JPS63294532A - 液晶マトリクス表示装置 - 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 本発明は多数の文字、或いは図形、映像等を高品位で表
示することを目的とした液晶マトリクス表示装置に関す
るものである。

従来の技術 現在、ワードプロセッサやパソコン、テレビ、ＣＡＤ／
ＣＡＭ等に用いられている表示装置としてはＣＲＴ　（
カソードレイチューブ）を用いたものが主であり、Ａ４
フル頁が表示できるモノクロのものから高品位のフルカ
ラーが表示できるものまで、一方サイズとしては０．５
”〜４ｏ″位まで各種のものが事務用、或いは娯楽用に
活用されている。しかるに、ＣＲＴは容積が大きく薄型
化が困難であることや、高電圧を要する等の難点があり
、平板型の大容量表示装置が強（求められている。

プラズマ、エレクトロルミネッセンス、液晶等が、平板
型表示装置の代表的なものであり、いずれも構成は第２
図に示す通りであり、一対の基板１゜２に設けられた平
行帯状電極３．４間に表示媒体５がはさまれてマトリク
スパネルを構成している。

ＴＮ　（ツィステッドネマチック）液晶Ｘ−Ｙマトリク
スパネルでは各基板の外側に各々偏光板６゜７を設けて
マトリクスパネル８を構成している。

パネル８を透過モードで使う場合は背面照明光９を用い
表示は基板２側から見ることになる。前２者は駆動電圧
が高く、ドライバ回路が高価になることや消費電力が大
きい等の問題を有している。

一方、液晶は電卓、腕時計等に広く用いられているが、
多数の画素を有する大容量表示を単純なマトリクス構成
のセルで実現するのが液晶材料の特性上困難であること
と、いわゆるＴＮ液晶表示モードでは、一対の偏光板を
用いるため、表示が暗くなる等の難点を有する。

一方、最近強誘電性液晶がその高速性の故に注目されて
いる。強誘電性液晶は、分子構造的には、０８分子が不
斉炭素を有し光学活性であること。

■：分子長軸と垂直な永久双極子モーメントが不斉炭素
に近接して存在していること。及び、分子系として■：
カイラルスメクチック相をとること等の条件を満足する
ものに見い出されており歴史的には活性アミルアルコー
ルの不斉炭素とカルボニル基の永久双極子モーメントを
利用して合成されたＤＯＢＡＭＢＣ［（Ｓ）　２−メチ
ルブチルｐ−（ｐ−ｎ−デシロキシベンジリデンアミノ
）シンナメート】が代表的である。強誘電体液晶を用い
た表示モードもいくつか提案されている。すなわち■、
電圧印加により、ヘリカル構造を消失させ電圧無印加時
の光散乱性がら光透明性に変えるもの。■、セル厚をヘ
リカル構造のピッチより十分薄くして壁面効果により強
制的にヘリカル構造を消失させ正、或いは負極性電圧の
印加により、分子のチルト角の方向を反転させ一対の偏
光板を併用し複屈折効果により明暗を得るもの。■、２
色性色素を溶解させ約４５°のチルト角を有するカイラ
ルスメクチック液晶を用いて、少なくとも１枚の偏光板
の偏光軸を液晶の分子軸に合わせておき、正、或いは負
極性電圧の印加により、分子のチルト角の方向を反転さ
せ、染料の２色性で明、暗コントラストを得るもの、■
、電界の極性反転による自発分極の反転の際の激しい分
子運動に伴う光散乱を利用するもの。

上記■のモードは、トランシエントースキャッタリング
ーモード（Ｔ　Ｓ　Ｍ　（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ−Ｓｃａ
ｔｔｅｒｉｎｇ−Ｍｏｄｅ））と呼ばれ、高速性、偏光
板不要の為に明るい表示が得られること、■のモードで
は透過性の高い白色ライトバルブを構成しようとすると
セル厚を約２μｍという薄さにしかつギャップを高精度
で均一に保つ必要がありセル製造の困難さを伴うが、Ｔ
ＳＭでは５μｍ以上のセル厚でパネルを構成できセルの
製造が容易という利点がある。

詳細は、カラミ　ョシノ　イーティー　ニーエル、フェ
ロエレクトリクス、５９巻、１９８４．１４５〜１６０
ページ（にａｔｓｕｍｉ　Ｙｏｓｈｉｎｏ　ｅｔ　ａｌ
＋　Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ。

ｖｏｌ、５９．１９８４．頁１４５〜１６０）に述べら
れている。

ＴＳＭモードは、以上のごとき特徴を有しているが、こ
れまでは単一の光シャッタとしての特性が報告されてい
るのみで、マトリクス型の表示パネルとして大容量表示
を自損したセル構成や駆動法については未開発であった
。また従来報告されているセル構成では光散乱性能が不
十分であり、より一層の高コントラスト化が求められて
いた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、ＴＳＭモードを用いて２値或いは中間調を有
する大表示容量のマトリクスパネルを高コントラストで
実現する為のセル構成及び駆動法に係るものである。

問題点を解決するための手段 以上の問題点を解決する為本発明では、第１の透明基板
上に細帯状の透明電極が複数本互いに平行に設けられた
第１の電極群と、これと相対向して第２の透明基板上に
細帯状の透明電極が複数本互いに平行に設けられており
、かつ、第１の電極群とは直交するごとく所定のギャッ
プを隔てて配置された第２の電極群との間に、カイラル
スメクチック液晶がはさまれており第１の電極群には順
次走査パルスが印加され、第２の電極群には並列にビデ
オ信号電圧を一斉に付加する如く構成されてなる強誘電
性マトリクス液晶表示装置に於いて、第１の透明基板お
よび（ないしは）第２の透明基板側の表面が凹凸を有す
る様に処理されており、第１、第２の電極間に印加され
た選択信号によって液晶を強度の光散乱状態にし、十分
長いパルスによって液晶を透明状態にすることを特徴と
する液晶マトリクス表示装置を提案するものである。

作用 上記手段によって、少なくとも一方の基板の表面が凹凸
を有する様に処理されていると、強誘電性液晶の電圧印
加による過渡的光散乱性が増大される結果ミクロな凹凸
を有しないセルの場合に比べてコントラストが増大する
という望ましい効果が得られる。

実施例 以下本発明の一実施例の液晶マトリクス表示装置につい
て図面を参照しながら説明する。

透明ガラス基板１０の表面にフォトエッチ技術を用いて
２０μｍのピッチで±３μｍの凹凸を規則的に設けた。

この基板の表面に０．２鰭ピツチで０．１７龍幅の酸化
インジウムを主成分とする帯状透明電極（以下ＩＴＯと
略す）１１を１００本設けて第１の基板を用意した。他
のガラス基板１２を用意しこちらは表面に凹凸を設けず
先と同様にＩＴＯの帯状電極１３を形成して第２の基板
を用意した。これら第１及び第２の基板の電極面をお互
いに向かい合わせ、かつ、互いの帯状電極が直交するよ
うに配置し、両電極間に主としてエステル系とピリミジ
ン系の混合物より成る、室温でカイラルスメクチックＣ
相を示す強誘電性液晶１４を３０μの厚みになるように
はさみ込んでＸ−Ｙマトリクスパネル１５を構成した。

図示は省略しであるが電極表面は液晶分子の配向性を制
御するため酸化珪素よりなる斜方蒸着膜が設けである。

又、使用した混合液晶の室温でのピッチは約３μｍで自
発分極は２Ｑｎｃ／ｃｎｔのものである。上記パネルの
各々の電極をデータ信号源、走査信号源に接続してｘ−
ｙマトリクス表示装置を構成した。この装置にＴＮマト
リクスパネルの駆動で公知の、電圧平均化法に基づくマ
トリクス駆動電圧を印加して光学特性を調べた。

パネルの光学特性は、背面斜め４５°方向より白色光１
６をパネルに照射し、パネル表面垂直方向からの輝度を
測定した。なお比較の為に表面に凹凸を有しないパネル
も作成して両者のコントラストを比較した。走査線数＝
ｌ１００、バイアス比＝３に設定した駆動波形での凹凸
を有するパネルでの明、暗コントラスト比は最適電圧値
Ｖａ＝７５ｖにて３０でかなり満足すべき値が得られた
。同じ条件で凹凸を有しない従来のパネルではコントラ
ストはせいぜい２０であり基板の表面凹凸がコントラス
トの向上に寄与していることが確認できた。２フイール
ドＡＣ型の印加電圧波形では、各フィールドで液晶セル
にＤＣ成分が印加され液晶の自発分極は電界方向を向く
ため、ねじれがほどかれて液晶は透明性になるが、次の
フィールドにより選択画素には逆向きの高い電圧が印加
されるため、自発分極が反転する際に激しい分子運動を
生じ光散乱性となる。一方、非選択画素では印加される
電圧が低いために光散乱性は顕著ではない、基板表面を
凹凸化したことによってコントラストが向上するのは電
圧パルス印加時点での過渡的光散乱現象が基板表面の凹
凸の為により顕著になることが原因と考えられる。通常
のＴＳＭは前方方向へ光散乱度が高いが本来のライトバ
ルブでは後方へ光散乱性である方が望ましく、基板に凹
凸を有する本願のパネル構成がより背面光源型の表示パ
ネルとし、て望ましいと言える。尚凹凸のピッチはセル
厚より大きすぎると光散乱性能は低下することが確認さ
れた。

カイラルスメクチック液晶のラセンが消失される臨界電
界ＥＣは以下で与えられる。

ここに、Ｐ：らせんピッチ、Ｋ：配向弾性定数ＰＳ：自
発分極 すなわち、低電圧で駆動するにはＫが小さく、Ｐ、Ｐｓ
が大きい方が良い。ＴＳＭによるマトリクス表示での望
ましい特性は以下の通りである。

■：できるだけ低電圧の選択パルスによる極性反転によ
って、できるだけ立ち上がりが早く液晶は強い散乱状態
になること。

■二上で達成された散乱状態は、できるだけ１フイール
ドの期間持続しうろこと。

■：非選択パルスでは、できるだけ散乱状態に至らない
こと。

■の要求は高Δｎ（屈折率異方性）、高チルト角、高Ｐ
ｓ、低Ｋ、低粘性（η）等の特性を有する液晶によって
実現されると考えられている。

■の要求に関係するものは、Ｋ、η、Ｐ、Ｐｓ、Δε　
（ｙ、電率異方性）、セル厚（ｄ）、非選択期間に印加
されるバイアス電圧等であり、液晶材料定数、セル定数
、駆動信号波形等が複雑に関与する。

■についても■と同様のパラメータが関与する。

本発明の様に基板に凹凸を設けた場合上記■〜■のすべ
てに関与し、液晶材料、走査線数、供給可能電圧値、画
素ピッチ等によってセル厚、凹凸の深さ、凹凸ピッチ等
を最適化する必要がある。

発明の効果 本発明は、従来提案されている７３Ｍモードを基板の少
なくとも一方の表面に凹凸を設けるというセル構成の改
良により表示の高コントラスト化を達成したものである
。またこの構成をマトリクスパネルに適用し、液晶には
実質的に直流電圧成分を印加することなく、多数の走査
線を有するパネルを高コントラストで表示するセル構成
と駆動法を提供したものである。これによって、■：従
来の如き複屈折モードのセルに比べてセルギャップを厚
くできセルの製造が簡易化し、パネルの製造歩留りも高
くなる。■：偏光板を使用していないので、明るい表示
が得られると共に、低コスト化に寄与する。■：フィー
ルドの切り替わり時点で光散乱を生じさせるモードを採
用すると、−走査線時間（τ）全部をドメインスイッチ
ングに割り当てられるため、多（の走査線を有する大容
量ディスプレイが実現できる。■：液晶セルには実質的
に直流電圧成分を印加しないので、信頼性の高い表示パ
ネルが実現できる。また、波高値（■。）或いはパルス
幅τ（τ＝Ｔ／ｍ：Ｔは１フイールドの時間、ｍは走査
線数）を変調することによって中間調を有する表示を実
現することも可能である。実施例では、モノクロ表示に
ついて述べたが本マトリクス表示モードでは、画素の光
透過性を変化させるものであるから周知のごとく、各画
素にカラーフィルタを設けることにより、カラー映像を
表示することは容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のマトリクス表示装置の構成図、
第１図（ｂ）は第１図のパネルのＡ−Ａ　’面での切断
面図、第２図は従来のＴＮ型マトリクス表示装置の構成
図である。 １０・・・・・・表面に凹凸を設けた透明基板、１２・
・・・・・透明基板、１３．１１・・・・・・透明行及
び列電極、１４・・・・・・強誘電性液晶、８・・・・
・・強誘電性液晶Ｘ−Ｙマ）　ＩＪクスパネル、１６・
・・・・・背面照明光源。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名（ｂλ 第２図 （−一、２−一ノ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の透明基板上に細帯状の透明電極が複数本互
   いに平行に設けられた第１の電極群と、これと相対向し
   て第２の透明基板上に細帯状の透明電極が複数本互いに
   平行に設けられており、かつ第１の電極群とは直交する
   ごとく所定のギャップを隔てて配置された第２の電極群
   との間に、カイラルスメクチック液晶がはさまれており
   第１の電極群には順次走査パルスが印加され、第２の電
   極群には並列にビデオ信号電圧を一斉に付加する如く構
   成されてなる強誘電性マトリクス液晶表示装置であって
   、第１の透明基板および（ないしは）第２の透明基板側
   の表面が凹凸を有する様に処理されており、第１、第２
   の電極間に印加された選択信号によって液晶を強度の光
   散乱状態にし、十分長いパルスによって液晶を透明状態
   にすることを特徴とする液晶マトリクス表示装置。
2. （２）基板側の表面凹凸の平均的ピッチは上記ギャップ
   より小さいことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の液晶マトリクス表示装置。
3. （３）基板側の表面凹凸は電極を設ける基板そのものに
   あらかじめ設けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の液晶マトリクス表示装置。
4. （４）基板側の表面凹凸は電極上に設けた絶縁性膜に設
   けられてなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載の液晶マトリクス表示装置。
5. （５）第２の電極群に印加する信号電圧は、波高値ない
   しパルス幅に於いて変調されており、中間調を表示する
   ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の液晶マトリクス表示装置。