JP2000347156A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 何種類ものインキやレジストを準備しなくて
も所望のパートカラーを表示をすることができ、しか
も、表示内容に応じてパートカラーの色を変化させるこ
ともできるフィールドシーケンシャル方式を採用したパ
ートカラーの液晶表示素子を提供する。 【解決手段】 液晶パネル１と、たとえば赤、緑、青の
３色の光源を時分割駆動して照射するバックライト２と
が設けられ、その液晶パネル１とバックライト２との間
に、バックライト２の光を液晶パネル１の一定領域ごと
に透過させる液晶スイッチ３が設けられている。そし
て、駆動電源７によるバックライト２の時分割駆動と同
期して前記一定領域ごとに一定色を透過させるように液
晶スイッチ３のオンオフを切り替える同期回路４が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば車載用の
表示器のように表示画面を幾つかの領域に区分し、その
各領域ごとに異なる背景のカラー表示をするパートカラ
ーの液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、カラーフ
ィルタを用いないでカラーバックライトを用いることに
よりパートカラー表示をすると共に、各領域ごとの背景
色を、たとえば表示温度などの状況に応じて変化させ得
るパートカラーの液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】パートカラーの液晶表示素子は、たとえ
ば図６（ａ）に示されるように、その表示画面を部分的
に区切って、表示内容に応じたカラー、たとえば黄Ｙ、
赤紫ＲＶ、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ、黄緑ＹＧなどで表示され
るようになっている。なお、図６（ａ）において、色領
域で示されていない部分はモノクロ表示であるところを
示し、１３ａは絶縁性基板１１の端部に形成された電極
端子を示している。このような液晶表示素子は、そのｂ
−ｂ線断面説明図が図６（ｂ）に示されるように、ガラ
スなどからなる２枚の絶縁性基板１１、１２の内面にＩ
ＴＯなどからなる透明電極１３、１４が表示領域に形成
されるように、パターニングされて設けられている。そ
して、一方の絶縁性基板１２の透明電極１４の上にカラ
ーフィルタ５５Ｙ、５５ＲＶが印刷などにより設けられ
ている。そして、この両方の絶縁性基板１１、１２の表
面にポリイミドなどからなる配向膜１５、１６が設けら
れ、一方の基板にスペーサが散布されて、他方の基板に
シール剤などが設けられて２枚の絶縁性基板１１、１２
が図示しないスペーサを介して一定間隙になるようにそ
の周囲でシール剤１７により貼着されている。そして、
その間隙部に液晶材料が注入されて液晶層１８が設けら
れ、両絶縁性基板１１、１２の外面に偏光板１９ａ、１
９ｂがそれぞれ設けられている。

【０００３】このパートカラー液晶表示素子は、そのカ
ラー表示部分に所望の色のカラーフィルター５５Ｙ、５
５ＲＶなどが設けられることにより形成されている。そ
のため、たとえば１つの画面を黄Ｙ、赤紫ＲＶ、赤Ｒ、
緑Ｇ、青Ｂ、黄緑ＹＧの６色のカラーで表示させるため
には、６種類のカラーフィルタを設けなければならな
い。このカラーフィルタは、印刷法、または顔料もしく
は染料を分散させたペーストの塗布およびパターニング
によりそれぞれ別々に設けられるため、６種類のインキ
またはレジストを準備し、それぞれの色についてカラー
フィルタの形成作業を６回繰り返さなければならない。

【０００４】一方、フルカラーの液晶表示素子で、フィ
ールドシーケンシャル方式のカラー表示装置が考えられ
ており、モノクロＣＲＴなどの表示体の前に液晶カラー
シャッターを設けるカラーシャッター方式と、たとえば
Ｒ、Ｇ、Ｂの光源を順次点灯させる高速光源をバックラ
イトとし、高速応答の液晶パネルをマトリックスシャッ
ターとして直接表示体に用いるバックライト方式とが考
えられている。液晶カラーシャッター方式としては、た
とえばＣＲＴと、２色性フィルタを有する液晶層を３枚
重ねて構成したり、多色性偏光板との組合せを工夫する
ことにより、２枚のπセルを用いることにより構成する
ことが提案されている。また、バックライト方式では、
バックライトとしてたとえば図７に示されるように、導
光板５１の側壁にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光源
５２（５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ）からそれぞれ光を導入
してその一表面側から照射するものが用いられる。この
ような導光板５１を介して光を照射するバックライト
は、その表面で一様に光が散乱するように光拡散板５３
が設けられている。

【０００５】これらのいずれの方式においても、表示画
面の全面に、光源からＲ、Ｇ、Ｂが短時間周期的に照射
され、そのＲ、Ｇ、Ｂの光源に合せて、表示画面のＲ、
Ｇ、Ｂに相当する画素を表示させることにより、時間差
による加法混色がなされてフルカラーの表示をする方式
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のパートカラー液
晶表示素子は、小さな表示画面の液晶表示素子でも、そ
のカラーの種類に応じた回数だけ、カラーフィルタを設
ける作業を繰り返さなければならず、カラーの種類が多
くなればなるほど非常に工数がかかるという問題があ
る。

【０００７】また、最近の消費者の好みの多用化や高級
化に伴い、カラーの色も多様化し、さらには単純な単色
ではなく混合色が嗜好され、パートカラーの液晶表示素
子の表示色についても、要望が複雑化し、その好みに応
じたインキやレジストを準備する必要があると共に、種
々の液晶表示素子を製造するためには、それらの全ての
カラーのインキまたはレジストを準備しなければなら
ず、その収集およびストックだけでも大変であるという
問題がある。しかも、カラーフィルタによるカラー表示
は、色が固定され、たとえば温度が危険な領域の温度に
なっても同じ一定のカラー表示しかできない。

【０００８】さらに、フィールドシーケンシャル方式を
用いると、色を変えることができるが、表示画面の各画
素を高速でスイッチングしなければならず、各画素にス
イッチング素子を設けたアクティブマトリクス駆動とし
なければならず、自動車内の計器表示などの簡単な表示
器においても複雑な構造の液晶表示素子となってコスト
的にマッチしなくなると共に、表示領域の駆動をさらに
Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色により時分割駆動しなければならな
いため、液晶の応答が追随できなくなるという問題があ
る。とくに、コントラストや視角などの表示性能が優れ
たＳＴＮ液晶を用いると、応答速度が１００ｍｓ以上と
遅くなり実用的でなくなる。

【０００９】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、何種類ものインキやレジストを準備し
なくても所望のパートカラーを表示をすることができ、
しかも、表示内容に応じてパートカラーの色を変化させ
ることもできるフィールドシーケンシャル方式を採用し
たパートカラーの液晶表示素子を提供することを目的と
する。

【００１０】本発明の他の目的は、一定領域の表示カラ
ーを表示内容に応じて異なるカラーに変更し得る液晶表
示素子を提供することにある。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、自動車内など
に設置されることにより、一時的に非常に温度の低い場
合には、パートカラー表示を停止して一定色の表示と
し、温度が一定温度まで回復したらパートカラー表示を
することができる液晶表示素子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、液晶パネルと、複数色の光源を時分割駆動して照射
するバックライトと、前記液晶パネルとバックライトと
の間に設けられ、前記バックライトの光を前記液晶パネ
ルの一定領域ごとに透過させる液晶スイッチと、前記バ
ックライトの時分割駆動と同期して前記一定領域ごとに
一定色を透過させるように前記液晶スイッチのオンオフ
を切り替える同期回路とを具備している。

【００１３】この構造にすることにより、液晶パネルの
パートカラーとする部分のみに、液晶スイッチを介して
所望のカラーの光が透過するため、液晶表示パネルの表
示に合せて所望の部分を所望のカラーで表示することが
できる。

【００１４】前記バックライトを時分割駆動する駆動回
路に、前記液晶パネルの表示内容に応じて前記一定領域
の一定色を変更し得るように前記駆動回路の変換回路が
設けられることにより、たとえば表示器の温度が危険状
態の温度に上昇したときにその部分の背景色を赤色に変
更するなど、従来では変更することができなかったパー
トカラーを表示内容に応じて変更することができる。

【００１５】前記液晶パネルの液晶スイッチ側の偏光板
と前記液晶スイッチの前記液晶パネル側の偏光板とが共
用されることにより、部品を削減することができる。

【００１６】前記液晶パネルがＳＴＮ液晶からなり、前
記液晶スイッチがＴＮ液晶からなれば、コントラストや
視角などの優れた表示特性のＳＴＮ液晶により表示をし
ながら、応答速度の速いＴＮ液晶により、バックライト
の速い切替に追随して所望の領域に所望のカラーで表示
をすることができる。

【００１７】ここにＳＴＮ液晶とは、スーパーツイスト
ネマティック液晶を意味し、ＴＮ液晶とは、ツイストネ
マティック液晶を意味する。

【００１８】温度センサをさらに有し、所定温度以下の
ときには前記バックライトの時分割駆動を停止し、一定
色のバックライトとする切替回路が設けられていること
により、温度が低いときに液晶スイッチの応答が遅くな
っても色ずれが生じて表示が不鮮明になるのを防止し、
一定色の安定な表示をすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の液晶表示素子について説明をする。本発明の液晶表
示素子は、図１にその一実施形態の構成図が示されるよ
うに、駆動回路６により駆動される液晶パネル１と、た
とえば赤、緑、青の３色の光源を時分割駆動して照射す
るバックライト２とが設けられ、その液晶パネル１とバ
ックライト２との間に、バックライト２の光を液晶パネ
ル１の一定領域ごとに透過させる液晶スイッチ３が設け
られている。そして、駆動電源７によるバックライト２
の時分割駆動と同期して前記一定領域ごとに一定色を透
過させるように液晶スイッチ３のオンオフを切り替える
同期回路４が設けられている。なお、液晶パネル１、バ
ックライト２、および液晶スイッチ３の駆動は、パルス
発生回路５のパルスによりそれぞれ駆動される。

【００２０】液晶パネル１は、たとえば図２に構造例が
示されるように、ガラス、プラスティックなどからなる
基板１１、１２に透明電極１３、１４が設けられ、さら
にその表面に配向膜１５、１６が設けられている。そし
て、２枚の基板１１、１２が一定の間隙を保持してその
周囲でシール剤１７により貼着され、その間隙に、たと
えばＴＮ液晶またはＳＴＮ液晶からなる液晶材料が注入
され、液晶層１８が設けられている。ＳＴＮ液晶は、た
とえば２７０゜程度の高ツイスト角の液晶材料で、コン
トラストが高く、視覚が広いなどの表示性能に優れてお
り、画素数の多い表示にも適している。上下の配向膜１
５、１６は、このツイスト角に応じた方向になるように
形成されている。基板１１、１２の両外面には通常の液
晶パネルと同様に偏光板１９ａ、１９ｂが設けられてい
る。すなわち、白黒の液晶パネルと同様の構成になって
いる。なお、後述するように、液晶スイッチ３が設けら
れる側の偏光板は液晶スイッチの偏光板により共用する
ことができる。

【００２１】バックライト２は、アクリル樹脂などから
なる導光板２１と、その側壁から光を導入する、たとえ
ば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光色の半導体発光
素子（以下、ＬＥＤという）や冷陰極管（ＣＦＬ）など
の発光素子２２（２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ）と、表面を
乳白色にした光拡散板２３とからなっている。このＬＥ
Ｄ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、時分割駆動され、それぞ
れ単独で順番に発光したり、２色以上を同時に発光させ
てその混色の発光をさせる。

【００２２】このＬＥＤ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの発光
は、液晶パネル１の表示にかかわらず、一定領域は常に
一定の色で表示する場合は、液晶パネルと独立して一定
領域の所望の色になるように順次駆動される。しかし、
液晶パネル１の表示内容に応じて、部分的に色を変更す
る場合には、表示内容と連動させて駆動される。たとえ
ば表示温度が一定温度以上になった場合の背景の色を赤
に変更するとき、予めＬＥＤの駆動電源７に変更用の駆
動パルス列の回路と切替回路（図示せず）を形成してお
き、センサなどにより所定の表示が所定値を超えた場合
に切替回路により駆動パルス列を切り替えるようにして
おくことにより、背景色を変更することができる。

【００２３】液晶スイッチ３は、図２に示される液晶パ
ネル１と同様の構造で、透明電極などが形成された２枚
の基板３１、３２の間にＴＮ液晶などが充填されること
により形成されている。ただし、この場合は、液晶パネ
ルのように細かい画素電極は必要でなく、パートカラー
の表示部分が、たとえば図３に平面説明図で示されるよ
うな領域で一定の場合は、その領域に合せた大きさの電
極（一方の基板に設けられる電極のこと、他方の基板に
設けられる電極は全面共通のコモン電極で形成できる）
とすることができる。表示内容に合せてカラー領域を変
更する場合でも、その変更する領域を考慮した領域に分
けて電極が形成されておればよく、分割し得るカラー領
域の数だけの電極が形成されればよい。その結果、電極
の数は少なく、各電極ごとに電極端子を引き出して、ス
タティック駆動をすることができ、速い応答速度でスイ
ッチングをすることができる。なお、図１に示される例
では、液晶パネル１側の偏光板は液晶パネル１の偏光板
１９ａと共用され、液晶スイッチ３には設けられず、バ
ックライト２側の外面のみに偏光板３９が設けられるこ
とにより形成されている。

【００２４】同期回路４は、たとえばバックライト２の
発光に合せて、各領域が所望の色になるように液晶スイ
ッチ３の各領域のオンオフが制御され、バックライト２
と液晶スイッチ３が同期して駆動するように形成されて
いる。たとえば図４（ａ）に示されるように、バックラ
イトＢ／ＬのＲ、Ｇ、Ｂをそれぞれ１５〜３０ｍｓの周
期で１ｍｓ程度づつ順次点灯させ、黄色（Ｙ）の表示領
域では、図４（ｂ）にＹ領域の液晶スイッチ３のオンオ
フが示されるように、Ｇのバックライトの点灯が終了す
る前５〜１０ｍｓ程度の時間オンになるように液晶スイ
ッチを同期させて駆動すると共に、さらにＢのバックラ
イトの点灯が終了する前５〜１０ｍｓ程度の時間オンに
なるように液晶スイッチを同期させて駆動する。その結
果、Ｙ領域では、ＧとＢの光が順次透過して混色され、
黄色（Ｙ）のバックライトとなる。バックライトの点灯
時間が１ｍｓ程度と短いのに対して、この液晶スイッチ
をオンにする時間が５〜１０ｍｓと長いのは、バックラ
イトの応答時間は１μｓより小さく非常に早いが、液晶
スイッチの応答時間は、図４（ｄ）に液晶スイッチのオ
ン波形（駆動波形）に対する液晶の立上り状態が示され
るように、５〜１０ｍｓと非常に遅く、オン波形が加わ
ってから完全に立ち上がるまでに時間がかかるためで、
液晶スイッチのオン時間の最後にバックライトを点灯さ
せることにより、色をにじませることなく、しかもバッ
クライトの光を確実に透過させることができる。

【００２５】また、たとえば赤（Ｒ）の表示領域では、
図４（ｃ）に示されるように、バックライトＲの点灯が
終了する前５〜１０ｍｓ程度の時間オンになるように液
晶スイッチのＲ領域を駆動する。その結果、Ｒの表示領
域では、Ｒの光のみが透過してバックライトがＲにな
る。

【００２６】前述の例のように、同じ色のバックライト
を１５〜３０ｍｓ程度の周期でスイッチングを繰り返す
ことにより、４０〜６０Ｈｚでそれぞれの色が繰り返さ
れることになり、人間の目には間断なく連続した発光色
として観察される。なお、前述の例では、バックライト
のＲ、Ｇ、Ｂをそれぞれ規則的に一定間隔で点灯させ
て、液晶スイッチをオンオフさせることにより各領域を
所望の色にしたが、たとえばバックライトの駆動パルス
を変えることにより、たとえばＧとＢを同時に点灯した
り、Ｒ、Ｇ、Ｂの点灯時間を異ならせることにより、混
色の割合を変えることができ、所望の色のバックライト
とすることもできる。なお、前述のＲ、Ｇ、Ｂを常に一
定の時間点灯させる場合に所望の混色を得るには、液晶
スイッチの各領域をさらに細分化して液晶スイッチのオ
ンオフによる光の透過量を制御することにより、所望の
混色を得ることができる。

【００２７】本発明によれば、バックライトと液晶スイ
ッチとにより、所望の領域のみにパートカラーの所望の
色の光を照射するようにしているため、液晶パネルには
全然カラーフィルタを必要とせず、カラーフィルタ用の
配線を必要としないため、画素ピッチが０.１ｍｍのピ
ッチでよくなり、表示の解像度を非常に上げることがで
き、超高精細な表示をすることもできる。また、コント
ラストや視角の特性を高度に得ることができるＳＴＮ液
晶のように応答速度の遅い液晶パネルでも、カラーのバ
ックライトを用いたパートカラー表示をすることができ
る。しかも、カラーの色は、３原色であるＲ、Ｇ、Ｂの
混色により形成するものであり、その発光量（発光面積
または発光時間）は液晶スイッチの制御または駆動する
パルス幅により自由に調整することができるため、任意
の混合色を形成することができる。その結果、最近のユ
ーザーの好みの多様化により、白味がかった柔和な色な
ど、種々の色が要求されても同じ構成で、駆動回路によ
り所望の色の背景とすることができる。

【００２８】さらに、カラー表示部がカラーフィルタに
よる表示ではないため、液晶スイッチの制御またはバッ
クライトの駆動パルスを変更するだけで、その色を変更
することができ、たとえば表示温度が指定温度をオーバ
ーした場合には赤色で表示するなど、表示内容に応じて
予め設定した色に変更することができる。また、液晶ス
イッチのスイッチング領域も変更できるように（たとえ
ば前述のＹ領域を２分割できる電極で形成）しておくこ
とにより、それぞれを別々の色で表示するように変更す
ることもできる。

【００２９】この液晶表示素子は、たとえば自動車など
に取り付けられる場合、外に駐車して冷え込んだ状態で
自動車を運転させるとき、液晶表示素子も０℃程度以下
に下がる場合がある。このような低温では、液晶スイッ
チがＴＮ液晶からなっていても、その応答速度もさらに
非常に大きくなり、１００ｍｓ程度以上になる場合もあ
る。このような場合、液晶スイッチの効果がなくなり色
がにじみ、表示が不鮮明になる。すなわち、液晶スイッ
チ３の立上りと立下りが共に遅くなるため、たとえばＹ
とＲＶのオン時間が完全なオンではない（光の透過率が
１００％にはならない）がオーバーラップするため、両
方の色がにじみ、鮮明なカラー表示をすることができな
い。このような問題の生じる場合の対策例が、図５にブ
ロック図で示されている。

【００３０】図５に示される例は、前述の図１に示され
る同期回路４と駆動電源７との間に切替回路８が設けら
れ、温度センサ９の温度が所定の温度（たとえば０℃）
以下になった場合に、同期回路４からの信号に従わない
で独自のＬＥＤチップの駆動信号発生回路７ａを作動さ
せる構成にしたものである。この駆動信号発生回路７ａ
は、予めＲ、Ｇ、Ｂのいずれか、または２色以上の混色
または３色の混色で白色になるように設定したり、ユー
ザの選択により好みのカラー（モノクロを含む）に設定
できるようにすることもできる。そして、液晶表示素子
の温度が室温近くになり正常になったときは、温度セン
サからの信号により、切替回路８が同期回路４からの同
期信号をバックライトの駆動電源７に供給し、制御する
ように構成されている。

【００３１】この例によれば、前述のように外に放置さ
れた自動車内の温度が低い状態での液晶表示素子の駆動
は温度センサ９からの信号に基づき独自の駆動信号によ
りバックライトの点灯がなされ、温度が常温に上昇した
ら液晶スイッチの駆動信号と同期したバックライトの駆
動がなされ、所望の領域に所望のカラー表示をすること
ができる。その結果、低温状態でも色のにじみや色ずれ
が生じないで一定色のカラーまたはモノクロで表示をす
ることができ、温度が上昇したら正常なパートカラー表
示をすることができる。なお、設定する所定の温度は、
液晶スイッチの温度特性にもよるが、通常は０℃程度に
設定することができる。

【００３２】本実施の形態および前記実施の形態におい
ては、バックライトを構成する発光素子をＲ、Ｇ、Ｂの
３色としたが、この３色に限定されないことはもちろん
であり、少なくとも２色の色を発することができるもの
であればよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、パートカラー表示をす
る場合でも、何種類ものカラーフィルタを設けることな
く、好みに応じた所望のパートカラーの液晶表示素子を
得ることができる。しかも、最近の自動車内の表示計器
などユーザーの多様化する好みに応じたパートカラーの
表示器でも、バックライトの混色比を変えるだけで実現
することができ、簡単に製造することができる。さら
に、表示内容に応じてその背景色を変更することもで
き、ユーザーフレンドリーな表示をすることができる。

【００３４】また、温度センサと共にバックライトの駆
動電源の切替回路が設けられることにより、一時的に非
常に温度の低い場合には、パートカラー表示を停止して
一定色の表示とし、温度が一定温度まで回復したらパー
トカラー表示をすることができ、自動車内に設けられて
温度が低下する場合でも、色のにじみのない鮮明な表示
をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の一実施形態の構成説明
図である。

【図２】図１の液晶パネルの一例の断面説明図である。

【図３】図１の液晶パネルのパートカラーの各領域の一
例の説明図である。

【図４】パートカラーの表示をするための液晶スイッチ
およびバックライトの駆動の一部の一例の説明図であ
る。

【図５】低温動作の場合にバックライトを一定色にする
切換回路を設ける構造の一例のブロック図である。

【図６】従来のパートカラー液晶表示素子の説明図であ
る。

【図７】従来のカラーバックライト方式の一例の斜視説
明図である。

【符号の説明】 １ 液晶パネル ２ バックライト ３ 液晶スイッチ ４ 同期回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶パネルと、複数色の光源を時分割駆
   動して照射するバックライトと、前記液晶パネルとバッ
   クライトとの間に設けられ、前記バックライトの光を前
   記液晶パネルの一定領域ごとに透過させる液晶スイッチ
   と、前記バックライトの時分割駆動と同期して前記一定
   領域ごとに一定色を透過させるように前記液晶スイッチ
   のオンオフを切り替える同期回路とを具備してなる液晶
   表示素子。
2. 【請求項２】 前記バックライトを時分割駆動する駆動
   回路に、前記液晶パネルの表示内容に応じて前記一定領
   域の一定色を変更し得るように前記駆動回路の変換回路
   が設けられてなる請求項１記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記液晶パネルの液晶スイッチ側の偏光
   板と前記液晶スイッチの前記液晶パネル側の偏光板とが
   共用されてなる請求項１または２記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記液晶パネルがＳＴＮ液晶からなり、
   前記液晶スイッチがＴＮ液晶からなる請求項１、２また
   は３記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 温度センサをさらに有し、所定温度以下
   のときには前記バックライトの時分割駆動を停止し、一
   定色のバックライトとする切替回路が設けられてなる請
   求項１、２、３または４記載の液晶表示素子。