JPS5922236B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶表示パネルに関するものであり、詳細には
、液晶セルに起電力素子を複合して成る時分割表示の為
の液晶表示パネルに関するものである。

周知のように液晶の電気光学的効果は種々あり、例えば
動的散乱モード（ＤＳＭ）、デフオアメーシヨン・オブ
・バーチカル・アラインド・フェーズ（ＤＡＱ）、ねじ
れネマティック（ＴＮ）、ゲスト−ホスト効果コレステ
リツク相転位等々がある。

而乍ら、これ等の電気光学的効果を応用した液晶表示セ
ルを用いて時分割表示を行う時には、通常クロストーク
が生じて表示画像を不鮮明なものとする欠点があり、従
つて、従来は時分割表示による表示選択点を充分な数に
することが困難であつた。

本発明は斯る点を解決すべくなされたもので、目的とす
るところは、多桁セグメント表示の時分割液晶表示パネ
ルを提供する事であり、更にはクロストークを生じない
マトリックス構造の液晶表示パネルを提供する事である
。

又別には、従来の液晶物質を用いても実質的にコントラ
スと電圧特性を電圧に対し従来法に比べ極めて鋭い立上
りになる様に改善することを目的とする。

本発明の基本となる構成は、少なくとも一方は透明であ
る導電性電極が形成されている二枚の基板を対向して設
けた空隙に液晶を充填して成る液晶セルの前記電極が多
数個に分割され、各々分割された上下の対の電極を任意
に選択して得られる選択点毎に、選択点と直列に、然も
他の選択点とは電気的に独立させて、印加電圧と逆極性
の起電力素子を設けるものであり、この様に構成する事
で前記目的が達成されるものである。

以下、本発明に就て図面を参照し乍ら詳細に説明する。

第１図は通常の液晶の電気光学特性を示す図で、横軸に
セルに印加する電圧、縦軸に透過率変化や散乱強度変化
によつて生じるコントラストを示している。

動的散乱効果（ＤＳＭ）、デフオアメーシヨン・オブ・
バーチカル・アラインド・フェーズ（ＤＡＰ）及びねじ
れネマティック（ＴＮ）等各々の効果では電圧のスケー
ルが異るが、多かれ少なかれ類似の特性を示す。一定電
圧で電気光学効果の開始があり、これを閾値電圧（Ｖｔ
ｈ）と云う。又ある電圧以上ではコントラストがそれ以
上上昇しない。この時の電圧を飽和電圧（Ｖｓａｔ）と
する。今点灯しようとする電圧を動作電圧ＶＯｐとする
と、できる限り高いコントラストの表示を得ようとする
時にはＶＯｐをＶｓａｔに等しいか、それよりも大きく
することが必要である。ところで時分割表示法では電極
がマトリツクス状に配置されたものに略記でき、第２図
のＸ，Ｙ電極で表現される構造をもち、各ＸとＹ電極の
間に液晶が入つている。

これ等Ｘ，Ｙの電極を順次走査し、各々に信号を付与す
ることにより、選ばれたＸ及びＹの電極間の交点で電気
光学効果を生じる。これを選択点と云い、目の応答時間
内で全交点を走査し、任意の選択点を点灯することによ
つて、数字や文字、その他のパターンを表示することが
できるものである。これは各々の交点毎にリード線を引
出すのに比較して、著しくリード線の本数を減じること
ができるもので、通常数の多い絵素又は選択点を有する
表示に於いては構造上簡単であるので有利な方式である
。多桁のセグメント式数字表示に於いても同様の理由に
よつて、上記マトリツクス配線に等価の電極配置をとる
ことが望まれる。この方式により、今選択したい交点を
もつ電極Ｘ２，Ｙ２に電圧ＶＯｐ／２と−ＶＯｐ／２を
各々与え、他の電極の電圧はＯとすると、選択点はＶＯ
ｐ，選択点を中心としたＸ２，Ｙ２の非選択点ではＶＯ
ｐ／２又は−ＶＯｐ／２の電圧が印加され、その他の非
選択点ではＯとなる。

従つてこの時の表示パネルでの表示状態は、選択点では
第１図に於ける充分高いコントラストＣｓａｔが得られ
るが、選択点を中心とする十字状の各交点でもＣ１なる
かなり高いコントラストの部分が生じ、表示を不鮮明と
する原因になる。一般にはこれをクロストークと云う。
これを減じる方法としては電圧平均化法といわれる方法
が一般に知られている。該方法はＸ，Ｙ電極の各々に第
３図に示すような電圧を印加するもので、選択されたＹ
２電極にはＶ，他はＶ／３を印加し、一方Ｘ電極では選
択されたＸ２電極には０１他は２／３の電圧を印加する
もので、選択点Ｘ２Ｙ２ではＶ１他は全てＶ／３となり
、従つて第１図の特性では、より低いコントラストＣ２
なる一様なバツクグラウンドノイズとなり、表示は先の
第２図を用いて述べたＶ／２法に示すものより鮮明にな
るものである。而乍ら、該電圧平均化法に於いてもＣ２
というノイズレベルが残ることになり、充分鮮明な表示
が得られないので、般には閾値Ｖｔｈから飽和値Ｖｓａ
ｔまでの電圧巾が充分小さく、従つてＶＯｐに対しＶＯ
ｐ／２ではセルが全く点灯されない特性、云い換ると、
コントラストが電圧に対して鋭い立上り特性を有するも
のが望まれる。実際にこのような改良はＤＳＭ効果では
液晶に導電性物質を添加したり、粘度を低下させる調合
等を行うことによつて、ある程度の改良はなされており
、上記の説明の範囲では満足すべき特性のものも得られ
ている。ところが実際の時分割表示では、順次選択点を
走査する為全選択点を走査する一周期内に与えられ得る
電圧印加時間は選択点分の一の時間であり、これは線同
時走査を用いた場合、一線分上の選択点をｎ個とした時
一周期の１／ｎの時間となる。

前記電圧平均化法で示すと選択される瞬間の電圧はＶで
あるが、一回の走査周期Ｔ内での他の時間はＶ／３の電
圧となり、一方その周期内で選択されない場合はＶ／３
の電圧が印加されている。この場合の電圧の波形を第４
図に示す。（ａ）は選択点での一周期内での波形、（ｂ
）は非選択点の波形である。本発明は一周期Ｔの時間が
人間の目の応答時間である約１／１６秒以下では実効的
に視覚の残光性があり、前記波形を前記時間より短い時
間の周期で繰返し液晶に与えた場合、表示は靜止パター
ンとして認識されるものであり、同時にこの程度の周期
時間内での液晶の応答は波形に完全に追随するものでは
ないということに基づいている。

又、前述の通り、液晶の応答特性からその電圧の時間平
均値、即ち実効値に対応するコントラスト特性が得られ
ることが判明しているので、従つて選択点と非選択点の
実効値での比は、周期Ｔに対する自乗平均Ｖ刀曽τフｉ
で得られ、｛Ｖ２＋（ｎ−１）（Ｖ／３）２｝τ／Ｔ，
とＶハ？？了Ｔ７「の比となる。

これは単純なＶとＶ／３の比ではなく、ｎの増加と共に
選択点、非選択点の電圧比はより接近した値となること
が理解される。今簡単の為選択点ｎを４個とすると、Ｔ
＝Ｎ，τ＝４τで、上記の式より選択点はなり、非選択
点はＶ／３となる。即ち電源電圧Ｖに対し、選択点では
Ｖ／Ｖ３の電圧が印加されることに等しく、一方非選択
点ではＶ／３の電圧が印加されることとなり、選択点と
非選択点の電圧の実効値の比はＶ３：１となる、。第１
図に示した特性は実効電圧に対するコントラストとして
理解するのが妥当となるが、実際の電源電圧に対する特
性に書き換えると第５図が得られる。電源電圧Ｖに対し
選択点でのコントラスト特性がＡ，ｂ，ｃの曲線で示さ
れ、非選択点でのそれはｄで示される。ａはｎ−１の時
、Ｂ，ｃはｎが２，３と増加した時の特性である。選択
点ｎの増加と共に電圧に対するコントラストの上昇カー
ブはゆるくなつて図の右側に移動し、非選択点の曲線に
近ずく。実際に使用できる動作電圧は使用可能な最低の
コントラストＣＭと各選択点の曲線Ａ，ｂ，ｃとの交点
の電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを各々最小の動作電圧として選
ぶことができる。一方クロストークが発生して見難くな
り始めるコントラストＣＬと非選択点の曲線ｄとの交点
Ｖｄが最大の動作電圧として選ばれる。使用可能な電圧
巾はＡ，ｂ，ｃ各々に対し（Ｖｄ−Ｖａ），（Ｖｄ−Ｖ
ｂ），（Ｖｄ−Ｖｃ）となり、選択点の増加と共にこの
巾は小さくなり、これが零に近ずくに従つて実際上の使
用は困難となる。選択点の数はマトリツクス表示でいえ
ば絵素数であり、セグメント表示で云えば時分割可能な
表示桁数である。本発明は斯る特性をもつ従来の液晶表
示セルをそのま＼用い、しかも実質的にはこのコントラ
スト電圧を電圧に対し鋭い立上りに改善するものである
。

即ち飽和電圧Ｖｓａｔに対し閾値電圧Ｖｔｈの比が１に
近ずく方向に改善するもので、本発明では第６図ａの原
理図に示されるよう、液晶セルＬＣに直列に印加電圧と
逆極性の電圧Ｅ１とダイオードＤを接続し、これを印加
電圧Ｅ２によつて作動させるものである。

云い換ると動作電圧に対して逆バイアスを各選択点毎に
設けてなる構造をもつものである。これは第１図の特性
をバイアス電圧分だけ右に平行移動させたことに等しく
、結果としてＶｓａｔとＶｔｈの比が１に近ずく傾向を
持つ。今Ｅ１（−１Ｅ２１では液晶に印加される電圧Ｖ
ＬＣ＝Ｏとなり、更に１Ｅ２１−１Ｅ１１＋Ｖｔｈなる
電圧で実質的閾値が得られ、更に１Ｅ２１−１Ｅ１１＋
Ｖｓａｔなる電圧で飽和となる。従つて、この発明によ
らない時はＶｓａｔ／Ｖｔｈであるものが本発明により
（Ｓａｔ＋１Ｅ１１）／（Ｖｔｈ＋ＩＥｌｌ）によつて
実質上の閾値特性改善が得られる。

今Ｅ１を充分大きくとると、ダイオードの逆抵抗が充分
大きければ、実質的には（飽和電圧）／（閾値）は１に
近ずけられる。第６図ｂは第４図で示される波形が一周
期毎に極性を変化する交流波形で動作させる場合を示す
。この原理を用いて実際の時分割表示を行う為の回路図
を第７図及び第８図に示す。第７図はセグメント表示に
よる多桁時分割駆動用の複合化液晶表示パネルの回路図
である。桁は１，２，・・・，ｎで示され、セグメント
はＡ，ｂ，ｃ，ｄ・・・，で示される。３，′ ３′，３ｎは液晶セル，１１〜１４及び１『〜１４′は
デイジツト１のａ−ｄセグメントに電気的に独立で互い
に各逆極性の直列に接続された起電力素子である。

各桁に於ける共通のセグメントで同極性の起電力素子を
接続した一方の端子は共通のリード線４１〜４４又は４
『〜４４′に接続され、この起電力素子に対し逆方向の
ダイオード素子２１〜２４、又は２『〜２４′に接続さ
れている。この例は液晶が交番波形によつて作動させる
為各セグメント毎に正，逆二個の起電力素子が接続され
ているが、直流動作が可能な場合にはもちろんどちらか
一方の起電力素子及びダイオード素子の接続のみで良い
。二極性起電力素子によつて二本のリード線及びダイオ
ードを介して導かれたリード線端子は共通セグメント毎
に接続し、結果としてセグメント数に対応したリード線
Ａ，ｂ，ｃ，ｄ・・・・・・各１本ずつと、桁数に対応
したリード線１，２，・・・，各１本ずつを外部の時分
割駆動回路と接続するだけで良い。従来、各桁及びセグ
メント別にリード線を外部回路と接続するのに比し、前
記の構成では著しくこれを減じることができる。一例と
して、７セグメント、１ポイントのセグメント表示が８
桁からなる場合を想定すると、従来法では（７＋１）×
８＝６４本のリード線数に対し、本発明による構成では
８桁時分割表示を行うものとすると、（７＋１）＋８−
１６本のリード線で良く著しく簡単化することが出来る
。これ等交番波形に対して構成される回路では、第６図
ｂに見るように、逆方向に接続されたダイオードを介し
閉回路を構成している為セグメントに接続された端子と
桁端子間では通常短絡状態に於いても電圧が印加される
恐れが無く、このことは逆バイアスとして大きな値がと
り易い。従つて結果としてコントラスト対電圧曲線の見
掛上の鋭い立上り特性を任意に作り得る利点を有してい
る。第８図は第７図と同様の構成を単にマトリツクス配
置したものである。

図中ＬＣは各絵素に相当する液晶セルでその他の記号は
第７図と同様であるＯ本発明による実施形態は特に限定
されるものでは無いが、これ等起電力素子がセルの基板
上に一部又は全面に構成され得るもので、例えば第９図
に見るようセルのリード線が露出した部分Ｂに一部これ
等リード線が中断され、その間に起電力素子Ｃを入れ、
これに接続されたリード線は更に、この基板上で二層も
しくは多層の配線により、共通セグメント間を接続する
ことができる。

又固体化された起電力素子ではセルの基板表面に薄膜構
成にし、この上に所定のパターン状又はマトリツクス状
電極を形成し、更に通常の方法により、定の間隔で保持
された対極間に液晶を充填してなる構成が用いられ得る
。これ等に用いられ得る起電力素子としては通常の一次
電池、二次電池を共に使用することが可能であるが、主
に起電力のみを要し、電流はほとんど必要としない、又
小型化もしくは薄膜型、長寿命、液晶との相互作用等の
観点から固体電池や光起電力素子が有利な場合が多い。

例えば固体電池は電極や固体電解質等を蒸着技術等を含
む薄膜形成技術、印刷等を含む厚膜形成技術等を併用す
ることによつて容易に小型又は薄型の素子を構成できる
。又固体電解質は通常導電率が小さく、電池の内部抵抗
は大きくなり、電池としては大きな出力が取り出せない
欠点を有しているが、本発明で用いる限りに於いてはそ
の内部抵抗は液晶の抵抗値より充分小さく、又出力も要
しない点で何ら障害となるものではない。又二次電池で
云えば動作時には充電方向に電流が流れるが、液晶に要
する電流が小さいので、特にこの点により限定されるも
のではないが、可逆電池である方が寿命の点で好ましい
。この点でもこれ等固体電池の場合微少電流に対しては
可逆的に作用するもので好ましい。ノ光起電力素子とし
てはＳｅ，Ｓｉ，ＣｄＳ，ＺｎＣｄＳ，ＧａＡｓ等多く
の材料が用いられるが従来はこれ等の素子を光電変換効
率の高い光電池として開発された＼め低インピーダンス
素子が製作されていた。

しかしながら本発明においては、高抵抗の液晶と直列に
用いるため内部抵抗が高いことは障害にはならず、むし
ろ広範囲の照度、例えば１０〜１００００１ｕｘで一定
起電圧を発生することが望ましい。これは素子を形成す
るＰ−ｎ接合の性能で決定されるが通常の光起電力素子
はすべてこれを満足しうるものである。又、その際の起
電圧は大体０．３〜０．６Ｖであるが直列接続すること
により任意の電圧を生ぜしめることができる。液晶と一
体化した素子にする場合光起電力素子はサンドイツチ型
でも表面型でもよいがこれ等は必要とする電圧、或いは
、分光感度により適宜選択されるものである。

サンドイツチ型はその構成の容易さに特長を有し、一方
表面型は電圧選択の自由度にその特長を有するものであ
る。更に、液晶表示セルは外光を受けて見易い表示とし
て利用され得る点で、前．述の起電力素子の複合化は極
めて好都合なことである。

次に本発明による実施形態を二，三説明する。

まず固体電解質による固体電池を用いた場合に就て説明
する。第９図に於ける起電力素子Ｃとして第１０図に示
す構成の固体電池が用いられる。

具体的に説明すれば、液晶セルを構成する一方の基板７
、例えばガラス上に導電性のリード電極６が形成され、
これは少なくとも電池構成部分では、銀、銅、タリウム
、鉛等の金属が使用される。

この上に固体電解質層５が設けられ、該固体電解質層５
は銀電極に対してはＡｇＩ，ＡｇＢｒ，ＡｇＣｌ，銅電
極に対してはＣｕＩ，ＣｕＢｒ，タリウム電極に対して
はＴｌｌ，鉛電極ではＰｂＩ２，ＰｂＣｌ２等が用いら
れる。この上に陽極材料として電解質の陰イオンハロゲ
ンが用いられるが、これは導電性炭素粉末とこれ等ハロ
ゲンを混合又は含浸した層４として設けられる。即ちハ
ロゲンとしては１２，Ｂｒ２，Ｃ１２が用いられる。更
に４と連続的又は独立的な層として導電性のグラフアイ
ト層３が設けられ、更に、その上に導電性リード電極２
が形成され、金属等の導電材料が任意に用いられる。こ
れ等の層状電極構造を絶縁材１、例えばワツクス，ポリ
スチレン，ポリエチレン，イオウ等の適当な材料で覆い
、場合によつてはシールを兼てエポキシ等の樹脂や低融
点ガラス等の気密と機械的保護を有するもので電池周囲
を固める。この様な構造の電池は、前記の通り、薄膜や
厚膜の製造技術で達成できる。この固体電池の起電力は
ＡｇＩＡｇｌ２で０．７９ＶからＰｂｌＰｂＣｌ２ｌＣ
ｌ２の３．２６Ｖまで単一セルで作れ、この単一セルを
直列に接続すればこれより大きい任意の起電力が得られ
る。

今ＴＮ効果を示すセルに対し典形的な場合で例を挙げる
と、閾値Ｖｔｈ−１．５Ｖ１飽和値Ｖｓａｔ一２．０Ｖ
のセルがある。このものをＰｂｌＰｂ２ｌｌ２の構成の
バイアス起電力素子として用いる時、その起電力はＥ１
−２．０１Ｖで、本発明による接続では外部の駆動電圧
はＥ２（＝１．５＋２．０）−３．５Ｖで閾値に達し、
Ｅ２（＝２．０＋２．０）＝４．０Ｖで飽和に達する。
これは４桁の時分割駆動時の電源電圧で示されているも
ので、実験的にはこの起電力素子により８桁の時分割表
示が容易に行えることが確められた。更に別の実施形態
として偏光板使用液晶表示セルの場合に就て第１１図に
サンドイツチ型起電力素子を用いた場合の例、第１２図
に表面型起電力素子を用いた場合の例を示す。第１１図
において８は偏光板、９は透明電極、１０は液晶、１１
，１２は光起電力素子のＰ−ｎ接合、１３は電極、１４
は支持基板である。第１２図において１１，１２はＰ−
ｎ接合が入射光に直角に形成された表面型起電力素子を
利用した構成でＰ−ｎ接合の層の倍数の出力が電極１５
，１６間に発生し、その極性を考慮した結線を行うこと
により適当な電圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の液晶の電気光学特性を示す図、第２図及
び第３図は時分割表示法の説明図、第４図は、第３図の
時分割表示法に於ける電圧波形図、第５図は液晶の電源
電圧に対するコントラストを示す図、第６図は本発明の
原理による基本回路図、第７図乃至第９図及び第１１，
１２図は本発明の実施形態の例を示す図で、第１０図は
本発明に用いる起電力素子の構成説明図である。 尚、第１０図乃至第１２図に於ける番号の意味は次の通
りである。１・・・・・・絶縁材、２，６・・・・・・
導電性リード電極、３・・・・・・導電性グラフアイト
層、４・・・・・・陽極材、５・・・・・・固体電解層
、７・・・・・・基板、８・・・・・・偏光板、９・・
・・・・透明電極、１０・・・・・・液晶、１１，１２
・・・・・・光起電力素子、１３，１５，１６・・・・
・・電極、１４・・・・・・支持基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも一方は透明である導電性電極が形成され
   ている二枚の基板を対向して設けた空隙に液晶を充填し
   て成る液晶セルの前記電極が多数個に分割され、各々分
   割された上下の対の電極を任意に選択して得られる選択
   点毎に、選択点と直列に、然も他の選択点とは電気的に
   独立させて、印加電圧と逆極性の起電力素子を設けて構
   成した事を特徴とする液晶表示パネル。