JPS60247622A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は液晶表示装置、特に超音波と電圧を用いてマ
トリックス駆動を行う大容量液晶表示装置に関する。

（従来技術の説明） 従来より、種々の液晶表示装置が提案されている０例え
ば、電卓、時計等の小型文字表示のために、ネマッティ
ック液晶を用いたツイスト・ネマッティック液晶表示パ
ネルが実用化されてきた。ところで、例えば１表示画素
数が１０’〜１０’という大容量マトリックス型表示パ
ネルを構成するためには、二つの技術上及び実用上の課
題、すなわち、クロストークを回避すること及び高いコ
ントラストを得ることという問題を解決することが必要
である。

そのため、従来試みられた方法として、（１）電圧平均
化法、（２）アクティブ・マトリックス法、（３）分割
多重マトリックス法、（４）二周波駆動法、（５）熱ア
ドレス法等である（例えば、松本正−及び角田布長共著
「液晶の最新技術Ｊ　（１９８３年５月２５日発行）、
工業調査会、ｐ１００〜１１９）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの方法は以下に述べるような欠点
がある。

（１）電圧平均化法二走査電極を多くするとコントラス
トが著しく低下するため、実用的には６４０×１２８程
度のマトリックスパネルが限界である。

（２）アクティブ舎マトリックス法：ダイオード、バリ
スタ等の２端子非線形素子を用いるものと、薄膜トラン
ジスタを用いるものとに分類されるが、いづれの場合で
あっても、表示画素の−っ一つに安定°したアクティブ
素子を低価格で作ることが要求され、大容量で低価格の
パネルを実現するための実用的な手法とはなり難い。

（３）分割多重マトリックス法：この方法は電圧平均化
法を基準とし、マトリックス配線の細密化によって、よ
り大容量パネルを実現しようとするものであるが、マト
リックス配線パターンが複雑となり、歩留りの悪いもの
とならざるを得ないので、実用的には二重マトリックス
化して二倍の表示容量にするのが限度である。

（４）二周波駆動法：小型パネルには適用出来るが、大
型パネルには適用が困難であり、駆動回路が複雑となる
。

（５）熱アドレス法：電界と熱という異種の物理現象を
用いてマトリックス駆動（マトリックスアドレスという
）するため、本質的にクロストークがなく、しかも、こ
の方法は、メモリ効果を適用出来るためコントラストの
高い表示を大画面に渡って表示出来るが、熱的エネルギ
ーの発生と、消滅を利用しているため、表示速度が遅く
かつ大電力を必要とするという欠点がある。

（この発明の基礎となる従来の公知技術）ところで、文
献（立花太部、小林謙二等著「液晶」　（昭和４８年発
行）、八女出版、ｐｌ？０）に、液晶を超音波エネルギ
ーの強度分布の測定に利用する例が記載されており、配
向されたネマチック液晶に超音波を照射すると、超音波
エネルギーの増加とともに、液晶が色変化して白濁し及
びその際液晶に電界を加えることによって超音波エネル
ギーに対する感度を高めることが出来る事実が開示され
ている。これら事実を具体的に応用した最近の技術、す
なわち、超音波診断装置においてネマチック液晶等を用
い音像を可視化する装置が特開昭５８−７８８１１号公
報に開示されている。

この特開昭５８−７［１８１１号に開示された装置は、
第６図に示すように、超音波診断の対象物体６１に超音
波発生素子Ｂ２ａ及び８２ｂから超音波を照射して、対
象物体６１の特定部分からの反射波を超音波レンズ６３
によって、カイラルネマティック液晶等から成る液晶パ
ネル６４へ収束し、その反射波のエネルギー強度に応じ
て超音波エネルギーの可視化を行う構造よなっている。

そして、この装置はカイラルネマティック液晶のコレス
テリック相と、ネマティック相との間の相変化、特に液
晶セルへの印加電圧と相変化との間に存在する光学的ヒ
ステリシス特性における、超音波エネルギー照射の有無
と印加電圧とに起因する相変化の緩和時間の大小を利用
したものである。

第７図は上述したカイラルネマティック液晶の相変化に
おけるヒステリシス特性を示すものであり、図中、縦軸
は液晶の光透過率を示し、横軸は液晶セルへの印加電圧
を示す（いづれも任意の目盛とする）。液晶セルに電圧
を印加していない間には、液晶はコレステリック相にあ
って不透明状態である。この状態が第７図のＡで示す状
態である。

ここで、少々の電圧を印加すると、液晶は状態Ａから状
態Ｂとなり、さらに電圧を印加すると、液晶はネマティ
ック相に転移して透明状態Ｃとなる。

次に、電圧を低下させていくと、過冷却状態りとなり、
さらに電圧を低下させるとコレステリック相に転移し、
不透明状態Ｅとなり安定する。ところ槙この過冷却状ｓ
Ｄにおいて、外部より液晶に所定の超音波エネルギーを
加えた時、液晶セルに印加する電圧ＶがＶ＝Ｖ２　（こ
の電圧■２を凍結電圧といい、この電圧ｖ２では緩和時
間が充分に長く、相転移がほとんど起らず、又、超音波
刺激に対しても相転移がほとんど起らない電圧である）
であると、状ｓＤは変化しないでその状態を保持するが
、印加電圧■が■１と■２との間にある時は、相転移を
生じて第７図に破線Ｆで示すように、状態りからＢに変
化することが知られている。尚、電圧ｖ１は動作電圧と
いい、液晶が超音波で刺激された時、液晶がネマティッ
ク相からコレステリック相に相転移し白濁するが、超音
波で刺激されない時は相転移を起さない電圧である。

一方、圧電又は磁歪振動子で超音波振動を発生させ、そ
の超音波振動な平盤中を伝搬させ、その遅延時間を利用
することは公知である。その−例として、平盤上の任意
の座標におかれた入力用ペンで振動波を検出することに
より、振動波が発生した時点から検出するまでの時間を
測定してこの入力ペンの座標なめるタブレット型座標入
力装置が提案されている（例えば、特公昭５Ｂ−１８４
５２号公報）。この公知の事実から、圧電又は磁歪振動
子によって発生させた超音波が有効表示領域内の平盤中
を伝搬する時、その位置は超音波の発生時点からの時間
で予測出来る。

（発明の目的） 従って、上述した印加電圧と超音波とにより液晶の相変
化を制御出来ること及び超音波の伝搬時間からマトリッ
クス座標位置を決定出来ることという技術を旨く応用す
ることによって大容量の液晶パネルを得ることが出来る
。

そこで、この発明の目的は上述した公知技術を利用する
ことにより従来になかった１０５〜＋０６といった大容
量で、コントラストが高く、安価で、しかも、低電力消
費の液晶パネルを有する液晶表示装置を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の液晶表示装置に
よれば、 液晶の相転移を外部刺激によって誘起せしめて画像を表
示する液晶表示′装置において、外部刺激発生源を具え
、発生した刺激を平面波として伝播するための上部基板
と、 該上部電極と対向配置させた下部基板と、前記上部基板
の、該下部基板側の面に設けられた第一電極と、 前記下部電極、の、前記上部電極側に設けられた第二電
極と、 該第−電極及び第二電極間に存在する液晶と。

該第−及び第二電極間に接続され、前記外部刺激発生源
からの平面波と同期して前記液晶に一定レベルの電圧を
印加して前記相転移を制御するための印加電圧源と を具えることを特徴とする。

（実施例の説明） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。

基ｍ造！ねｌ男 第１図はこの発明の詳細な説明するための基本的構成部
分の断面図である。

第１図において、１は外部刺激発生源、例えば、圧電振
動子で、液晶セルの上部基板２に密着して取っ付けてあ
り、この圧電振動子ｌは外部の駆動回路３に接続出来る
ようになっている。液晶セルの上部基板２と下部基板４
との間に、例えば透明な第−及び第二電極５及び６を設
け、これら電極５及び６の対向面上にそれぞれ第−及び
第二液晶配向膜７及び８を被着し、その０間の領域の周
囲を例えばエポキシ系樹脂材からなる封着部１０で周囲
を封止して液晶層９を画成し、この液晶層９に液晶を注
入した構造となっている。１１は第−及び第二電極間５
及び６間に電圧を印加するための印加電圧源である。

上部基板２は超音波振動の平面波の伝播媒体で、振動の
伝播特性を考慮して平面性が良く、伝播速度（音速）が
小さく、材料の均一性に優れ、さらには、振動の伝播減
衰率が少なくかつ透明な材料を使用する。これら条件を
満足する材料を、例えば、プラスチック及びガラス材料
中から選択することが出来る。

又、液晶層９に注入する液晶として、例えば、ネマティ
ック液晶ＥＩ８（ＥｌＢはＢＤＩ１社製の商品番号）に
カイラルネマティック液晶Ｃ８１５（ＧＢ１５はＢＤＨ
社製の商品番号）をｏ、ｅｗｔ％だけ混合した液晶とす
る。

配向膜７及び８はホモジニアス配向処理でもホメオトロ
ピック配向処理されたものであっても良い。

の　のに の基本構成の液晶表示装置の動作原理につき第１図、第
４図及び第７図を参照して説明する。

今、透明な第一電極５と第二電極６との間に、液晶層９
の液晶をコレステリック相からネマティック相へと相転
移して透明な状態とするに必要な電圧Ｖ３　（この電圧
ｖ３を消去電圧という）を印加電圧源１１から印加した
後、印加電圧を凍結電圧■２に低゛下させる。この凍結
電圧ｖ２の印加状態で、駆動回路２から圧電振動子ｌに
周期Ｔｌの駆動信号りを加え、これより超音波を発生さ
せると、この振動の平面波が液晶セルの上部基板２中を
振動子ｌに平行な方向に伝播する。

今、上部基板２上の任意の点の位置をａ及びｂとし、超
音波振動（駆動信号りの立ち上がり端縁で発生するとみ
なすことが出来る）が発生した時点からこれら点ａ及び
ｂに平面波が達するまでの伝播時間をｔａ及びｔｂとし
、平面波が各位置ａ及びｂに達して通過し終る時間を通
過時間（Ｎ出時間ともいう）　ｔｗとする。また、これ
らの位置ａ及びｂにおけるこの平面波の伝播波形をそれ
ぞれ−ａ及びｗｂとする。

このような設定の下に、超音波振動による平面波の伝播
と、印加電圧との同期を取って、超音波振動が発生した
時からｔａ後に印加電圧を凍結電圧ｖ２から動作電圧■
１に変化させ、露出時間ｔｗの間はこの電圧ｖＩに保持
し、この露出時間ｔｗの経過後に凍結電圧ｖ２に戻すよ
うにする。このようにすると、超音波振動の平面波が通
過する位置ａの液晶は相転移して白濁するが、その他の
位置の液晶は前の状態を継続して相転移が起らず透明な
状態を保持し、コントラストを高める役割を果している
。

同様に、超音波振動の発生後、伝播時間ｔｂを経過した
時の印加電圧Ｖを、露出時間ｔｗの間、凍結電圧ｖ２に
保持するように超音波振動の平面波の伝播と印加電圧と
の同期を取ってやれば、この平面波が通過する位置すの
液晶は透明なままであり、その他の位置の液晶はその前
の状態をそのまま継続させることとなる。

その他の位置についても、平面波が上部基板２の有効表
示部分を通過してしまうまで、前述したと同様な印加電
圧の超音波振動との同期切換えを適切に実施することに
より、透明又は白濁の状態を選択して保持することが出
来る。そして、この場合にも、平面波の通過後は印加電
圧を凍結電圧ｖ２に戻す。或いは、相転移した部分の増
感を図る場合には、圧電振動子ｌへ駆動信号を加えて、
超音波振動を再度発生させ、上述と同様に印加電圧を加
え、この動作を繰り返して行っても良い。

そして、充分な増感後、印加電圧を凍結電圧Ｖ２に戻し
てやれば良い。その後、新しい表示を行わせるためには
、消去電圧ｖ３を印加した後に、上述した動作を繰り返
せば良い。

に爽電■辺１」 第２図は上述した第１図の液晶表示装置を具体化した場
合の実施例の一部分を示す斜視図である。第２図におい
て第１図の構成成分と同一の構成成分については同一の
番号を付して示す。

第２図に示す実施例は透過型の表示装置で、透明な第一
電極５を平板状に構成した共通電極とし、透明な第二電
極６を、マトリイクスの例えば行に対応させて互いに電
気的に一定の間隔で分離されかつ一定の幅を有する、ス
トライプ構造の短冊又はくし歯状の電極片８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄ、・・・で、構成し、この第二電極６を圧電
振動子ｌの配列方向とは直交する方向に配列する。この
場合、第一電極５を走査電極として使用し、第二電極６
を信号電極として使用する。

このようにすれば、第二電極６の各電極片θａ。

６５８ｃ、・拳・にそれぞれ独立に電圧を印加すること
によって、超音波振動の平面波が伝播して来る位置の液
晶を、上述した動作原理に従って１個別画に透明又は白
濁にすることが出来る。この場合、走査線数を、平面波
が表示有効部分を通過する時間をと露出時間ｔｗで割っ
た数とし、第二電極６の電極片の個数を信号電極数と対
応させることにより、線順次駆動又は点順次駆動させて
、有効表示部全体を表示させることが出来る。そして。

この構成の液晶表示装置では、その走査線数を電気的に
も光学的にも制約されることなく、増大さセることか可
能であり、１０５〜１０６というような大容量の液晶表
示装置を得ることが出来る。

乳工！差負Ｌ１」 第３図はこの発明の第二実施例を示す第２図と同様な斜
視図である。

この実施例の構造と第一実施例の構造と相違する点は、
第一実施例では第一電極５が表示有効範囲上に平面的に
設けられているが、この第二実施例の構造では、この第
一電極５を表示有効範囲上では一定の幅及び間隔とで互
いに分離させたストライプ状の、短冊又はくし歯状の電
極片５ａ、５ｂ、５ｃ５ｄ、−・・に分離しているが、
外部で互いに電気的に共通に接続させている。この電極
片５ａ、５ｂ、５ｃ５ｄ−φ・の延在方向を、例えば圧
電振動子ｌと平行とすると共に、第二電極６の電極片８
ａ、８ｂ、８ｃ６ｄ・・・と直交する方向とする。従っ
て両電極片５ａ５Ｊ　＋１１１６及びＢａｒｂ、　１１
　拳争は立体的に交差してその間に表示領域を形成する
。又、この第一電極片５は表示有効範囲の一部分におい
て上述のように分離させても良い。

この第二実施例の構造において、第一電極５の電極片５
ａ、５ｂ、・・・の下側の液晶が透明又は白濁するよう
に、印加電圧の大きさと時間のタイミングを取れば、上
述した動作原理に基づいて、第一実施例と同様に動作し
、表示を行う。この構造の場合には、各表示領域でそれ
ぞれ形成されている各画素の端の部分がぼやけないので
、明確な像を得ることが出来る。

この実施例の構造でも、第一電極５の各電極片５ａ、５
ｂ、５ｃ、　５ｄ・・・を走査電極として用い、第二電
極６の電極片８ａ、Ｅｌｂ　、８ｃ、６ｄ・、φ・を信
号電極として用いて、線順次又は点順次駆動させること
が出来るので、大容量の液晶表示装置を実現することが
出来る。

尚、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもので
はなく、多くの変形又は変更を行うことが出来る。例え
ば、第一電極５を信号電極とし、第二電極６を走査電極
として用いても良い。

又、上述した実施例では、透過型の液晶表示装置につき
説明したが、反射型であっても良く、その場合には、第
−電極又は第二電極どちらか一方に反射膜を設けるか、
或いは、どちらかの電極を例えばアルミニウム等の可視
光に対して高反射率を持った金属電極として構成しても
良い６さらに、液晶として、二色性色素を混合したＧＨ
型液晶を使用しても良い。色素のブ例としてアントラキ
ノン系色素口３７（口３７はＢ［ｌ）１社製の商品番号
）があり、上述した液晶に１重量％程度混合すれば良い
。

さらに、外部刺激発生源を圧電振動子としたが、超音波
振動以外の圧力波を発生するものであっても良い。

さらに、上述した説明において、相転移部分の増感を図
るために、超音波振動と電圧の印加とを周期的に繰り返
したが、第５図に示すように、超音波振動の平面波が表
示有効部分を通過する時間Ｔ２後、超音波振動を加えず
に、増感電圧ｖ４を第一電極と第二電極間に印加しても
良い。この増感電圧Ｖ４は相転移した部分を核として相
転移面積が拡大するが、新しく核を発生する確率が少な
い、換言すれば、輯和時間の長い電圧である。この場合
、増感電圧ｖ４の印加時間Ｔ３後に凍結電圧Ｖ２を印加
するように構成して、駆動信号の周期Ｔ、をＴ２＋Ｔ３
とする。尚、第５図のその他の点については、＠４図と
同様であるのでその詳細な説明は省略する。

さらに、上述した圧電振動子の他に別の圧電振動子をそ
れと直交する方向に設けることによって、入力用ペンで
座標がめられる表示可能なタブレット拗座標入力装置と
しても利用出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の液晶表
示装置によれば、マトリックス駆動法として電界と、超
音波という物理的に全く異なる現象を利用して駆動する
構造となっているため、クロストークがなく走査線数に
制約がなく、液晶材料としてメモリ効果があり、さらに
、映像を書込まない部分の液晶を透明に維持出来るので
、コントラストを高く出来、又、パネル構成も簡単とな
る。従って、この発明によれば、画素数が例えば１０５
〜１０Ｇ　という大容量で、低電力で、しかも、低価格
の液晶表示装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液晶表示装置の気補的構造を説明す
るための路線的断面図、 第２図及び第３図はこの発明の詳細な説明するための部
分的斜視図、 第４図及び第５図はこの発明の詳細な説明に供する波形
図、 第６図は従来の液晶パネルを用いた超音波診断装置を示
す線図、 第７図はこの発明の説明に供する液晶のヒステリシス特
性を説明するための線図である。 ｌ・・・圧電振動子、　２・・・上部基板３・・・駆動
回路、　４・・・下部基板５・・・第一電極 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、・・・・・・（第一電極の）
電極片６・・・第二電極 ６ａ、８ｂ、Ｅｌｃ、８ｄ、・・・・・・（第二電極の
）電極片７・・・第一液晶配向膜、　８・・・第二液晶
配向膜９・・・液晶層、　１０・・・封着部 １１・・・印加電圧源。 特許出願人　沖電気工業株式会社 第１図 ）” 第２図 ！ 第３図 第４図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液晶の相転移を外部刺激によって誘起せしめて画像を表
   示する液晶表示装置において、外部刺激発生源を具え、
   発生した刺激を平面波として伝播するための上部基板と
   、 該上部電極と対向配置させた下部基板と、前記上部基板
   の、該下部基板側の面に設けられた第一電極と、 前記下部電極の、前記上部電極側に設けられた第二電極
   と、 該第−電極及び第二電極間に存在する液晶と、該第−及
   び第二電極間に接続され、前記外部刺激発生源からの平
   面波と同期して前記液晶に一定レベルの電圧を印加して
   前記相転移を制御するための印加電圧源と を具えることを特徴とする液晶表示装置。