JP4688143B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）に関する。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれカラー表示を行う液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
図９（Ａ）を参照する。液晶表示素子は、対向配置される上側基板３１及び下側基板３２、及び、その間に挟持される液晶層３９を含んで構成される。上側基板３１及び下側基板３２は、たとえば平板なガラス基板と、その対向面上に、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材で形成され、所定のパタンを有する電極を備える。液晶層３９は、たとえば負の誘電率異方性（Δε＜０）をもつネマティック液晶３９ａで形成されるネマティック液晶層である。

上側基板３１及び下側基板３２の外側に、一対の上側及び下側偏光板４１，４２がクロスニコル状態に配置される。上側及び下側偏光板４１，４２は、それぞれ面内方向に透過軸を有し、透過軸の方向に偏光する光だけを透過させる。

白色バックライト５２が、下側偏光板４２の外側に配置される。白色バックライト５２は、たとえば冷陰極蛍光管（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｌａｍｐ；ＣＣＦＬ）を用いて構成される。無機白色ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、有機ＬＥＤ等を用いて構成される場合もある。

上側及び下側基板３１、３２の電極間に接続される電圧印加手段で、液晶層３９に電圧を印加することによって、液晶分子３９ａの配向状態が変化する。液晶分子３９ａの配向状態の変化によって、透過光の偏光状態も変化する。白色バックライト５２から発せられ、液晶層３９を通過した光が、上側偏光板４１を透過するときに「明」表示、上側偏光板４１に遮蔽されるときに「暗」表示が行われる。

カラー表示を行うために、上側及び下側基板３１、３２間に、エリアカラーフィルタ４９及びブラックマスク５１が配置される。
エリアカラーフィルタ４９は、たとえば赤色部４９ｒ、緑色部４９ｇ、青色部４９ｂ、及び白色部４９ｗを含んで構成される。図示の液晶表示素子においては、白色バックライト５２から発せられた光が、エリアカラーフィルタ４９の異なる色の領域（各色部４９ｒ，ｇ，ｂ，ｗ）を透過することで、領域ごとに複数色の表示が可能になる。

ブラックマスク５１は、コントラストや色純度を高めるために配置される。
所定の表示を行うために、駆動回路５３が接続される。
図９（Ａ）に示す構成によって、カラーによるセグメント表示、セグメントとドットとを併用した表示、及びフルドット表示が可能である。

本図に示したような、白色光源で照明する透過型構造の液晶表示素子は、複雑な色表現には不適当である。
色表示品位の向上のため、マイクロカラーフィルタ方式を採用する液晶表示素子が提案されている。

マイクロカラーフィルタ方式は、特に、フルドット表示タイプの液晶表示素子に導入され、たとえば微細なドットを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に色分けし、３ドット１組（１画素）としてカラー表示を行う。

しかしこの方式においても、ドットが大きい場合には、人間の目の空間分解能により、１画素が複数ドットから成り立っていることが認識されてしまい、高い表示品位を実現できないことがある。また、１画素を複数のドットで構成するので、光利用効率が低下する。このため白色バックライト５２の輝度を向上させる必要があり、消費電力が増大する。

図９（Ｂ）に、カラー表示を行う液晶表示素子の他の内部構成例を示す。
図９（Ａ）に示す液晶表示素子においては、液晶セル内にエリアカラーフィルタやブラックマスクを配置したが、図９（Ｂ）に示す液晶表示素子においては、液晶セル内に、それらを配置しない。また、カラー表示を行うために、白色バックライト５２に代え、マルチカラーバックライト５５を用いる。

マルチカラーバックライト５５は、複数の色発光が可能なバックライトであり、たとえばＲＧＢマルチカラーＬＥＤ光源を用いる。マルチカラーバックライト５５から発せられた光が、上側偏光板４１を透過したとき、発せられた光の色によって、「明」が表示される。バックライト同期駆動回路５４は、マルチカラーバックライト５５による発光と、液晶層３９の液晶分子３９ａの配向状態とを同期させる。

図９（Ｂ）に示したような、カラーフィルタを備えない液晶表示素子を駆動する方法として、フィールドシーケンシャル（ｆｉｅｌｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ；ＦＳ）駆動法が知られている。

フィールドシーケンシャル駆動法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像データを時間分解して表示し、残像が認識できないほど高速にその画像データを切り替えることで、観察者にその混色画像を認識させる駆動法である。

図１０に、ＦＳ駆動法の駆動タイミングチャートの一例を示す。なお、本タイミングチャートにおいては、液晶表示素子は、表示部１、表示部２、・・、表示部ｎのｎ個の表示領域が画定され、上下基板間に電圧が印加されたとき（図中には「ＯＮ」で表示。）に、「明」表示を行うノーマリブラックタイプと想定してある。

ＦＳ駆動法によれば、１フレーム期間、たとえば１６．７ｍｓで１つの画像を表示する。１フレーム期間は３つのサブフレーム期間（ここでは、時間軸に沿って、サブフレーム期間１、２、３と呼ぶ。）ＳＢから構成され、各サブフレーム期間において、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの１色のデータを表示する。

表示部１においては、サブフレーム期間１及び２で上下基板間に電圧が印加されて「明」状態（入射光を透過する状態）となり、サブフレーム期間３では、電圧無印加状態とされて、「暗」状態（入射光を透過しない状態）となる。一方、マルチカラーバックライトは、サブフレーム期間１において赤（Ｒ）を、サブフレーム期間２及び３において、それぞれ緑（Ｇ）及び青（Ｂ）を発光する。このため、表示部１においては、１フレーム期間中に、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の光が透過され、両色の混色である黄が観察者の目に認識される。

同様に、表示部２においては、サブフレーム期間１に透過した赤（Ｒ）、及びサブフレーム期間３に透過した青（Ｂ）により、マゼンダが表示される。
表示部ｎにおいては、サブフレーム期間２に透過した緑（Ｇ）がそのまま観察者の目に認識される。

なお、マルチカラーバックライトの発光が、各サブフレーム期間のはじめの方でなされていないのは、印加電圧に対する液晶層の応答はバックライトのそれに比べて遅いため、液晶層がある程度応答するまでのブランク期間を設け、液晶層が光を透過する期間と、バックライトの発光期間とを一致させるように調整する目的である。

ノーマリホワイトモードの液晶表示素子においてＦＳ駆動法を用い、背景を白色表示としたポジ表示状態で、セグメント表示部分をカラー表示とする表現が可能となる。なお、これは図９（Ａ）に示したカラー表示液晶表示素子では不可能である。

しかしこのＦＳ駆動法では、暗い場所での観察時に観察者が視線を移したときや液晶表示素子が振動した場合に、各サブフレームの単色表示が人間の目に認識されるカラーブレーク現象が現れ、特に白表示領域は虹のように認識される場合もある。カラーブレーク現象が生じた場合、表示外観が悪く、また、人間の心理的にも見難い表示となる。

本願発明者らは、１フレームにおいて画像を形成するときに、複数のサブフレームで光源を点灯させるとカラーブレーク現象が発生することを突きとめ、先の出願において、それまでＲ、Ｇ、Ｂで発光させていたバックライトを、１サブフレーム内で所望の色に発光させ、表示に反映させればよいとする提案を行った。（たとえば、特許文献１参照。）
図１１に、先の提案によるＦＳ駆動法の駆動タイミングチャートの一例を示す。

本タイミングチャートに示すＦＳ駆動法においては、サブフレーム期間１でマルチカラーバックライトから赤（Ｒ）の光を発光し、サブフレーム期間２及び３では、マルチカラーバックライトから、それぞれ黄（Ｙ）及びシアン（Ｃ）の光を発光する。黄（Ｙ）の光は、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の光の加算によって形成し、シアン（Ｃ）の光は緑（Ｇ）と青（Ｂ）の光の加算により形成する。

表示部１においては、サブフレーム期間１のみで上下基板間に電圧が印加されて「明」状態（入射光を透過する状態）となり、赤（Ｒ）による表示を行う。同様に、表示部２及びｎにおいては、それぞれサブフレーム期間３及び２のみで上下基板間に電圧が印加されて「明」状態となり、シアン（Ｃ）及び黄（Ｙ）による表示を行う。

先の出願に係る液晶表示素子の駆動方法によれば、１つの色表示を１つのサブフレームで完結させ、また、バックライトの発光色をＲ、Ｇ、Ｂの原色だけではなく、ＹやＣなどの混色を含むものとすることにより、カラーブレークを防止し、良好な表示を実現することができる。

この液晶表示素子の駆動方法においては、バックライトの発光色を１フレームごとに変更することが可能であるため、任意の色表示を容易に実現することができる一方、３つのサブフレームの混色が白色にならず、しかも常に変動する可能性があるため、表示部以外はできるだけ遮光する必要がある。したがって、背景が黒である表示しか実現することが困難である。

特開２００５−０７０４４０号公報

本発明の目的は、表示品質の良好な液晶表示装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、複数の色発光が可能な光源と、前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、前記第１の基板対を出射した光が入射する第２の基板対と、前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、前記第１の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、前記第１の基板対の光出射面側に配置された第３の偏光板と、前記第２の基板対の光入射面側に配置された第４の偏光板と、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置と
を有し、第１の液晶表示素子が、前記第１の基板対、前記第１の電極、前記第１の液晶層、前記第１の偏光板、及び前記第３の偏光板を含んで構成され、第２の液晶表示素子が、前記第２の基板対、前記第２の電極、前記第２の液晶層、前記第２の偏光板、及び前記第４の偏光板を含んで構成され、前記第１及び第２の液晶表示素子が、ともにノーマリホワイトの液晶表示素子であり、表示部と背景部とが画定されたノーマリホワイトの液晶表示装置が提供される。
本発明の他の観点によれば、複数の色発光が可能な光源と、前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、前記第１の基板対を出射した光が入射する第２の基板対と、前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、前記第１の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、前記第１の基板対と前記第２の基板対との間に配置された第３の偏光板と、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置とを有し、第１の液晶表示素子が、前記第１の基板対、前記第１の電極、前記第１の液晶層、前記第１の偏光板、及び前記第３の偏光板を含んで構成され、第２の液晶表示素子が、前記第２の基板対、前記第２の電極、前記第２の液晶層、前記第２の偏光板、及び前記第３の偏光板を含んで構成され、前記第１及び第２の液晶表示素子が、ともにノーマリホワイトの液晶表示素子であり、表示部と背景部とが画定された液晶表示装置が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、複数の色発光が可能な光源と、第１の液晶セルであって、前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、を含む、ＥＣＢ型の第１の液晶セルと、第２の液晶セルであって、前記第１の基板対を出射した光が入射する第２の基板対と、前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、を含む、ＥＣＢ型の第２の液晶セルと、前記第１の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置とを有し、前記第１の液晶層と、前記第２の液晶層の中央分子の配向方位が直交し、かつ、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、全体としてノーマリブラックとなるように配置され、表示部と背景部とが画定された液晶表示装置が提供される。
更に、本発明の他の観点によれば、複数の色発光が可能な光源と、前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、前記光源を出射した光が入射する第２の基板対と、前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、前記第１及び第２の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、前記第１及び第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置とを有し、前記第１の基板対の対向する一面上に形成され、前記第１のパタンを備える前記第１の電極の一部を構成する第３の電極と、前記第１の基板対の対向する他面上に形成され、前記第１のパタンを備える前記第１の電極の他部を構成する第４の電極と、前記第２の基板対の対向する一面上に形成され、前記第２のパタンを備える前記第２の電極の一部を構成する第５の電極と、前記第２の基板対の対向する他面上に形成され、前記第２のパタンを備える前記第２の電極の他部を構成する第６の電極とを含み、前記第１の基板対と前記第２の基板対が同一の基板対であり、前記第１の液晶層と前記第２の液晶層が同一の液晶層であり、前記第３の電極と前記第５の電極が絶縁膜を介して多層化され、同一とされた前記第１の基板対と前記第２の基板対の一方の片側基板に形成されており、前記第４の電極と前記第６の電極が絶縁膜を介して多層化され、同一とされた前記第１の基板対と前記第２の基板対の他方の片側基板に形成されており、表示部と背景部とが画定された液晶表示装置が提供される。

本発明によれば、表示品質の良好な液晶表示装置を提供することができる。

図１に、実施例による液晶表示素子の概略的な構成を示す。
実施例による液晶表示素子は、上側液晶表示素子（背景表示素子）３０、下側液晶表示素子（表示部表示素子）４０、マルチカラーバックライト５０、ＬＣＤドライバ６１、バックライトドライバ６２、及び同期コントローラ６３を含んで構成される。

２層構造パネル２０は、上側液晶表示素子３０、及び下側液晶表示素子４０を含んで構成される。マルチカラーバックライト５０は、２層構造パネル２０（下側液晶表示素子４０）の下方に配置される。マルチカラーバックライト５０は、複数の色、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を発光可能なバックライトである。たとえば、ＣＣＦＬ、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤなどを光源として使用することができる。

ＬＣＤドライバ６１は、上側液晶表示素子３０及び下側液晶表示素子４０を駆動する。バックライトドライバ６２は、マルチカラーバックライト５０を駆動する。同期コントローラ６３は、ＬＣＤドライバ６１とバックライトドライバ６２とが同期して駆動するように、同期信号を与える。

上側液晶表示素子３０及び下側液晶表示素子４０は、たとえばともにノーマリホワイトの液晶表示素子である。
図２は、２層構造パネル２０の一例を示す概略的な分解斜視図である。本図には、上側液晶表示素子３０及び下側液晶表示素子４０が、ともにノーマリホワイトの液晶表示素子である場合の構成例を示す。上側及び下側液晶表示素子３０，４０は、たとえばともに、電圧無印加時の液晶層のリタデーションが、Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの第１ミニマム値に設定された、ツイストネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）モードの液晶表示素子である。

上側液晶表示素子３０は、上側基板１１、上側基板１１に略平行に対向配置される下側基板１２、上側基板１１と下側基板１２との間に保持される液晶層１５、及び偏光板１６、１７を含んで構成される。液晶層１５には、９０°のねじれ角を有するＴＮ液晶である液晶分子１５ａが充填されている。

上側基板１１は、たとえば平板なガラス基板である透明基板１１ａ、透明基板１１ａ上にたとえばＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材で形成された電極１１ｂ、及び電極１１ｂ上に形成された配向膜１１ｃを含む。

下側基板１２は、透明基板１２ａ、透明基板１２ａ上に形成された電極１２ｂ、及び電極１２ｂ上に形成された配向膜１２ｃを含む。透明基板１２ａ、電極１２ｂ及び配向膜１２ｃを形成する材料は、上側基板１１と同じでよい。

上側基板１１と下側基板１２とは、配向膜１１ｃ、１２ｃが向き合うように対向配置される。
図２における右方向を基準（０°）とし、下側基板１２と平行な面内において反時計回りに回転した方位角θで液晶分子の配向方向（長軸方向）等を表す角度座標を定義する。

上側基板１１及び下側基板１２の配向膜１１ｃ、１２ｃには、ラビング処理が施されている。上側基板１１の配向膜１１ｃに施されたラビングの方向は方位角４５°の方向であり、下側基板１２の配向膜１２ｃに施されたラビングの方向は方位角３１５°（−４５°）の方向である。配向膜１１ｃ、１２ｃに接触する液晶分子１５ａはラビング方向に平行に配向し、ラビング方向を示す矢印の先端側の端部が基板から持ち上がるようにチルトする。配向膜は対向配置されているので、下側基板１２側の液晶分子１５ａの基板から持ち上がった方の端部が、上側基板１１側の液晶分子１５ａの基板に接触する方の端部に対応するようにチルトする。

液晶層１５内の液晶分子１５ａが方位角方向にツイストし、ヘリカル構造を構成する。このヘリカル構造は左旋回となり、ねじれ角（ツイスト角、旋回角）は９０°、厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向の方位角θは２７０°になる。

偏光板１６が、上側基板１１の外側の面に密着し、偏光板１７が、下側基板１２の外側の面に密着している。偏光板１６の透過軸（矢印でその方向を示す。）の方位角は４５°であり、偏光板１７の透過軸（矢印でその方向を示す。）の方位角は１３５°である。偏光板１６と１７とは、クロスニコル配置されている。

電圧が印加されない状態では、液晶分子１５ａはＴＮ配列している。偏光板１７を透過して下側基板１２に入射した光は、液晶分子１５ａのダイレクタに沿って偏光方向を旋回させながら液晶層１５内を進み、９０°旋回させたところで上側基板１１から出射するため、上側基板１１側の偏光板１６を透過する。このため「明」表示が実現される。

電圧印加時においては、液晶分子１５ａが基板（上側基板１１及び下側基板１２）に垂直に立つため、偏光板１７を透過して下側基板１２に入射した光は、そのまま液晶層１５内を進み、偏光板１６で遮られる。この場合、「暗（黒）」表示が実現される。このように、上側液晶表示素子３０は、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子である。

なお、電圧無印加時の液晶層１５のリタデーションを、Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの第１ミニマム値に設定することで、電圧印加時に良好な黒レベルを得ることができる。
上側液晶表示素子３０と下側液晶表示素子４０とは、たとえば類似の構造を備えるが、電極の構造において相違する。この点については、後に詳述する。また、上側及び下側偏光板１６、１７の透過軸の方向が異なっている。下側液晶表示素子４０については、上側偏光板１６の透過軸の方向は、１３５°方向であり、下側偏光板１７の透過軸の方向は４５°方向である。

上側液晶表示素子３０の下側偏光板１７の透過軸と、下側液晶表示素子４０の上側偏光板１６の透過軸とは平行であるため、この２枚の偏光板のうちの一方を省くことも可能である。たとえば、下側液晶表示素子４０の偏光板１６を省いた場合、上側液晶表示素子３０の偏光板１７は、上側液晶表示素子３０の構成要素であるとともに、下側液晶表示素子４０の構成要素であるとも考える。

なお、図示の２層構造パネル２０は、全体としてノーマリホワイトタイプである。
２層構造パネル２０の上側及び下側液晶表示素子３０，４０は、様々なタイプの素子の組み合わせで構成することが可能である。

図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、２層構造パネル２０の上側及び下側液晶表示素子３０，４０の組み合わせについて説明する。
図３（Ａ）は、上側及び下側液晶表示素子３０，４０がそれぞれ２枚の偏光板１６，１７を含む、偏光板４枚構成の２層構造パネル２０を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の構成から、下側液晶表示素子４０の偏光板１６を省いて、上側液晶表示素子３０の偏光板１７を、上側液晶表示素子３０の構成要素であるとともに、下側液晶表示素子４０の構成要素であるとした、偏光板３枚構成の２層構造パネル２０を示す。

なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）においても、図２と同様に、下側基板１２と平行な面内において角度座標を定義する。本図においては、右方向が０°方向、左方向が１８０°方向、紙面奥方向が９０°方向、紙面手前方向が２７０°方向である。

以下、観察者が、２７０°方位から観察する場合について述べる。
図３（Ａ）を参照する。図３（Ａ）は、図２に示したように、ノーマリホワイトＴＮ液晶表示素子を２つ重ねたような形態である。上側及び下側液晶表示素子３０，４０の配置は任意ではあるが、上下の素子が重なる面に配置された偏光板１６，１７の透過軸の方向が平行である場合に、光利用効率は有利になるため、偏光板１６，１７の透過軸方位の好ましい設定や、上側及び下側液晶表示素子３０，４０の液晶層１５の中央分子の好ましい配向方向が決まることになる。上側及び下側液晶表示素子３０，４０の液晶層１５の中央分子の配向方向は、ともに２１５°〜３１５°であることが望ましく、両者を等しく２７０°とするのが最良である。

図３（Ｂ）を参照する。図３（Ｂ）は、上側及び下側液晶表示素子３０，４０の液晶層１５の中央分子の配向方向が等しく２７０°である場合、上下の素子が重なる面に配置される偏光板を１枚とした態様である。

なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す２層構造パネル２０中の上側及び下側液晶表示素子３０，４０のＴＮ液晶層１５の液晶分子のねじれ角は、たとえばともに７０°〜１３０°、たとえば両者等しく９０°である。上側及び下側液晶表示素子３０，４０の液晶分子のねじれ角を一致させる必要はないが、両者を等しくした場合、動作させる上で便宜である。ただし、ねじれ方向を揃える必要はない。

なお、上側及び下側液晶表示素子３０，４０は、ＴＮタイプに限らず、たとえばノーマリホワイト表示が可能な複屈折制御（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ；ＥＣＢ）型液晶表示素子の組み合わせでもよい。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ下側液晶表示素子（表示部表示素子）４０及び上側液晶表示素子（背景表示素子）３０の電極パタンの一部を示す概略的な平面図である。電極パタンと表示パタンとは対応するので、各電極部と各表示部とは対応する。本図には、電極部に斜線を付して示した。

図４（Ａ）を参照する。下側液晶表示素子４０は、表示部（文字部）を表示するために用いられる。このため、電極パタンも文字パタンに対応して形成される。下側液晶表示素子４０の電極は、たとえば「０」〜「９」の１０文字を表示することのできる７セグメント電極の電極部２１〜２７を有する。

図４（Ｂ）を参照する。上側液晶表示素子３０は、背景を表示するために用いられる。このため、電極パタンも背景パタン（文字パタンの反転パタン）に対応して形成される。上側液晶表示素子３０の電極は、たとえば「０」〜「９」の１０文字を表示することのできる７セグメント電極の電極部２１〜２７の反転パタンを全駆動できるように配線した電極構造を有する。本図には、その一部として電極部２８を示した。

２層構造パネル２０は、図２や図３（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、上側と下側の２つの液晶表示素子で構成しなくとも、２層構造の液晶表示素子を用いて構成することもできる。この場合、２層セル構造でノーマリブラック型になる液晶セルを用いる。

図５は、２層セル構造の液晶表示素子を用いて構成された２層構造パネル２０を示す概略図である。なお、本図においても、図３（Ａ）及び（Ｂ）と同様に角度座標を定義してある。以下、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した場合と同様に、観察者が、２７０°方位から観察する場合について述べる。

２層構造パネル２０は、上側液晶セル３０ａ、下側液晶セル４０ａ、上側液晶セル３０ａ側の偏光板１６、及び下側液晶セル４０ａ側の偏光板１７を含んで構成される。
上側及び下側液晶セル３０ａ、４０ａは、たとえばともにＴＮ型の液晶セルである。両セル３０ａ、４０ａの液晶層１５の液晶分子は、同じ大きさで逆方向のねじれ角を有する。ねじれ角は、たとえば７０°〜１３０°である。上側液晶セル３０ａの液晶層１５の液晶分子は、たとえば右回りに９０°のねじれ角を有し、下側液晶セル４０ａのそれは、たとえば左回りに９０°のねじれ角を有する。

また、上側及び下側液晶セル３０ａ、４０ａの液晶層１５の中央分子の配向方位は直交している。上側液晶セル３０ａの液晶層１５の中央分子の配向方位は１８０°〜３６０°、たとえば３１５°であり、下側液晶セル４０ａのそれは２１５°〜３１５°、たとえば２２５°である。

上側液晶セル３０ａの下側基板１２は、下側液晶セル４０ａの上側基板１１に接触している。また、偏光板１６が、上側液晶セル３０ａの上側基板１１の外側の面に密着し、偏光板１７が、下側液晶セル４０ａの下側基板１２の外側の面に密着している。

このように、２層セル構造の液晶表示素子を用いて２層構造パネル２０を構成することもできる。
なお、上側及び下側液晶セル３０ａ、４０ａを、ともにＥＣＢ型の液晶セル、たとえば垂直配向型の液晶セルで形成することもできる。この場合、上側及び下側液晶セル３０ａ，４０ａの液晶層１５の中央分子の配向方位は、たとえばともに９０°と同じ方位とすることができる。また、両者は直交させてもよい。両者を直交させた場合、電圧無印加時における液晶分子の配向が、水平配向である場合であっても同様に機能する。

なお、液晶セル内の片側基板に絶縁層を介した多層電極構造を形成すれば、２層セル構造を採用しなくても、１つの液晶セルを用いることで、図１に示す実施例による液晶表示素子と同様の動作を実現することができる。

以下、本願発明者らが実際に行った、実施例による液晶表示素子の駆動方法について説明する。
当該駆動方法においては、上側液晶表示素子（背景表示素子）３０、下側液晶表示素子（表示部表示素子）４０の透光状態、遮光状態の制御、及びマルチカラーバックライト５５の発光の制御を同期させて表示を行う。

１フレーム中に背景表示用のサブフレームを設け、背景表示用サブフレームにおいては、背景部分の表示を行うことに加え、表示部（文字部）のうち表示に使用しない部分（たとえば、図４（Ａ）に示す表示部２１〜２７を用いて「０」を表示する場合、表示部２４は、その表示に使用しない部分である。）の表示を行う。そして、他のサブフレームにおいて、実際に表示を行う文字領域（前出の例においては、「０」を表示する表示部２１〜２３、及び２５〜２７）の表示を行う。

このような駆動方法により、表示部における多色表示性能を維持しつつ、背景を任意に変化させたカラー表示が可能となり、良好な表示品質を実現することができる。なお、この駆動方法は、本願発明者らの先の提案（特開２００５−０７０４４０号公報）による液晶表示素子の駆動方法と組み合わせることもできる。

以下に示す２つの駆動例は、２層構造パネル２０が、（ｉ）上側液晶表示素子（背景表示素子）３０及び下側液晶表示素子（表示部表示素子）４０が、ともにノーマリホワイトの液晶表示素子である場合、及び、（ｉｉ）２層セル構造を備え、全体としてノーマリブラックタイプの液晶表示素子である場合、の２つの場合における駆動例である。

下側液晶表示素子（表示部表示素子）４０及び上側液晶表示素子（背景表示素子）３０は、それぞれ図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す、７セグメント表示の電極パタン及びその反転パタンを有するものを使用した。また、液晶の駆動方法としては、スタティック駆動を採用した。

図６に、以下の駆動例によって実現した表示を示す。赤で表示される領域を「Ｒ」、黄で表示される領域を「Ｙ」、青で表示される領域を「Ｂ」で表している。すなわち、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す表示部２２、２５、及び２７を赤（Ｒ）で表示し、表示部２１、２３、及び２６を黄（Ｙ）で表示し、更に、表示部２４及び２８を青（Ｂ）で表示した。

駆動例においては、１６．５ｍｓの１フレーム期間を、５．５ｍｓの３つのサブフレーム期間に分割し、最初のサブフレーム期間（サブフレーム期間１）においては、バックライトから青色の光を発光した。また２番目のサブフレーム期間（サブフレーム期間２）においては、赤色の光を、３番目のサブフレーム期間（サブフレーム期間３）においては、黄色の光を発光した。

１フレーム期間の時間は１６．５ｍｓに限らず、人間の目にちらつきを与えない表示が実現されるように設定することができる。また、各サブフレーム期間は、等しい時間となるように分割したが、それには限定されない。

各表示領域（たとえば表示部２１等のセグメント）において、光を透過させるサブフレームは高々１つとした。このため赤（Ｒ）、黄（Ｙ）、青（Ｂ）による３色表示となるが、表示色は、サブフレーム期間の数を増加することで、増やすことが可能である。

液晶表示素子への駆動電圧印加開始時間と、バックライト点灯開始時間との差（ブランク時間）は２．５ｍｓとした。ブランク時間は、これより長くすることもできる。ただ、その場合、同じ表示品質を確保するためには、バックライトの発光輝度を向上させる必要がある。

以下の駆動例を示す表において、ＬＣＤの欄の「ｏｎ」は、液晶層に５Ｖの駆動電圧を印加したことを示す。また、「ｏｆｆ」は、電圧無印加状態（０Ｖ）を示す。したがって、たとえば、ノーマリホワイトモードの液晶表示素子の場合、「ｏｆｆ」時に光を透過し、「ｏｎ」時には、光を透過しない。

図７は、第１の駆動例を示す表である。第１の駆動例においては、上側液晶表示素子３０、下側液晶表示素子４０ともに、ノーマリホワイトＴＮモードの液晶表示素子を用いて、図１に示す液晶表示素子を作製し、駆動実験を行った。作製した液晶表示素子の２層構造パネル２０は、図３（Ｂ）に示す構成とした。また、上側及び下側液晶表示素子３０、４０の液晶層１５の立ち上がり及び立ち下がり応答速度は、ともに２ｍｓとした。

表示部を表示する下側液晶表示素子の欄を参照する。
表示部２１については、サブフレーム期間３のみ「ｏｆｆ（透過）」である。このため、サブフレーム期間３のバックライト点灯色である「黄」が表示される。

表示部２２については、サブフレーム期間２のみ「ｏｆｆ（透過）」である。このため、サブフレーム期間２のバックライト点灯色である「赤」が表示される。
表示部２３，２４，２５，２６，２７については、それぞれ順に、サブフレーム期間３，１，２，３，２のみ「ｏｆｆ（透過）」であるため、「黄」、「青」、「赤」、「黄」
「赤」が表示される。

背景を表示する上側液晶表示素子の欄を参照する。
表示部２８について、サブフレーム期間１のみ「ｏｆｆ（透過）」である。このため、サブフレーム期間１のバックライト点灯色である「青」が表示される。

この結果、図６に示した態様の、背景部も含めたカラー表示を良好に行うことができた。
図８は、第２の駆動例を示す表である。第２の駆動例においては、図５に示した２層構造で動作するノーマリブラックタイプの液晶表示素子を用いて、図１に示す液晶表示素子を作製し、駆動実験を行った。

上下液晶セルともに、垂直配向モードの液晶セルを用いた。上下２つのセルは直接重ね合わせ、その上下に（重ね合わせた２つのセルを挟むように）偏光板を貼り付けた。セルの上側に貼り付けた偏光板の透過軸の方向は４５°方向、セルの下側に貼り付けた偏光板の透過軸の方向は１３５°方向とし、クロスニコル配置とした。

ノーマリブラックモードの液晶表示素子の場合、「ｏｎ」時に光を透過し、「ｏｆｆ」時には、光を透過しない。
したがって、下側液晶表示素子の、たとえば表示部２１については、サブフレーム期間３のみ「ｏｎ（透過）」であるため、サブフレーム期間３のバックライト点灯色である「黄」が表示される。

また、上側液晶表示素子の表示部２８については、サブフレーム期間１のみ「ｏｎ（透過）」であるため、サブフレーム期間１のバックライト点灯色である「青」が表示される。

２層構造の液晶表示素子を用いた場合であっても、図６に示した態様の、背景部も含めたカラー表示を良好に行うことができた。
なお、本願発明者らは、ねじれ角が等しくねじれ方向が逆方向である２つのＴＮモードの液晶セルを上下セルとして採用し、それらを液晶層中央分子が相互に直交するように、重ね合わせたＴＮノーマリブラックモードの２層構造液晶表示素子を作製し、同様に駆動実験を行ったが、この場合にも図６に示した態様の、背景部も含めたカラー表示を良好に行うことができた。

なお、本願発明者らは、液晶セルの応答速度が、立ち上がり、立ち下がりともに、２０ｍｓ以下のパネルであれば、色表示が可能であることを確認した。これは、バックライトから出射された光の透過率が、およそ３０％以下であっても色表示が可能であることを示す。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば実施例においては、ノーマリブラックモード及びノーマリホワイトモードの液晶セルを用いたが、高速応答が可能な動作モードであれば、他の動作モードを用いてもよい。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

ＦＳ駆動を行う液晶表示素子全般に用いることができる。

実施例による液晶表示素子の概略的な構成を示す図である。 ２層構造パネル２０の一例を示す概略的な分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、２層構造パネル２０の上側及び下側液晶表示素子３０，４０の組み合わせについて説明するための図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ下側液晶表示素子（表示部表示素子）４０及び上側液晶表示素子（背景表示素子）３０の電極パタンの一部を示す概略的な平面図である。 ２層セル構造の液晶表示素子を用いて構成された２層構造パネル２０を示す概略図である。 駆動例によって実現した表示を示す図である。 第１の駆動例を示す表である。 第２の駆動例を示す表である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれカラー表示を行う液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。 ＦＳ駆動法の駆動タイミングチャートの一例を示す図である。 先の提案によるＦＳ駆動法の駆動タイミングチャートの一例を示す図である。

符号の説明

１１ 上側基板
１２ 下側基板
１１ａ，１２ａ 透明基板
１１ｂ，１２ｂ 電極
１１ｃ，１２ｃ 配向膜
１５ 液晶層
１５ａ 液晶分子
１６，１７ 偏光板
２０ ２層構造パネル
２１〜２８ 電極部（表示部）
３０ 上側液晶表示素子（背景表示素子）
３０ａ 上側液晶セル
３１ 上側基板
３２ 下側基板
３９ 液晶層
３９ａ 液晶分子
４０ 下側液晶表示素子（表示部表示素子）
４０ａ 下側液晶セル
４１ 上側偏光板
４２ 下側偏光板
４９ エリアカラーフィルタ
４９ｒ 赤色部
４９ｇ 緑色部
４９ｂ 青色部
４９ｗ 白色部
５０ マルチカラーバックライト
５１ ブラックマスク
５２ 白色バックライト
５３ 駆動回路
５４ バックライト同期駆動回路
５５ マルチカラーバックライト
６１ ＬＣＤドライバ
６２ バックライトドライバ
６３ 同期コントローラ

Claims (7)

1. 複数の色発光が可能な光源と、
   前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、
   前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、
   前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、
   前記第１の基板対を出射した光が入射する第２の基板対と、
   前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、
   前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、
   前記第１の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、
   前記第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、
   前記第１の基板対の光出射面側に配置された第３の偏光板と、
   前記第２の基板対の光入射面側に配置された第４の偏光板と、
   １フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置と
   を有し、
   第１の液晶表示素子が、前記第１の基板対、前記第１の電極、前記第１の液晶層、前記第１の偏光板、及び前記第３の偏光板を含んで構成され、
   第２の液晶表示素子が、前記第２の基板対、前記第２の電極、前記第２の液晶層、前記第２の偏光板、及び前記第４の偏光板を含んで構成され、
   前記第１及び第２の液晶表示素子が、ともにノーマリホワイトの液晶表示素子であり、
   表示部と背景部とが画定されたノーマリホワイトの液晶表示装置。
2. 複数の色発光が可能な光源と、
   前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、
   前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、
   前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、
   前記第１の基板対を出射した光が入射する第２の基板対と、
   前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、
   前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、
   前記第１の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、
   前記第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、
   前記第１の基板対と前記第２の基板対との間に配置された第３の偏光板と、
   １フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置と
   を有し、
   第１の液晶表示素子が、前記第１の基板対、前記第１の電極、前記第１の液晶層、前記第１の偏光板、及び前記第３の偏光板を含んで構成され、
   第２の液晶表示素子が、前記第２の基板対、前記第２の電極、前記第２の液晶層、前記第２の偏光板、及び前記第３の偏光板を含んで構成され、
   前記第１及び第２の液晶表示素子が、ともにノーマリホワイトの液晶表示素子であり、
   表示部と背景部とが画定された液晶表示装置。
3. 複数の色発光が可能な光源と、
   第１の液晶セルであって、
   前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、
   前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、
   前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、
   を含む、ＥＣＢ型の第１の液晶セルと、
   第２の液晶セルであって、
   前記第１の基板対を出射した光が入射する第２の基板対と、
   前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、
   前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、
   を含む、ＥＣＢ型の第２の液晶セルと、
   前記第１の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、
   前記第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、
   １フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置と
   を有し、
   前記第１の液晶層と、前記第２の液晶層の中央分子の配向方位が直交し、かつ、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、全体としてノーマリブラックとなるように配置され、
   表示部と背景部とが画定された液晶表示装置。
4. 複数の色発光が可能な光源と、
   前記光源を出射した光が入射する第１の基板対と、
   前記第１の基板対の対向する面上に形成され、第１のパタンを備える第１の電極と、
   前記第１の基板対の対向する面の間に保持され、前記第１の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第１の液晶層と、
   前記光源を出射した光が入射する第２の基板対と、
   前記第２の基板対の対向する面上に形成され、前記第１のパタンの反転パタンである第２のパタンを備える第２の電極と、
   前記第２の基板対の対向する面の間に保持され、前記第２の電極を用いて電圧が印加されることで透光状態と遮光状態とを選択的に制御できる第２の液晶層と、
   前記第１及び第２の基板対の光入射面側に配置された第１の偏光板と、
   前記第１及び第２の基板対の光出射面側に配置された第２の偏光板と、
   １フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、各サブフレーム期間内で前記光源を発光させ、その発光に同期させて、前記第１の液晶層及び第２の液晶層の透光状態と遮光状態を制御する制御装置と
   を有し、
   前記第１の基板対の対向する一面上に形成され、前記第１のパタンを備える前記第１の電極の一部を構成する第３の電極と、
   前記第１の基板対の対向する他面上に形成され、前記第１のパタンを備える前記第１の電極の他部を構成する第４の電極と、
   前記第２の基板対の対向する一面上に形成され、前記第２のパタンを備える前記第２の電極の一部を構成する第５の電極と、
   前記第２の基板対の対向する他面上に形成され、前記第２のパタンを備える前記第２の電極の他部を構成する第６の電極と
   を含み、
   前記第１の基板対と前記第２の基板対が同一の基板対であり、
   前記第１の液晶層と前記第２の液晶層が同一の液晶層であり、
   前記第３の電極と前記第５の電極が絶縁膜を介して多層化され、同一とされた前記第１の基板対と前記第２の基板対の一方の片側基板に形成されており、
   前記第４の電極と前記第６の電極が絶縁膜を介して多層化され、同一とされた前記第１の基板対と前記第２の基板対の他方の片側基板に形成されており、
   表示部と背景部とが画定された液晶表示装置。
5. 前記制御装置が、前記第１の液晶層を制御することによって、前記表示部の表示制御を行い、前記第２の液晶層を制御することによって、前記背景部の表示制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記表示部が複数の表示単位から形成され、前記制御装置が、前記複数の表示単位の各々が、前記時分割された複数のサブフレーム期間の高々１つのサブフレーム期間において透過した光によって表示されるように前記第１の液晶層を制御する請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記複数の表示単位のうち、前記表示部において表現される表示に用いられない表示単位と、前記背景部とが同じ色で表示されるように、前記制御装置が、前記第１の液晶層及び第２の液晶層を制御する請求項６に記載の液晶表示装置。

Images