JPS62206522A

JPS62206522A - 表示装置

Info

Publication number: JPS62206522A
Application number: JP61048303A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Toriyama; 鳥山　和久
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1987-09-11
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JP2525148B2

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、表示装置に係わり、特に大型のマトリクス・
ディスプレイに好適な表示装置に関する。

（従来の技術〕従来大型のマトリクスディスプレイとして最も一般的に
使われてきた液晶表示装置はツィステッド・ネマチック
タイプのものである。これは、２枚の電極基板間に正の
誘電率異方性を有するネマチック液晶による９０°ねじ
れたらせん構造を有し、かつ両電極基板の外側には偏光
板をその偏光軸（あるいは吸収軸）が電極基板に隣接す
る液晶分子に対し直交あるいは平行になるように配置す
るものであった。

２枚の電極基板間で液晶分子が９０°ねじれたらせん状
構造をなすように配向させるには、例えば電極基板の、
液晶に接する表面を布などで一方向にこする方法、いわ
ゆるラビング法によってなされる。このときのこする方
向、即ちラビング方向が液晶分子の配列方向となる。こ
のようにして配向処理された２枚の電極基板をそれぞれ
のラビング方向が互にほぼ９０度に交叉するように間隙
をもたせて対向させ、２枚の電極基板をシール剤により
接着し、その間隙に正の誘電率異方性をもったネマチッ
ク液晶を封入すると、液晶分子はその電極Ｊｋ版板間ほ
ぼ９０度回転したらせん状構造の分子配列をする。この
ようにして構成された液晶セルの上下には偏光板が設け
られるが、その偏光軸あるいは吸収軸はそれぞれの電極
基板に隣接する液晶分子の配列方向とほぼ平行にする（
特公昭５１−１３６６６号公報）。

ここで時分割駆動について、ドツトマトリクスディスプ
レイを例に取って簡単に説明する。第６図に示すように
下側電極基板（図示せず）にストライプ状のＹ電極（信
号電極）　１２を、下側電極基板（図示せず）にストラ
イプ状のＸ電極（走査電極）４３を形成し、文字等の表
示は、ｘ、ｙ両電極の交点部の液晶を点灯あるいは非点
灯にして行う。

図においてＮ本の走査電極をＸｌ、Ｘ、、・・・・・・
・・・ＸＮｔ　Ｘｌ、　Ｘ２．・・・・・・・・・ＸＭ
と繰り返し線順次走査して時分割駆動する。ある走査電
極が選択されたとき、その電極上のすべての画素に、信
号電極１２であるＹ□、Ｙ２．・・・・・・・・・Ｙｍ
より、表示すべき信号に従い選択または非選択の表示信
号を同時に加える。このように、走査電極と信号電極に
加える電圧パルスの組合せで交点の点灯、非点灯を選択
す−ｈ＼る、この場合の走査電極Ｘの数が時分割数Ｎに相当する
。

このような液晶表示装置においては、液晶の電気光学現
象が両極性で、かつ急峻なしきい値特性を有さない為に
生ずるクロストークを防ぐため、一般に電圧平均化法に
よる駆動方法が採用されている（特公昭５７−５７７１
８号公報）が、時分割数Ｎを上げるほど動作マージンα
（＝選択画素電圧Ｖｓ／非選択画素電圧Ｖｎｓ）が減少
し、Ｎ＝１６．３２．６４゜１２８で、それぞれα＝１
．２４．１．１９．１．１３．１．０９となる。これに
対して、従来の液晶のしきい値の急峻度ｙ（＝Ｖｓａｔ
（輝度が５０％になる電圧）／Ｖｔｈ（輝度が１０％に
なる電圧））はせいぜい１．１５程度であったので、表
示の視角依存や温度依存を考慮すると、時分割数Ｎはた
かだか３２程度、あるいは更に液晶材料を改良しても６
４程度であった（雑誌「電子材料Ｊ　１９ｇ４年４月号
第１７６頁）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来液晶表示装置において１時分割数Ｎを増加させよう
とすると、動作マージンの低下、コントラストの低下お
よび視角範囲の減少を伴う問題があった。

本発明は、表示画素の数を増した際の動作マージンの低
下、コントラストの低下および視角範囲の減少を解消し
た表示装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、格子点を画素とする表示装置において、
格子点を通る一方のストライプをストライプ状に選択的
に発光させ得る発光セルで形成し、他方のストライプを
ストライプ状に選択的に開閉させ得る光シャッターセル
で形成し、これを発光セルの上に積層する構成とするこ
とにより解決される。

〔作用〕

画素をなす格子点を通る一方のストライプの選択が他方
のストライプの選択に干渉作用をもたないので、液晶表
示装置における如きクロストークが生じない。

〔実施例〕

実施例１第１図に示すように、液晶セル１においては、透明基板
１１の内面に縦方向のストライプ状透明電極１２が形成
され、透明基板１１と対向配置される透明基板２１の透
明基板１１側内面にはストライプ状透明電極１２の各々
と対向する位置にストライプ状透明電極１３が形成され
ている。透明基板１１と透明基板２１の間には多色性色
素（ｐｌａｏｃｈｒｏｉｃ　ｄｙｅ）３４を含有する強
誘電性スメクティック液晶３５が挟持されている。透明
基板１１の外側には偏光板１６が配置されている。すな
わち液晶セル１は、ゲスト・ホスト効果を利用するもの
であり、光の透過、遮断を液晶層が行う。

透明基板２１のストライプ状透明電極１３が形成されて
いない側の面には横方向のストライプ状透明電極１４が
形成されており、透明基板２１に対向配置される基板１
７の内面にはストライプ状の背面金属電極１５がストラ
イプ状透明電極１４の各々に対向して形成されている。

透明基板２１と基板１７の間にはエレクトロルミネセン
ス（以下ＥＬと略す）物質１８が挟持されてＥＬセル３
を形成している。このような構成においては、ストライ
プ状透明電極１２゜１３とストライプ状透明電極１４．
１５の交点が表示装置の画素を形成する。

すなわち、ＥＬセル３の任意のストライプ状透明電極１
４とこれに対向する背面金属電極１５との間に十分な電
圧を印加すると、これら電極に挟持されているＥＬ物質
１８がストライプ状に発光する。

一方液晶セル１の任意のストライプ状透明電極１２とこ
れに対向するストライプ状透明電極１３との間に十分な
電圧を印加すると、これら電極に挟持される液晶層がス
トライプ状の光透過領域を形成するので、ＥＬセル３の
前記ストライプ状発光領域と液晶層の前記ストライプ状
光透過領域の交点のみで、ＥＬ物質１８の発光が観察者
１９側に通過する。

すなわち本実施例における構成は、液晶セル１とＥＬセ
ル３のＡＮＤゲートをなしていると言える。

本実施例におけるｘ−ｙ（横方向ストライプ−縦方向ス
トライプ）マトリクスによって画素の選択を行うにあた
っては、Ｘ位置選択とＹ位置選択は各々独立に干渉なし
に行うことが出来る。

ＥＬ物質１８のＯＮ状態で発光した光は液晶のＯＮ状態
（光シャッターの開放状態）によってＮ１ｍ者１９側に
取り出すことが出来る。非選択点あるいは半選択点はＥ
Ｌセル３又は液晶セル１の少なくとも一方がＯＦＦ状態
であるため［６者１９側への光の放出は禁止されている
。

上記の動作状態では、Ｘ電極（走査電極）とＹ電極（信
号電極）とのクロストークは構造上存在し得ないので、
上記素子の時分割駆動の裕度は大幅に拡大され、高コン
トラスト、高速度駆動、広視野角表示が高時分割駆動条
件で実現される。

第１図の構成において１時分割駆動するには、各位置で
対向するストライプ状透明電極■４と１５との間に十分
大きな電圧を順次印加することによりＥＬ物質１８を走
査発光させるとともに、この走査動作に同期させてスト
ライプ状透明電極１２と１３との間に十分大きな電圧の
信号を印加すれば良い。

ここで非選択時の印加電圧は零か、又はしきい値電圧以
下の実効値がバイアス電圧として非選択時の電極に印加
されていても良い、かかるバイアス電圧は選択時の応答
特性を向上させる。

本実施例においては、Ｘ電極（走査型＃！ｉ）とＹ電極
（信号電極）との間のクロストークは原理上存在し得な
いので、時分割駆動の裕度は大幅に拡大され、高コント
ラスト、高速度駆動、広視野角表示などが高時分割駆動
条件で実現される。

第２図には、より詳細な液晶素子の動作の態様を示し、
この液晶とＥＬの同期的時分割駆動波形を第３図に示す
。

第２図における平面５１及び５２は電極面に平行な仮想
上の平面で、スメクティックＣの液晶層は図に示すよう
に、その層面法線は前記５１，５２の面と平行な面内に
存在する。層内の各液晶分子は層面に対しある角度傾い
ており、その傾き角をティルト角０とする。各分子は分
子軸に交叉する電気的双極子モーメントを保有している
。これらの各分子の総和として一つの分子集合層は一つ
の双極子密度ｉをもつことに成る。この貧は分子のティ
ルトの方向（ｎ）とは直交し、スメクティックの分子集
合液晶層とは平行である。このｉは外場（電界）によっ
て二つの状態＋Ｐと−ｐを、図示するように取ることが
できる。この応答時間は液晶の粘性ηに比例し、自発分
極Ｐｓと電界Ｅの積に反比例する（τ田η／（Ｐｓ−Ｅ
））。

ティルト角０は、用いる液晶によって種々の値を取るが
、本実施例ではθ＝２０°以上、望ましくはθ＝４５°
を用いる。偏光子の軸を−Ｐの方向（卆）に合わせれば
、この状態ではＥＬからの透過光は色素と偏光子によっ
てすべて吸収される。一方＋Ｐの状態（整の方向に分子
がティルトしている）では、ＥＬよりの光の大部分は透
過し、観測者の方に出射することになる。

強誘電性液晶は、よく知られているように通常のネマテ
ィック液晶に比べ１０００倍から１００００倍も高速に
応答するので第３図に示すような駆動波形によって時分
割的にマトリクス表示を行うことが容易である。

第３図において（ａ）はＸｉ電極に加えられる光源（Ｅ
Ｌ）励起のための印加電圧波形の一例である。

（ｂ）は同光源の発光の光強度の波形である。（ｃ）は
Ｙｉ電極（画素（Ｘｉ、Ｙｉ）に＋ｐ状態を取らせる）
に加えられるべき波形、（ｄ）はＹｊｆＫ極（画素（Ｘ
ｘｓＹｊ）に−ｐ状態を取らせる）に加えられるべき波
形である。

例えば１フレ一ム時間を２５ｍ５とし、２５０本の走査
を行う場合は駆動波形のパルス幅は１００μｓであれば
良い０強Ｍ電性液晶の立上り及立下り応答時間は合計１
０ｔ１ｓ以下程度であれば良い。これは比較的大きい自
発分極Ｐｓ、必要十分な電界強度の印加により、実行可
能である０例えばスメクテ−１”ツク液晶として１目Ｏ
Ｂ　Ａ　ＣＰ　Ｃ（ｐ−ｈｅｘｙｌｏｘｙｂｅｎｚｙｌ
ｉｄｅｎｅ−ａｍｉｎｏ−２−ｃｈｌｏｒｏｐｒｏｐｙ
ｌ−ｃｉｎｎａｍａｔｅＣΩ ■ ＣＧＨ工、０（ンＣＨ＝Ｎ香ＣＨ＝ＣＨＣ００ＣＨ，−
Ｃ−ＨＣＨ，）を用い（Ｔ＝８８°）、３４の厚さとし
、印加電圧Ｖ＝２０ｖとした所、立上り、立下りは各々
５ｔｉｓの程度であった。

第４図に、線順次走査によって一ラインの画素の表示の
具体例を示す。（ａ）図は、信号電極Ｙｉに印加される
具体的波形（走査電極Ｘｊと同期的に加えられている）
を示し、（ｂ）図はこれに対応した表示の様態を示した
ものである。

実施例２実施例１におけるストライプ状透明電極１４．およびス
トライプ状背面金属電極１５の代わりに、第５図に示す
如く、これらの各々を３ＯＲ，３０Ｇ、　３０Ｂおよび
３１Ｒ，３１Ｇ、３１Ｂに分割し、３０Ｒ，３１Ｒを赤
信号印加用ストライプ状電極としこれらの間に赤色発光
ＥＬ物［３２Ｒを挟持し、３０Ｇ、３１Ｇを緑信号印加
用ストライプ状電極としこれらの間に緑色発光ＥＬ物９
３２Ｇを挟持し、３０Ｂ、３１Ｂを青信号印加用ストラ
イプ状電極としこれらの間に青色発光ＥＬ物質３２Ｂを
挟持しＥＬセル６を形成する。

このような構成において、任意の位置で任意の色例えば
赤色の表示を行うには、任意の位置のストライプ状透明
電極３０Ｒとストライプ状背面金属電極３１Ｒとの間に
十分大きな電圧を印加することにより赤色発光のＥＬ物
質３２Ｒを発光させるとともに、意図する位置を通るス
トライプ状透明電極１２と１３との間にも十分大きな電
圧を印加し、これらに挟持される液晶層にストライプ状
の光透過領域を形成すれば良い０本実施例において時分
割駆動するには、各位置で対向するストライプ状透明電
極１２．１３との間に十分大きな電圧を順次印加すると
ともに、これと同期してストライプ状透明電極３０Ｒ，
３０Ｇ、３０Ｂおよびストライプ状背面金属電極３１Ｒ
，３１Ｇ、３１Ｂとの間に１表示内容に応じてＥＬ物質
３２Ｒ，３２Ｇ、３２Ｂのいずれかを発光させるに十分
大きな電圧を印加すれば良い。

なお、実施例１，２においてストライプ状透明電極１２
．１３のいずれか一方、ストライプ状透明電極１４とス
トライプ状背面金属電極１５のうちのいずれか一方、ス
トライプ状透明電極３０Ｒ，３０Ｇ、　３０Ｂかストラ
イプ状背面金属電極３１Ｒ，３１Ｇ、３１Ｂのいずれか
一方を、全表示面において一体化した共通電極としても
良い。

実施例１．２における液晶セル１．ＥＬセル３゜６の駆
動方法として、Ｘ電極（横方向）群とＹ電極（縦方向）
群の同期的な駆動方法を採る上で、一画面（Ｘ、Ｙの各
画素より成る）のくりかえし駆動周波数（フレーム周波
数）を適切に選択することによってきわめて高品質の画
像を得ることができる。

一フレームのくりかえし時間を３０詔、望ましくは２Ｓ
ａｓ以内とする。走査線Ｘｉの数がｎ１本であれば走査
線が選択される時間はＴ／ｎｚ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（１）上式でＴは一フレーム
に要する時間である。また選択されたＹｊ電極上の画素
（Ｘ　ｘ　＊　Ｙ　Ｊ　）はＴ／ｎｌの時間幅のパルス
を１時間ごとに印加されることに成る。すなわち液晶、
ＥＬとも上記のくりかえしパルスが印加される。

一フレームの時間Ｔは３０ｗ以下とすることが画質の良
好性に対する必要条件である。これは人間の眼の性能、
残像効果を考慮したためである。

さらに詳細に説明すると、このことは、画面（Ｘ。

Ｙで構成される画素）のコントラスト比に関与するので
ある。実施例１において駆動の動作状態には４種あり、
ｉ）液晶セル−ＥＬセルともにＯＮ（選択、ＯＮ）、ｎ
）液晶セル−ＯＮ、ＥＬセル−０ＦＦ　（半選択、実質
０ＦＦ）　、ｉｎ）液晶セル−０ＦＦ、ＥＬセル−０Ｎ
（半選択、実質０ＦＦ）、ｉｖ）液晶セル−０ＦＦ、Ｅ
Ｌセル−０ＦＦ（非選択、ＯＦＦ状態）、各状態の光の
輝度をＩｏｎ、Ｉｏｎ・ｏｆｆ、　Ｉ　ｏｆｆ　・ｏｎ
、　　Ｉ　ｏｆｆとするとＩｏｎ＞＞Ｉｏｆｆ−ｏｎ、
　Ｉｏｎ−ｏｆｆ＞Ｉｏｆｆ　−−−−−（２）の関係
が存在しうる０画像中に二種類以上のコントラスト比を
定義する必要が生じ、Ｃ１＝Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
３）Ｃ，＝Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ−ｏｎｅ又はＩｏｎ／Ｉｏ
ｎ−ｏｆｆ　−（４）とする。しかし、もし一フレーム
の時間を３０Ｍ、望ましくは２５ｍ５にすることにより
、ＯＦＦ状態（Ｉｏｆｆ、　Ｉ　ｏｆｆ、ｏｎ、　Ｉ　
ｏｎ、ｏｆｆ）の平均化が行われ、ＯＦＦ状態の実質的
な一様化（画面の背景の一様化）が生じる。

またＥＬ層あるいは基板２１又は１７を暗黒色体とする
ことによりＩｏｆｆ、ｏｎ″：Ｉ　ｏｎ、ｏｆｆ４　Ｉ
　ｏｆｆとすることも可能である。すなわちコントラス
ト比を画面上で一義的に決めることが出来、画像品質の
向上が可能となる。

以上の説明においては、発光セルとしてはＥＬを利用し
たものに限定して説明したが本発明はこれに限定される
ものではなく、発光セルとして、けい光表示管、ＣＲＴ
、発光ダイオード、光偏向器とレーザー光線の組合せ等
が使用出来るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、クロストークが生じないので大画面、
高密度、高時分割駆動の表示装置が可能となり、高品質
の画像表示が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図の実施例に使用される液晶分子の動作を説明する図、
第３図（ａ）〜（ｄ）は第１図の実施例に使用される駆
動波形および光強度を説明する図、第４図（ａ）は本発
明になる表示装置の線順次走査時の駆動波形を示す図、
第４図（ｂ）は同じく表示状態を示す図、第５図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第６図は時分割駆動を説
明する図である。１・・・液晶セル、３，６・・・ＥＬセル、１１゜２１
・・・透明基板、１２．１３．１４・・・ストライプ状
透明電極、１５・・・背面金属電極、１６・・・偏光板
、　１７・・・基板、　１８・・・ＥＬ＠！ｆｆ、３０
Ｒ９３０Ｇ、３０Ｂ・・・ストライプ状透明電極、３１
Ｒ９３１Ｇ、３１Ｂ・・・ストライプ状背面金属電極、
３２Ｒ・・・赤色発光ＥＬ物質、３２Ｇ・・・緑色発光
ＥＬ４！Ｊｌ！ｊ、３２Ｂ・・・青色発光ＥＬ物質、３
４・・・多色性色素、３５・・・強誘電性スメクティッ
ク液第４図（ａ）（ｂ） φ　走査（×ｊ） ■・・・十Ｐ状態口・・・−Ｐ状態１・・・液晶セル６・・・ＥＬセル１１．２１・・・透明基板１２．１３・・・ストライプ状Ｕｔ１６・・・偏光板１７・・・基板３０Ｒ，３０Ｇ、　３０Ｂ　”’ストライプ状透明電極
３１Ｒ，３１Ｇ、　３１Ｂ・・・ストライブ状背面會属
電極３２Ｒ・・・赤色先光ＥＬ物質３２Ｇ・・・緑色光光ＥＬ物質３２Ｂ・・・青色発光ＥＬ物質３４・・・多色性色素

Claims

【特許請求の範囲】１、選択的にストライプ状に開閉させ得る強誘電性液晶
より成る複数の光シャッタ領域を配列してなる光シャッ
ターセルを観察者側に、前記ストライプと交叉する方向
のストライプ状に選択的に発光させ得る発光セルを前記
光シャッターセルの観察者側でない面に積層してなる表
示装置。２、前記発光セルは透明電極および金属電極に挟持され
たＥＬセルからなる特許請求の範囲第１項記載の表示装
置。