
から電圧印加状態に切り114える場合には、画面全体
が白黒表示から黄色と白色の2色表示に切り換わるだけ
だが、単純マルチルックス駆動方式を採用して第2の液
晶セル2はおける電圧非印加非印加状態を任意に選択し
た一部の画素群だけ電圧印加状態に切り換えると、他の
画素群が白黒表示されている状態のもとで、選択した一
部の画素群が黄色と白色の2色表示に切り換えられるこ
とになり、全体としてマルチカラー表示が実現される。
発明の効果 以上のように、本発明の液晶表示装置の駆動方法によれ
ば、第2の液晶セルの液晶層間に対して電圧を印加した
り非印加の状態にする制御を行うことによって1色光の
透過・遮断に切換えまたは透過色光の切換えを行うよう
にしたので、カラーフィルタ層を設けない構成の簡単な
2層411造の液晶表示装置によって表示品位の良好な
多色表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の駆動方式が適用される2層型液晶表示
装置の概略的な構成を示す縦断面図、第2図はその2層
型液晶表示装置の各液晶層における液晶分子のねじれ方
向を示す説明図、第3図はその2層型液晶表示装置の各
液晶層の液晶ねじれ角とコントラスl−比との関係を示
す特性図、第4図は本発明の第1の実施例の電圧−光透
過半特性を示す特性図、第5図は本発明の第2の実施例
の電圧−光透過半特性を示す特性図、第6図は本発明の
第3の実施例の電圧−光透過半特性を示す特作図である
。 1.2・・・液晶セル、3a、3b、3c・・・透明基
板、4 a 、 4 b 、 4 c 、 4 d−透
明電極、6a。 6b・・・液晶層、8a、8b・・・偏光板代理人  
弁理士 画数 圭一部 第 図 (a) 第4図 (b) 第 図 (a) (a) 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 透明基板間にねじれ配向された液晶の複屈折性が比較的
    大きく構成され、液晶への印加電圧の程度に基づいて、
    異なった色彩光を透過する複数の液晶セルを積層して成
    る液晶表示装置の駆動方法において、 各液晶セルへ、予め定められる印加電圧をそれぞれ印加
    して前記複屈折性に基づく複数色のカラー表示を行うよ
    うにしたことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
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