JPH0470817A - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は液晶表示装置に関し、主に、ワープロ、ノー
ト型パソコン等のＯＡ機器や各種映像機器及びゲーム機
器などに用いられる。

（ロ）従来の技術 映像機器は、時計、電卓、コンピュータ端末、ワードプ
ロセッサあるいは、ＴＶ等、現在、広い分野に渡って利
用されている。これらの用途に用いられる代表的な表示
モードは、液晶セル内の液晶分子を初期配向としてほぼ
９０°ねじる、いわゆる’Ｉ’　Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ
　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードである。ＴＮモードは、１組
の偏光板の間に液晶セルを配置し、このセルの光学的性
質、即ち無電時の旋光特性と電圧印加時の偏光解消特性
を利用してモノクロ表示を行うものである。また、カラ
ー化については、液晶セル内に例えば赤、青、緑のカラ
ーフィルタを設け、ＴＮモードの上述の光スイツチング
特性を利用し、加色混合によりマルチカラー表示やフル
カラー表示を行う。この原理は、現在、アクティブマト
リクス駆動や単純マトリクス駆動を適用したポケット液
晶テレビのデイスプレィに採用されている。

ワードプロセッサ用デイスプレィとして広く使用されて
いる表示方式としては、ＴＮモードと類似のセル構造で
液晶のねじれ角を１８０°〜２７０°に設定する、Ｓ　
Ｔ　Ｎ　（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉ
ｃ）モードが挙げられる。このモードの特長は、液晶ね
じれ角の９０°以上の増大と偏光板設置角の最適化によ
り、印加電圧の増加に伴う急激な分子配向変形を液晶の
複屈折変化に反映させ、鋭いしきい値を存する電気光学
特性を実現するものである。従って、単純マトリクス駆
動に適する。一方、このモードの短所としては、液晶の
複屈折により表示の背景色として、黄緑や濃紺の色付き
を呈することにある。この改善法として、表示用ＳＴＮ
パネルに光学補償用パネルやポリカーボネイト等の高分
子で形成される位相差板を重ね合わせることにより色補
償を行い、白／黒表示を可能とする提案があり、現在、
このパネル構造のらのが“ペーパーホワイトＬＣＤ”と
して、市場に出回っている。

また、このカラー化においては、前述のＴＮモードと同
様の動作原理で、マルヂカラー／フルカラ表示が可能と
なる。

広い視覚を要求する用途としては、液晶に分子長軸と短
軸方向で吸光度の異なる色素（二色性色素）を添加する
、いわゆるＧＨ（ゲストホスト）モートが使用される。

この方式は偏光板を使用するＨｅｉ１ｍｅｉｅｒ型と偏
光板を使用しないＷｈｉｔｅ−Ｔａｙｌｏｒ型（相転移
型）、及び二層型等に分類出来るが、いずれにしても動
作原理となるものは、色素の配向を電圧による液晶分子
の配向を介してコントロールし、色素分子方向の吸光度
差を表示に利用するものである。またカラー化に対して
は、色素として、可視光の一部の波長を吸収する色素を
用いるか、黒色となる色素を使用したＧ　）（セルに有
色フィルタを組み合わせれば表示が可能となる。なお、
ＴＮモート、ＳＴＮモート、Ｇ　Ｈモードの詳細な動作
原理は日本学術振興会第１４２委員会編“液晶デバイス
ハンドブック”　（１９８９）　Ｐ、３１５〜３４６に
記載されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 偏光板を使用する表示モードでは、偏光板の光学的性質
により、少なくとも光利用率は５０％以下に減少する。

従って、反射型デイスプレィや投写型デイスプレィに要
望される“明るい表示”を実現するためには、偏光板不
要型表示モードの方が有利となる。この観点から前述の
表示モートの中より候補となるのは、Ｗｈｉｔｅ−Ｔａ
ｙｌｏｒ型（相転移型）ＧＨモードと二層型ＧＨモード
である。この雨音のモードを比較すると、後者の方が、
コントラスト、明るさの点で優れていることが、既に報
告されている［Ｐｒｏｃ、　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＤ、　
２５１４　（１９８４）Ｐ、　２７５　］。しかしなか
ら、従来の二層型ＧＨセルでは、液晶層間に通常のガラ
ス基板を用いるため、視角により上下液晶層に視差か生
し、表示がダブルという欠点かあった。この改善法とし
て液晶層間のガラス厚を極めて薄くすることが考えられ
るが、取り扱いに難点があること、セル厚制御か難しい
こと等の問題かある。従って、比較的大面積で精細度の
高いデイスプレィには適用は出来ない。

また、この点てはＷｈｉｔｅ−Ｔａｙｌｏｒ型ＧＨモー
ドの方が一層で構成されるため適するが、表示性能の点
ては上述の様に劣り、特に多色表示の場合には、マイロ
クカラーフィルタを用いる必要性から明るさか失われ、
表示の精彩が劣っていた。

この発明は、このような事情を考慮してなされたちのて
、高精細で且つ明るい多層型の液晶表示装置を提供する
ものである。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明は複数の液晶層がそれぞれ透光性基板を介して
積層されてなる多層型液晶表示装置において、透光性基
板か、その基板表面に直交する方向に配列されたオプテ
ィカルファイバーの集合体からなることを特徴とする液
晶表示装置である。

上記表示装置に於いて、液晶層に二色性色素を添加した
液晶を用いてもよい。

また、上記表示装置に於いて、カラーフィルタ層を液晶
セル内に形成することかできる。

（ポ）作用 この発明の作用を液晶層が二層の場合を例に取って説明
する。

第２図は従来例であり、Ｉａ〜１ｃはガラス基板、２は
シール剤、３ａは上層液晶部、３ｂは下層液晶部、４ａ
〜４ｄは透明電極である。この図では透明電極４ａ〜４
ｄ上の配向膜やスペーサ、また場合によって形成する液
晶層間リーク防止用絶縁膜等は簡略のため省略している
。この図より明らかなように、入射光線Ａは下層液晶部
３ｂの表示部の端を通過するものであり、Ｂは上層液晶
部３ａの表示部の端を通過する光であるため、これらの
光を受光する位置では、表示画像の視差が生しる。さら
に、前述の二層型Ｇ　Ｈモートのように入射光線が積層
された所望の表示絵素部を通過することにより、初めて
期待される表示性能（表示の明るさ、コントラスト、色
再現性等）を発現する表示方式においては、この視差は
極めて特性上大きな問題となる（図中Ａ−Ｂ間の入射光
に対しては、−暦表示となる）。

第１図には、二の発明の基本構成を示す。従来と異なる
点は、液晶層の中間に位置するガラス基板１ｃをオプテ
ィカルファイバープレート６に置き換える点にある。入
射光線Ａは下層液晶部３ｂの表示部を通過した後、直ち
にオプティカルファイバープレート６により上層液晶部
３ａの表示部に導光され、これを通過する。従って、上
下表示部を光学的に確実に連結することが出来るため、
従来に見られる視差の問題を解決することができる。

また、パネル構成としては第１図のように１枚のオプテ
ィカルファイバープレート６の上下に液晶層３ａ、３ｂ
を形式してもよいが、２枚のファイバープレートを用い
て、第１図のａ部とｂ部を単独に作成した後、０点で重
ね合わけても同様な効果を期待することか出来る。この
場合、アクティブマトリクスパネルや高精細な単純マト
リクスパネルのようにパネル作成プロセスに注意深い取
り扱いが要求されるＬ　ＣＤには、基板の表裏処理かな
い点、歩留まりの向上につながり、特にメリットとなる
。

さらに、表示絵素部の駆動に関して、上下液晶部個別に
駆動してもよいか、第３図に示すように、オプティカル
ファイバープレート６を構成するファイバーｆの中にフ
ァイバー外周を導体物質（金属やカーボン等の導体を分
散させた有機材料）でコーティングしたファイバーｆｃ
を適宜混入させ、これらを板状加工したファイバープレ
ートを使用すれば、第１図における透明電極４ｂと４ｃ
とが短絡されるため、透明電極４ａ、４ｄ間に駆動回路
を接続すれば、１機種の駆動装置で上下の液晶層を同時
に駆動することができる。この様なＷＩｔ造は、二層型
ＧＨモードのような表示方式を用いる場合には、上下液
晶層で重ね合う絵素部を同時に駆動する必要があるため
、極めて有用である。またファイバープレート導光中に
偏光性を厳密に保存する必要がある場合には、オプティ
カルファイバーとして偏波面保存ファイバーを用いてプ
レートを作成すればよい。

なお、上述したこの種のオプティカルファイバープレー
トは特異なものではなく、既に一般に知られたものであ
る（例えば産業開発機構（株）発行の映像情報（Ｉ　）
　１９８８年４月号Ｐ、４３参照）。

以上述べた液晶パネル構造は原理的に多層の液晶層間で
重なり合う表示絵素部を入射光線が通過することにより
初めて期待される表示性能（明るさ、コントラスト、色
再現性、視角等）を発現する表示方式において極めて有
効であり、例えば、二層型ＧＨモードや多層方式相転移
型ＧＨモートを用いた、モノクロデイスプレィ及びカラ
ーデイスプレィに適する。また、表示形式としては、薄
膜トランジスタ（ＴＰＴ）やＭ　ｒ　Ｍ、ダイオードの
ような二端子素子を付加したアクティブマトリクス駆動
か単純マトリクス駆動を適用した透過型デイスプレィ、
さらには明るさが重要な反射型デイスプレィに適し、特
に反射型カラーデイスプレィには有用である。

従って、ＴＶ、ゲーム、ラップトツブパソコン等の携帯
用映像機器や情報処理装置及びブロジェクノヨン型ＴＶ
や会議プレゼノテーノヨン用デイスプレィ等の投写型映
＆／情報装置の用途として、この発明は大きな効果を発
揮する。

（へ）実施例 以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する
。これによって、この発明か限定されるものではない。

及檄■↓ 第４図にこの実施例の構造を示す。同図において、ｌｌ
ａ、Ｉｌｂはガラス基板、１２はノール剤、＋３ａ、１
３ｂは液晶層、Ｉ４ａ〜Ｉ４ｄは透明電極である。ここ
で、液晶層１３ａ及び１３ｂには黒色ゲストホスト系液
晶であるメルク社ＺＬ１−２３２７を用い、ポリイミド
系配向膜で各々平行配向を実現するととらに、液晶層１
３２Ｌ、１３ｂではそれらが互いに９０°交差するよう
に配向をさせた。また、液晶層１３ａ、１３ｂのセル厚
を１０μ肩とし、電極＋４ａ〜１４ｄはＩＴＯを用いた
マトリクス電極構造とした。さらに、６は直径１ｊｌｊ
Ｉのオプティカルファイバーを８０本／ｃｍ’の密度に
配列して形成したプレートを用い、液晶層！３ａ、１３
ｂの表示絵素の位置はセル法線方向でほぼ一致させた。

液晶層！３ａ、１３ｂに同し電圧を印加すべく全マトリ
クス電極をスタティック駆動とし、透過型Ｌ　ＣＤとし
たところ、良好なコントラストを示し、表示絵素に視差
が生しないことを目視により確認した。

さらに、液晶層１３ａ、＋３ｂで重なる表示絵素に同一
電圧か印加されるようにマルチプレックス駆動を行った
ところ、視差のない文字表示が可能であることを確認し
た。

実施例２ 実施例Ｉと同様な二層型ＧＨセルにおいて、液晶のねし
れ角を増加した。液晶のねじれ角の増加に伴い、閾特性
が鋭くなり、単純マルチプレックス駆動に有利な特性が
得られた。但し、ねじれ角が３［０°以上になると、ヒ
ステリンス特性が現れ、逆にマルチプレックス駆動が損
なわれた。この様子を第５図に示す。従って、液晶ねじ
れ角は９０°から３６０°の範囲が好ましく、特に高い
コントラストを得るためには、１８０”から３１０°の
範囲が望ましい。また、このような傾向は他のゲストホ
スト系液晶、例えばホスト材料として、ンクロヘキサン
系、ビフェニル系、ピリミジン系、エステル系液晶とゲ
スト材料として、アントラキノン系、アゾ系、アゾメチ
ン系、スチリル系、メロンアニン系色素の混合系で得ら
れる。このような検討結果の背景から、第６図には２４
０°ツイストの二層型ＧＦＩセルの一例を示す。液晶は
黒色ゲストホスト系液晶のメルク社製ＺＩＬ−２２７４
を用い、さらに、同社のＣＢ−１５及びＳ−８１１を使
用し、２４０°ツイストを実現した。液晶層３ａ及び３
ｂの液晶のねじれ方向は互いに逆であり、またファイバ
ープレート１６両面での液晶分子配向は互いにほぼ直交
している。

ファイバープレート及び配向膜、セル厚等は実施例１と
同様である。

この構造のセルに、液晶層３ａ、３ｂで重なる表示絵素
には、同一電圧が印加されるようにマルチプレックス駆
動を行ったところ、コントラストが良好で、視差のない
文字表示を確認した。また、このセルを第７図に示すブ
ロノエクノヨンノステムにおいて投写したところ、絵素
ぼけのない明るく、鮮明な画像が得られた。なお、第７
図においては、Ｄは液晶表示装置、ＣＩは走査側駆動回
路、Ｃ２は信号側駆動回路、Ｐは光源、Ｍは反射ミラ、
Ｌはレンズ、Ｓはスクリーンである。

実施例３ 実施例２（第６図）の基本セル構造において、透明電極
４ａとガラス基板１１λの間にゼラチンよりなる赤、緑
、青のカラーフィルタ層１５ａを０７μｌ形成した。ま
た、透明電極１４ｄの代わりに、ガラス基板ｌの上を研
磨剤（アルミナ粒子径１５μｌ）で研磨した後、ＨＦで
エツチングを行い、基板表面の粗面化を施し、さらにＡ
ｇを蒸着して反射電極１５ｂを形成した。第８図にこの
セル構造を示す。

電極１４ａ〜１４ｂ問および電極１４ｃ〜１５ｂ間に電
圧を印加し、液晶層１３ａ、１３ｂて重なる表示絵素に
は同一電圧を印加してマルチプレックス駆動したところ
、良好な反射型の中間調表示及び無階調表示が得られた
。従って、基本的には、本構造により、反射型カラーＬ
ＣＴＶやノート型パソコン用カラーデイスプレィが作成
出来る。

なお、本実施例では、カラーフィルタの位置は電極＋４
２Ｌとガラス基板１１ａの間に設けたか、基本的には電
極＋４ｂとプレート１６との間、電極１４ｃとプレート
Ｉ６との間、又は電極１５の上に設置することも可能で
ある。

実施例４ 第９図にこの実施例のセル構造を示す。同図において、
２１ａ　　２１ｂはガラス基板、２６ａ２６ｂはオプテ
ィカルファイバープレート、２３２Ｌ〜２３ｃは液晶層
、２２はシール剤、２４ａ〜２４ｅは透明電極であり、
この実施例では、ＧＨ液晶の３層の積層とし、減法混色
によりカラー表示を行うものである。３層間は、オプテ
ィカルファイバープレート２６＆と２６ｂにより連結さ
れており、２５は実施例３と同様にして作成した反射型
電極である。また、各基板の表面はポリイミド系垂直配
向剤を使用し、液晶セルのセル厚は８μ肩、ポスト液晶
の螺旋ピッチは４μ鱈こ調節した。ここでホスト液晶は
メルク社製ＺＬＩ−１８４０とし、ゲストとしては、液
晶層２３２Ｌ〜２３ｃに各々日本感光色素（株）製Ｇ２
０９．　Ｇ２３２及びＢＤＨ社製Ｄ３５を２ｗｔ％程度
使用した。さらに、各層の表示絵素は互いに出来るだけ
重なり合うように貼り合わされている。

コノ’ＩＦＩ　品セルに各層独立にマルチプレックス駆
動により、電圧を印加すると、各層の相転移状態及び非
相転移状態の組み合わせにより、視差による絵素ずれな
く８色のマルチカラー表示が行えることを確認した。

なお、本実施例で使用したゲスト・ホスト材料は特に限
定するものではなく、シアン、マゼンダ、イエローを表
示する材料系であれば減法混色による８色マルヂカラー
やフルカラー表示を行う上で、使用可能である。

以上の実施例１〜４では、単純マルチプレックス型のパ
ネル構造を用いたが、この代わりに薄膜トランジスタ（
ＴＰＴ）等の三端子素子やＭＩＭ等の二端子素子を形成
したアクティブマトリクス型基板を用いれば、さらに良
好な表示特性が得られる。また、本実施例では、全て非
絵素部は光遮蔽状態であるが、実施例１〜３ではポス）
・液晶材料として、誘電率異方性が負のものと、垂直配
向もしくは傾斜配向を併用するか、非絵素部のみにＳｉ
Ｏを極めて薄く（例えば５０人程度）蒸着することによ
り垂直配向にすれば、非絵素部は光透過状態となる。実
施例４では、非絵素部のみ（液晶セル厚）〈（ポスト液
晶の螺旋ピッチ）の条件になる様、段差を設ければ光透
過状態になることか経験的に分かっている。この様なパ
ネル構造は光利用率が高まるため、特に反射型ＬＣＤを
実現する上で有用である。

（ト）発明の効果 この発明によれば、高精細で、かつ明るい液晶表示装置
が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構造を示す構成説明図、第２図
は従来の二層型ＬＣＤの基本構造の説明図、第３図はオ
プティカルファイバープレートの構造の一例を示す要部
上面図、第４図は実施例１による二層型ＧＨセルの構成
説明図、第５図は二層型ＧＨセルにおける液晶ねじれ角
とコントラストの関係を示すグラフ、第６図は実施例２
による二層型ＧＨセルの構成説明図、第７図は第６図の
実施例をプロノエクンヨンシステムに使用した例を示す
説明図、第８図は実施例３による反射型カラーＬＣＤの
基本構造図、第９図は実施例４による三層積層方式反射
型カラーＬＣＤの基本構造図である。 Ｉ２・・ノール剤、 １３　ａ、　　１３　ｂ−液晶層、 １４　ａ〜Ｉ　４　ｄ−透明電極、 Ｉ６・・・・オプティカルファイバープレート。 １１ａ、ｌｌｂ・・・・・・ガラス基板、フ 図 図 第 図 第 図 第 図 語 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の液晶層がそれぞれ透光性基板を介して積層さ
   れてなる多層型液晶表示装置において、透光性基板が、
   その基板表面に直交する方向に配列されたオプティカル
   ファイバーの集合体からなることを特徴とする液晶表示
   装置。