JPH02267525A - 液晶電気光学装置およびその表示方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は強誘電性液晶を用いたカラーデイスプレィに関
する。

〔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、メモリー機能を有する等の
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
過した光の強度がどれも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した時Ｒ，Ｇ、Ｂ
、それぞれのカラーフィルターの厚さが必ずしも等しく
はならない。そのために、カラーフィルターをセル内に
形成しようとすると、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、液晶の屈折率の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
により色ムラが生じてしまう。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った。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きまっていて、
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別個に認識できないこ
とを利用して３色の総和として白を表示していた。従っ
てドツト状にバ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。

〔発明の構成〕

上記問題点を解決するため本発明は、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
の色にするためのセル（以下光源用セルと称する。）を
有することを特徴とする。

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する。

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ＴＮ型液晶を介
在させる構造とする。

本発明において「セル」とは、微少な空間をあけて一対
の基板が貼り合わされていて、その空間に液晶が充填さ
れている構造のものをいう。

本発明において表示用セル、光源用セル共に基板の液晶
に接する面には液晶配向手段を有していても良い。

また本発明で用いられる光源用セルは、光源からの光（
−船釣に白色光）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ツト状に形
成されていても別に問題はないが、より簡単に一方の基
板上に形成される電極は基板全面にわたって形成され、
他方の基板上に形成される電極はストライブ状に形成さ
れている構造で十分である。そして、カラーフィルター
についても電極と同様にドツト状でも機能としては問題
はないが、透明電極の形状にそろえて、ストライプ状で
十分である。

カラーフィルターの位置については、光源用セルの基板
の外側に配置すれば良いが、光源用セルにＴＮ型液晶を
用いており、該セルの基板間隔が十分厚いため、基板の
内側に配置することができる。内側に配置することによ
り、外側に配置した場合に比較して隣り合うカラーフィ
ルターの間隔を小さくすることができ、かつ液晶とカラ
ーフィルターの距離を小さくできるので、光源用セルを
通過した光の方向によって色が異なることがなくなり、
表示機能をより高くできるものである。

また、偏光手段については表示用セルと光源用ルの両外
側に計４枚用いるか、或いは光源用セルと表示用セルの
面がほぼ平行な場合など、光源用セルと表示用セルとの
間には１枚の偏光手段でこと足りるので都合３枚で良い
。

また、光源用セルに用いるＴＮ型液晶にゲストホスト用
の染料を添加して、公知のゲストホスト型セルにするこ
とにより、光源用セルに使用する偏光手段が１枚でこと
足りることになり、光源用セルを通過する光の強度が上
昇するために、結局表示用セルに入射する光の強度が上
昇することになり、明るい表示が得られるものである。

本発明で用いられるカラーフィルターの形成方法として
は、公知のフォトリソグラフィー法や印刷法を用いるこ
とができる。

本発明では光源から放射された光の色を光源用セルの全
面にわたって赤、緑、青の色に変えるために光の散乱を
利用する。従って、光源用セルに用いる基板のうち表示
用セル側を厚くすることが望ましい。もし、基板を厚く
しただけで不十分な時、もしくはカラーフィルターを表
示用セル側に基板に形成した時など基板を厚くすること
が困難な時には、表示用セルと光源用セルとの間に適当
な間隔をあけて光の広がりを利用することもできる。こ
の時、間隔を広くあけすぎると光の強度が小さくなって
しまうので、概ね１０ｍｍ以下が適当である。さらに、
十分に光を散乱させるためには光源用セルと表示用セル
の間の光路上に光を拡散するための拡散板を設けること
により表示用セルに入射する光の面内の強度をより均一
にすることもできる。

また本発明における表示方法としては、表示用セルと光
源用セルを同期させて表示を行う。例えば、まず赤の表
示を表示用セルに行う。次に緑の表示を行い、次に青の
表示を行う。この時に赤の表示を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１図に示す。また、必ずし
もこの表示の色の順序でなくても良い。

第１図においてＬｍ、ｊｃ、ｔ８、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を示す
。またｔは表示用セルについてのタイミングチャートを
示す。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０次にＢ−Ｃで、光源用セルの緑のフィルターの
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。

本発明の電気光学装置では上に説明した通り、１個の画
素について赤、緑、青の３回の書き込みでカラー表示と
しての１回の書き込みを行うため一見表示速度が遅いよ
うに思われるが、表示用セルには応答速度の速い強誘電
性液晶を用いているので赤→緑→青の書き込みを高速で
行うことにより、人間の目には同時に書き込みが行われ
ているように見えるので、紫等の赤、緑、青嵐外の色も
表示可能となる。例えば紫は赤と青の両方を表示すれば
良い。

また、光源用セルには比較的応答速度の遅いＴＮ型液晶
を用いているが、光源用セルは電極をストライプ状に形
成しているうえ、そのストライプの本数もそれほど多く
は必要としないので、（最低の場合、Ｒ，Ｇ、Ｂそれぞ
れ１本で計３本）時分割駆動の必要がなく、スタティッ
ク駆動を行うことができるため、ＴＮ型液晶セルを光源
用セルに用いても、十分に速い表示が得られる。

また、本発明では光源用セルとしてＴＮ型液晶セルを用
いているが、ＳＴＮ型液晶セルを用いることもできる。

この際には、ＳＴＮ型液晶セルを通過した光の強度の波
長依存性が強いために、光学的に補償するための補償用
セル、或いは高分子フィルムを用いる必要がある。

本発明の実施例について以下に説明する。

〔実施例１〕 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
、そして第４図には本発明の構成である液晶電気光学装
置の断面の概略を示す、さらに第５図には、光源用セル
の一部分についての斜視図を示す。

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）２２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
を貼り合わせ、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とを貼り合わ
せ、基板間にＴＮ型液晶３４を注入して構成した。そし
て基板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、
長さは電極の長さと同じ長さに、つまりストライプ状の
構造に形成した。

さらに偏光板４１．４３を基板２５の外側と、基板３２
の外側に配置する。さらに偏光板４２を表示用セル２０
と光源用セル３００間に配置する。本実施例では光源用
セル３０の上側に配置した。

本構造において光源用セルの下側に配置した偏光板４３
は光源４０の上に直接設けても良く、表示用セル２０と
光源用セル３０の間に配置した偏光板は、表示用セル２
０の下側に配置しても良い。

本発明の１例である第４図の構成を用いるにあたり、光
ａ＜螢光灯）４０から出た光は１枚の偏光板４３を通過
して直線偏光となり、カラーフィルター３３を通過して
それぞれのフィルターの色を呈する。赤を表示する時は
緑、青のフィルターの上部に存在する液晶をＯｆｆ状態
にして、表示用セルと光源用セルの間にある偏光板４２
によって光を吸収させる。同時に赤のフィルター上部に
存在する液晶のみＯｎ状態にして２つのセルの間の偏光
板を通過させる。この時、光源用セルの上側の基板３１
により光が拡散し、光源用セル全体が赤色を表示する。

そして光源用セルと同期させている表示用セルの、赤を
必要とする画素のみをＯｎにし、必要でない画素はＯｆ
ｆ状態にする。そしてＯｆｆにした画素を通過した光に
ついては、表示用セルの上側の偏光板で吸収させ、Ｏｎ
にした画素を通過した光は強誘電性液晶により偏光状態
を変えられ、表示用セルの上側の偏光板４１を通過する
。その後、緑、青に対しても同様に表示を行う。

もし光源用セルの上側の基板３１の拡散だけでは不十分
で、光源用セル全体が表示させようとする色を呈さない
時は、２つのセルの間隔を適当な距離にあけて表示用セ
ルに表示させようとする色の光がセル全面に入射可能な
ようにする。あまり間隔をあけすぎると、光が弱くなっ
てしまうので概ね１０ｍｍ以下が良い。本実施例におい
ては２つのセルの間に５１１Ｉｌ１１の空間４５をあけ
た。表示のスピードを非常に速く行うため、人間の目に
は同時に表示を行った様に見える。本実施例においては
赤、緑、青それぞれ１０ｍ秒で書き込みを行ったので、
完全に同時に表示を行ったように見えた。さらに本構造
においては、表示用セルの１画素で３色すべての表示を
行うため、緻密な表示を行うことができた。

〔実施例２〕 第６図に、拡散板を用いて表示用セルに入射する光の面
内の強度を均一にした場合の概略図を示す。

本実施例においては、蛍光灯６１から出た白色光がＴＮ
型液晶を用いて作製された光源用セル６２に入射し、そ
の後拡散板６５を通ることにより、面内の強度が均一化
され強誘電性液晶を用いて作製された表示用セル６３に
入射する０本実施例において、表示用セルと光源用セル
の作製法は実施例１の場合と同様であり、表示方法も実
施例１と同様である。ただし、本実施例においては偏光
板を表示用セルの両側と光源用セルの両側に用いている
。

（特に偏光板は図示しない。） 本実施例のように拡散板の側面から光源用セルを通過し
た光が入射するような構成にしたことにより、光源用セ
ルの幅を非常に小さくすることができる。本実施例にお
いては拡散板の厚さと光源用セルの幅がほぼ同じになる
ようにした。従って光源用セルを構成する一方の基板の
透明電極とカラーフィルターがわずか３本のストライプ
で形成することができたので透明電極、カラーフィルタ
ーのパターニングが非常に簡単になるうえ、複数の光源
用セルを同時に形成し、その後切断して個々のセルに分
割することもできるので、非常に工程の短縮化がはかれ
るものである。

第６図においては特に記載していないが、蛍光灯６１か
ら出た光が光源用セルを通過せずに直接表示用セルに入
射することのないように、蛍光灯のまわり（光源用セル
側は除く）を遮蔽板で囲んでしまうことにより、白色光
が表示用セルに直接入射することもなくなり、カラー画
像がより鮮明に得られるものである。さらに、前記遮蔽
板の内面が光の反射率の高い物質で構成されていれば、
光源用セルに入射する光の量が大きくなるため、さらに
明るい表示が得られるものである。

〔効果〕

以上述べたように、本発明を用いることにより従来困難
であった強誘電性液晶を用いたカラー表示が容易に実現
でき、従来の液晶カラー表示装置に比較して、高速で緻
密な表示が可能となった。

また、光源用セルと表示用セルの両方に強誘電性液晶セ
ルを用いた場合に比較した場合、歩留りが大きく上昇す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による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。 第２図は、本発明の構成の１部である表示用セルの断面
の概略の１例を示す。 第３図は、本発明の構成の１部である光源用セルの断面
の概略の１例を示す。 第４図は、本発明の構成である液晶電気光学装置の断面
の概略の１例を示す。 第５図は、本発明の構成の１部である光源用セルの斜視
図の１例を示す。 第６図は、本発明の液晶電気光学装置の斜視図の１例を
示す。 ２０．６３・　・ ２１．３５・　・ ２２．３６・　・ ２３．３７・　・ ２４・　・　・　・ ２５．２６．３１． ３０．６２・　・　・ ３３・　・　・　・　・ ３４・　・　・　・　・ ４０．６１・　・　・ ４１．４２．４３・ ４５・　・　・　・　・ ６５・　・　・　・　・ 表示用セル ソーダガラス 透明電極 液晶配向膜 強誘電性液晶 基板 光源用セル カラーフィルター ＴＮ型液晶 光源（蛍光灯） 偏光板 空間 拡散板 −一一一〜−−−−′ 只

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源と；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と；透明電極を有する一
   対の基板間にＴＮ型液晶を介在せしめ、かつカラーフィ
   ルターを有する光源用セルと；液晶の複数の状態を識別
   するための偏光手段と；を有することを特徴とする液晶
   電気光学装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、光源用セル内のＴ
   Ｎ型液晶にはゲストホスト用の色素が添加されているこ
   とを特徴とする液晶電気光学装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、カラーフィルター
   は光源用セルを構成する一対の基板の内側に配置されて
   いることを特徴とする液晶電気光学装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、光源用セルと表示
   用セルとの間の光路上に、光源用セルを通過した後の光
   を拡散させるための拡散板を設けたことを特徴とする液
   晶電気光学装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、光源用セルと表示
   用セルの間に０〜１０ｍｍの空間をあけたことを特徴と
   する液晶電気光学装置。 ６、光源と；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と；透明電極を有する一
   対の基板間にＴＮ型液晶を介在せしめ、かつカラーフィ
   ルターを有する光源用セルと；液晶の複数の状態を識別
   するための偏光手段と；を有する液晶電気光学装置にお
   いて、赤、緑、青の表示を連続に、かつ高速に行うこと
   を特徴とする液晶電気光学装置の表示方法。