JPS6364031A - 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、平板状のＸ−Ｙマトリクス表示装置に係るも
のであり、２値表示のオフィス用表示装置、或は中間調
を有する壁掛型カラーＴＶ等に利用でき、特に低コスト
、高画質という点に特徴を有するものである。

従来の技術 従来、平板型表示装置としては、プラズマディスプレイ
、フラン）ＣＲＴ、螢光表示管、液晶等が代表的である
。前三者は発光型であり、現状では発光効率が低いこと
、駆動電圧が比較的高いこと、大型化が困難等の問題を
かかえている。一方、液晶表示装置は、低電圧、低電力
、大型化の容易さ等より益々、フルカラー大型化へ向け
ての開発が活発に進められている。液晶でフルカラー表
示を実現するには、通常液晶は単にライトバルブとして
用いられ、赤、青、緑の色フィルターを細帯状ないし点
状に設けることにより２次元面上での加法混色によりカ
ラー像が表示される。第４図はツィステッドネマチック
型（以下ＴＮと略す）液晶表示モードを用いた従来のＸ
−Ｙマトリクス型パネルの構成と動作について述べる。

第５図は第４図との正面図で行電極３、列電極１４の配
置を示している。ＴＮ型マトリクスパネル１５は、一対
のガラス基板１．２に、各々設けられた酸化インジウム
等よりなる透明行電極３と透明列電極１４に、誘電率異
方性が正のネマチック液晶１８がはさまれており、ガラ
ス基板１，２の外側に一対の偏光板１０、１）が設けら
れて構成されている。カラーパネルを構成する場合には
赤、青、緑のカラーフィルタ一層が、それぞれ行ないし
列電極上に規則的に設けられる。パネル１５は簡略化し
て図示しであるが、通常、行ないし列電極上或は色フィ
ルタ一層がある場合は色フィルタ一層上に、液晶分子の
配向を規定する為の配向処理層が設けられており、液晶
分子は各基板表面では、はぼ基板と平行に配列しており
、分子の配列方向は一方の基板と他方の基板では、通常
のＴＮモードの場合はぼ９０°向きが異なり、一方の基
板から他方の基板に向かって分子の配列方向は徐々にね
じれており、結局、側基板間でほぼ９０°のねじれを生
じるように、側基板表面にあらかじめ配向処理がなされ
ている。

通常のＴＮモード以外のたとえばＳ　Ｂ　Ｅ　（Ｓｕｐ
ｅｒＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔの略）
モードでは上記分子のねじれ角は１８０°〜３６０°に
して使用する場合もある。透過型表示装置では背面光源
１２が設けられている。光源１２として蛍光灯のように
、線状光源を用いる時は、２次元の表示面に対してムラ
のない均一な明るさを得る為に、光拡散板が光源と液晶
パネルの間に設けられる。光源がエレクトロルミネッセ
ンスのごとき面状光源であれば、光拡散板は不要である
。以上の従来の液晶マトリクスパネルの１例であるが、
従来の技術での最大の難点は、 （１）一般に単純ＸＹマトリクス表示パネルに於て、Ｎ
本の走査線（ここではたとえば行電極３）を有するパネ
ルを線順次信号によって駆動した場合、オンすべき画素
とオフとなるべき画素をはさむ電極間に印加される実効
値電圧の比率Ｒは、いわゆる電圧平均化法と称する駆動
法を採用して、Ｒが最大となる様に最適化した場合 Ｒ−（（Ｎ””　＋１／　（Ｎ””−１））　””とな
る、すなわち単純マトリクス構成のパネルではオフ画素
にもクロストーク電圧が印加されてしまうためコントラ
ストの低下をきたす。たとえばＮ＝１００本の場合、Ｒ
＝１．１となりオン画素にはオフ画素に対応する電極間
に印加される実効値電圧の１０％した余計に印加されず
この１０％の電圧差で表示のコントラストをつけなけれ
ばならない。

すなわち単純マトリクスパネルに使用する表示媒体は輝
度−電圧特性がシャープで明確なしきい値特性を有して
いなければコントラストに優れた表示にはならない。従
来のＴＮセルでは、このシャープさが不十分なため、Ｎ
　＝６４　（Ｒ＝１．１３４）でもアクティブマトリク
スパネルに匹敵するコントラストにはならないのが実状
である。一方ＴＮセルは前記引用例にも示されている通
り一般にセルの光透過特性が光波長に依存しいわゆる旋
光分散を生じ輝度−電圧特性が波長によって相当具なる
。

カラーフィルタという誘電体層が透明電極の上に設けら
れているときは、フィルタ層が液晶と直列に挿入される
ことになる為、電極間に印加されたこのオンとオフの電
圧比が液晶層ではさらに低下しカラーパネルのコントラ
ストはモノクロパネルより相当悪化するという欠点であ
った。

（２）上記単純Ｘ−Ｙマトリクス型表示パネルに於ける
コントラスト、視野角、色再現性等の悪さを克服する為
にアクティブマトリクスと称するパネル構成が採用され
ている。アクティブマトリクス型表示パネルでは、マト
リクスを構成する各画素点に薄膜トランジスタ（以下Ｔ
ＰＴと略す）等の３端子スイツチ素子やＰ−Ｎジャンク
ションや金属−絶縁体−金属（以下Ｍｌ〜１と略す）等
の２端子非直線抵抗素子を設けることにより液晶自体の
しきい値特性の悪さを克服し、高コントラストと優れた
色再現性を実現している。しかるにアクティブマトリク
スパネルでは、アクティブマトリクスアレーを低コスト
、高歩留りで製造することが困難な為、アクティブマト
リクスパネルはパネルコトスが高価になることが最大の
難点である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は以上述べた従来の液晶単純マトリクス表示装置
のコントラストの悪さないしは液晶アクティブマトリク
ス表示装置の高コストという問題点を解決せんとするも
のである。

問題点を解決するための手段 本発明では、電圧印加で光透過率が増大するゲストホス
ト液晶層が第一の透明帯状電極と透明画素電極間に挟ま
れており上記画素電極側には上記第一の帯状電極と直交
する方向に第二の帯状電極を有し第二の帯状電極と画素
電極間に光導電素子が設けられており、前記第一及び第
二の電極に電圧印加手段を設けた構成のマトリクス表示
装置によって従来の問題点を解決せんとするものである
。

作用 上記手段によって従来の液晶単純マトリクス表示装置の
コントラストの悪さないしは液晶アクティブマトリクス
表示装置の高コストという問題点を解決し、低コストの
パネルで大容量で高画質の表示を実現できるものである
。

実施例 以下に本発明のマトリクス表示装置の一実施例について
、図面を用いて説明する。

本発明のマトリクス表示装置は、基本的に透過型である
。まず第１図に従ってパネル構成について説明する。細
帯状の透明電極３を有する第一の透明基板１の電極面側
と細帯状の電極４と透明画素電極５．６の間に光導電素
子７を介在させた第二の透明基板２の電極面が相対向し
ており、前記第一及び第二の基板の細帯状の電極群３．
４が互いに直交するごとく配置されＸ−Ｙマトリクス型
の電極を構成しており、両電極間にＧＨ液晶８がはさま
れている。ＧＨｌ晶の一例として正の誘電率異方性を有
しかつ二色性色素を溶解したネマチック液晶が側基板に
ほぼ水平に初期配向処理されている。前記第一の基板１
の外側には偏光軸を液晶分子軸に一敗させるようにして
偏光板が設けられている。光源は第一の基板の外側に設
けられており表示は光導電素子の設けられた第二の基板
を通して観察する。上記第一、第二基板上の細帯状の電
極群には第１図では図示は省略しであるが、電圧を印加
する手段が備えられている。以上の如き構成によりＸ−
Ｙマトリクス電極間にＧＨ液晶層と光導電素子が直列に
挿入されることになる。

本発明で重要な第二の基板側の光導電素子アレーの詳細
を第２図に示す。透明基板２上に細帯状の透明ないし不
透明のバスバー電極４、この両側に透明電極よりなる画
素電極５．６が設けられており、バスバー電極４と透明
画素電極５，６をまたがる如く光導電素子層７が設けら
れている。光導電素子層７をバスバー電極４と透明画素
電極５゜６との間に挿入する方法には表面型とバルク型
があるが、第２図の例は表面型を示す。第２図では、光
導電素子層７は短冊状にバタン化されて設けられている
が光導電素子層が透明性の場合は表示領域全面に渡って
設けてあってもかまわない。第３図に光導電素子をバル
ク型に設けた例の１画素部を示す。ここでは画素電極間
をつなぐ電極９も画素電極５，６と同じく透明であり、
バスバー電極４とこの透明電極９で光導電層７をはさむ
構成になっている。これによって光導電層は膜厚方向の
光導電性が利用されることになる。この場合も光導電素
子層が透明性の場合は表示領域全面に渡って設けてあっ
てもかまわない。以上透過型のパネル構成に関して表面
型とバルク型のものについて述べたが、要は本発明では
光導電素子とＧＨ液晶が電極間に直列に挿入されること
になるから容量性カップリングによる液晶への電圧配分
を極力抑える為に光導電素子の電気容量は液晶素子のそ
れに較べて出来るだけ小さいことが望ましく、表面型で
は電極幅を小さく、バルク型では両電極の重なり面積（
第３図に於ける領域１０）を小さくすることが重要であ
る。第２図ないし第３図では１つの画素電極を２分割し
た構成について示したが勿論画素電極は１画素当り１つ
にしてもがまわない。

ま゛た光導電素子とバスバー電極や画素電極を設ける順
序で上に述べたものに■定されるものではない。本発明
に用いる透明電極としては、酸化インジウム、酸化スズ
、金属薄膜などが利用でき第二の基板側の細帯状の電極
群には前記透明電極膜を用いてもよいしまたアルミ、ク
ロム、金、タンタル、ニクロム等の不透明金属膜を用い
てもよい。

ここでは液晶分子を特定方向にかつ電極面に対して適当
なチルト角（ディスクリネイション欠陥を防ぐ為）を有
するように配向させる為の配向膜の図示は省略しである
。分子配向処理はポリイミドなどの有機薄膜を電極面に
塗布、乾燥後、布などで一方向にラビング処理したり、
電極面にＳｉＯなどを斜方１着したり、ディッピングな
どによって分子配向剤を基板に吸着させる等の公知の方
法によって行われる。

本発明では偏光板を用いないかないしは１枚のみを用い
て電圧によって光ＳＡ率を増大するネガ型のＧＨ液晶が
用いられる。何故ならＴＮやＳＢＥ液晶モードのように
偏光板を２枚必要とするものでは、光線は２枚の偏光板
を通過してはじめて強度変調される。偏光板は通常基板
の外側に設けざるを得ないから、光導電素子は偏光板の
外側に設けられることになり、画素が小さい時は、画素
に丁度対応した光導電素子にその画素を通過した光を照
射させることは、困難になり、基板の厚み分だけ解像度
が悪化せざるを得ない。この点ＧＨ液晶モードでは光導
電素子をＩｓ　４Ｆｉの内面に形成できるから解像度の
優れた表示が得られる。

本発明に於けるＧＨ液晶には各種のものが使用できる。

すなわちｆｌ）誘電率異方性（以下Δεと略す）が正の
ネマチック液晶を基板に平行な初期配向させておき電圧
印加で基板に垂直方向に向かせるもの（２）Δεが正の
ネマチック液晶を側基板に平行でかつ９０”ねじれるよ
うに初期配向させておき電圧印加で基板に垂直方向を向
かせるもの（３）Δεが負のネマチック液晶を基板に垂
直に初期配向させておき電圧印加で基板に水平方向を向
かせるもの、（４）カイラルスメクチック液晶を基板に
水平に初期配向させておき印加電圧の極性で基板に水平
ではあるが異った方向を向かせるもの、以上では偏光板
を少なくとも１枚使用する、（５）Δε正のネマチック
−コレステリック混合液晶を電圧無印加でフォーカルコ
ニックないしグランジャン配向状態のものを電圧印加で
基板に垂直方向に向かせるもの、（６）Δεが負のネマ
チック−コレステリンク混合液晶を電圧無印加でフォー
カルコニックないしグランジャン配向状態のものを電圧
印加で基板に水平方向を向かせるもの、（７１（１）の
状態の液晶層を２層重ね各層の液晶分子軸が互いに直交
するように配置し電圧印加で各層の液晶分子が基板に垂
直な方向を向くようにするもの、以上（５）〜（７）で
は偏光板を使用する必要はない。勿論ＧＨ液晶モードで
あるから上記（１）〜（７）のいずれのモードに於いて
も、分子の長軸方向と短軸方向で可視光の吸収に異方性
を有する正または負の２色性染料が液晶中に添加されて
いる。

上記光導電素子としてはポリビニルカルバゾール系、フ
タロシアニン系等の有機光導電体ないしはカドミウムセ
レナイド（ＣｄＳｅ）、カドミウムセレン（ＣｄＳ）、
シリコンくＳｉ）、セレン（Ｓｅ）等の無機光１体が利
用出来る。

本発明のマトリクスパネルによって高コントラストが得
られる理由について説明する。

本発明のマトリクスパネルの電極（たとえば第一の細帯
状電極を走査電極、第二の基板上のバスバー電極を信号
電極として）に例えば公知の電圧平均化法による電圧を
印加すると光導電素子とＧＨ液晶層の直列系に電圧が印
加される。

ここに電圧平均化法による信号とは、電極選択時には、
オンすべき画素には、±Ｖ０、オフすべき画素には士（
１−２／ａ）ｘＶ。、非選択時には）Ｖｏ　／ａ　ｌ　
　（但しａ　＝　Ｖｙ＋１なる実数、Ｎは走査電極の数
）の電圧が印加される如く行、列電極に電圧を印加する
ものである。

オン画素（ここではより大きい電圧が印加される方の画
素をオン画素と呼ぶ）とオフ画素の各電極間に印加され
る実効値電圧の比率（Ｒ）は電圧平均化法の場合は先に
述べた通りＲ＝　（（Ｎ＋ｚｚ＋　１）／　（Ｎ””　
−１））　””　となるが、実際の液晶層に印加される
電圧は光導電素子に印加される分だけ低下する。

しかし何等かの電圧差がオン画素とオフ画素に印加でき
る。液晶がネガ型（電圧印加と共に透過率が大となるモ
ード：偏光板を用いるＧＨｉ晶では偏光板の偏光軸を液
晶分子軸にたいして適切な配置にすればネガ型モードに
設定出来る）に構成されている場合、より大きな電圧の
印加されたオン画素では光透過率が良くなる。その結果
光導電素子により強い光が当り光導電素子の電気抵抗は
より低下し、その結果オン画素には益々強い電圧が印加
され透過率は更に向上し光導電素子の抵抗は更に低下す
る。すなわちオン画素にはフィードバックがかかり光導
電素子に配分されていた電圧骨が益々液晶層側に印加さ
れることになる。ところがオフ画素では例えば液晶層に
印加されている電圧がしきい値以下の電圧であればここ
では光透過率は変化せず従って光導電素子の抵抗も変化
せずフィードバックがかからず光透過率は低いままであ
る。すなわちＧＨ液晶をライトパルプとして用いること
により光導電素子への光照射光量を変え、光導電素子の
電気抵抗を非直線的に変えることによりオン画素とオフ
画素に印加される電圧の比率を増幅することができる訳
である。この結果電圧平均化法からくる制約から解放さ
れ走査線数（Ｎ）が大きい大容量表示に於ても高コント
ラスト、高視野角を得ることができ、カラーフィルタを
設けたカラーパネルの場合は広色再現等の高画質化が実
現出来る。

上に述べた原理から光導電素子には液晶層を通過してき
た光のみが照射されることが望ましい。

第１図の構成では、表示を見る側すなわち基板２側から
直接入射する光が光導電素子を照射することは避けねば
ならない。この様な場合電極４は不透明が望ましく、こ
れでもまだ遮光性が不十分な時はあらかじめ基板に遮光
層を設けておく必要がある。

発明の効果 従来単純マトリクス液晶表示装置では、パネル構成がシ
ンプルな為低コストではあるが走査線数（Ｎ）が大きく
なるとオン画素止オフ画素に印加される電圧の比率が１
に近ずく為、コントラストの低下、視野角の狭さが大き
な問題であった。またＴＮモードやＳＢＥモードではし
きい値特性が比較的急峻なためある程度までマトリクス
駆動できるがＧＨ液晶モードは視野角依存性の点でＴＮ
やＳＢＥより有利ではあるにも拘らずしきい値特性が不
十分なためマトリクス駆動には適さなかった。

しかるに本発明ではＧＨ液晶がＴＮやＳＢＥとは異なっ
て偏光板が不要かないしは１枚でも光透過率を変化させ
得ることから光導電素子と組み合わすのに最適であり本
発明によってＧＨ液晶をマトリクス表示に有効に利用で
きるようになった。

走査線数Ｎが大の大容量表示に於てもコントラストの低
下を来たさない方法として従来アクティブマトリクスが
用いられている。液晶アクティブマトリクス表示装置で
は、高コントラスト、広色再現性が実証され液晶カラー
ＴＶが実用化されている。しかるにアクティブマトリク
スではアクティブマトリクスアレーを製造するのに半導
体、絶縁体、金属等の薄膜を数回形成しまたそれらの薄
膜を高精度でバタン化するフォト工程を何回も必要とし
製造コストの上昇、歩留りの悪化という問題点を有して
おり特にＡ４版以上の大型パネルをアクティブマトリク
スで製造するにはコストの上昇もさることながら満足出
来る装置自体が未開発なのが実状である。

本発明では光導電素子アレーを有する基板側でさえ１〜
３回程度のバタン化工程でよ〈従来のアクティブマトリ
クス形成技術に較べてはるかに簡易かつ高歩留り、低コ
ストで尚かつ高画質を提供するマトリクスパネルを構成
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマトリクス液晶表示装置の斜視図、第
２図は第１図のマトリクスパネルに用いる光導電素子ア
レーの一部拡大正面図、第３図は同じく第１図のマトリ
クスパネルに用いる他の構成の光導電素子アレーの１画
素部の拡大正面図、第４図は従来の透過型液晶表示装置
の斜視図、第５図は第４図の電極部の正面図である。 １．２・・・・・・透明基板、３．１４・・・・・・透
明電極、４・・・・・・バスバー電極、５，６・・・・
・・画素電極、７・・・・・・光導電素子層、８・・・
・・・ＧＨ液晶居、１０．１：ｆ・・・・・・偏光板、
１２・・・・・・光源、１５・・・・・・従来の液晶Ｘ
−Ｙマトリクスパネル、１８・・・・・・Ｔ　Ｎ　ｔｆ
ｊｉ、高層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名１、２−＊
椙基板 ３−を間室」五 第１図　　　　　　　　　４−パスバ一覧認１３図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）電圧印加で光透過率が増大するゲストホスト液晶
   層が第一の透明帯状電極と透明画素電極間に挟まれてお
   り上記画素電極側には上記第一の帯状電極と直交する方
   向に第二の帯状電極を有し第二の帯状電極と画素電極間
   に光導電素子が設けられており、前記第一及び第二の電
   極に電圧印加手段を設けてなることを特徴とするマトリ
   クス表示装置。
2. （２）光導電素子は第一の帯状電極と画素電極とで構成
   される画素点の各々に設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載のマトリクス表示装置。
3. （３）光導電素子はポリビニルカルバゾール系、フタロ
   シアニン系等の有機光導電体ないしはカドミウムセレナ
   イド（ＣｄＳｅ）、カドミウムセレン（ＣｄＳ）、シリ
   コン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）等の無機光導電体より成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のマ
   トリクス表示装置。
4. （４）ゲストホスト液晶は誘電率異方性が正のネマチッ
   ク液晶、誘電率異方性が負のネマチック液晶、ネマチッ
   ク・コレステリック混合液晶、カイラルスメクチック液
   晶より選ばれたものに２色性染料を添加したものよりな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のマ
   トリクス表示装置。
5. （５）第一の帯状電極ないしは画素電極には赤、青、緑
   の色フィルターが設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載のマトリクス表示装置。
6. （６）第一の帯状電極を有する基板側には少なくとも偏
   光板を設けることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載のマトリクス表示装置。
7. （７）第一の帯状電極と第二の帯状電極の間には、電極
   選択時には、オンすべき画素には、±Ｖ＿０、オフすべ
   き画素には±（１−２／ａ）×Ｖ＿０、非選択時には｜
   Ｖ＿０／ａ｜（但しａ＝√Ｎ＋１なる実数、Ｎは第一な
   いし第二帯状電極の数）の電圧が印加される如く構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載のマトリクス表示装置。