JP2005301026A

JP2005301026A - カラー液晶表示装置及びその表示方法

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Publication number: JP2005301026A
Application number: JP2004118870A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugiyama; 貴杉山; Nobuhisa Iwamoto; 宜久岩本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: TWI427581B; CN100417978C; JP4471716B2; KR101154383B1; TW200601228A; KR20060045487A; CN1683962A

Abstract

【課題】低コストで、高デューティ駆動が必要な表示容量の大きな液晶表示素子においても、フィールドシーケンシャル駆動の特徴である、一つのセグメント（ドット）で多色表示が可能なカラー液晶表示素子及びその表示方法を得る
【解決手段】通常のセグメント＋ドットマトリクスタイプのモノクローム表示（白黒表示）可能な液晶表示素子１と、カラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子２とを組み合わせて構成する。また、フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子２は、モノクローム表示可能な液晶表示素子１の一つのセグメントもしくはドット領域、あるいは二つ以上のセグメントもしくはドットをまとめた領域に対応した複数の表示領域を有するようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子を用いたカラー液晶表示装置及びその表示方法に関するものである。

液晶表示素子をカラー化する方法として、カラーフィルタを用いる方法があるが、この場合、コスト高になるなどの問題がある。さらに、この方法では、一つの表示領域からはその部分のカラーフィルタ色に対応した色のみしか表示できないという問題もある。

これらの問題を解決するために、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示素子が提案されている。この方法は、それぞれが異なった色を発光する複数の光源を備え、それらの光源を順次発光させる動作を繰り返しながら、該光源の発光するタイミングに合わせて液晶表示素子のオン、オフを行うことにより、人間の目の時間に対する積分能力を利用して、一つの表示画素で様々な表示色を表示させようとするものである。

上記のフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子で、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光源を用いた場合の表示方法を図１のタイミングチャートを用いてさらに詳しく説明する。これらの３色の光源は、同図に示すようにＲＧＢの順番で発光する動作を繰り返している。それぞれの発光色の間にいずれの光源も発光しない期間が存在するが、これはその期間に液晶表示素子のオン、オフ動作を行うためである。

図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、３色の光源の内いずれか一色に対応した期間のみ液晶表示素子を透過状態にすれば、赤、緑、青のいずれかの色を表示することができ、同図の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、３色の光源の内いずれか２色に対応した期間に液晶表示素子を透過状態にすれば、該２色が加法混色されるため、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のいずれかの色を表示することができる。また、同図の（ｇ）に示すように、３色の光源の全てに対応した期間に液晶表示素子を透過状態にすれば、該３色が加法混色されるため、白色（Ｗ）を表示することができ、さらに、同図の（ｈ）に示すように、３色の光源のいずれの期間も液晶表示素子を遮光状態に保っておけば、いずれの光源の光も透過しないため、黒色（ＢＫ）を表示することができる。

このように、フィールドシーケンシャル法では、カラーフィルタを用いることなくカラー表示が可能となる。また、透過状態になるタイミングを調整することにより、一つの領域で複数の色表示が可能である。

液晶表示素子としてネマティック液晶を用いた場合、その応答速度は数ミリ秒であるため、図１のタイミングチャートにおけるいずれの光源も発光しない期間（液晶のオン、オフを行う期間）は数ミリ秒、代表的な値は２〜５ミリ秒である。複数の光源を加法混色するためには、複数の光源が一回ずつ順次発光する期間（１フレーム）は十分に短い必要があり、具体的には２０ミリ秒以下、フレーム周波数で言うと５０Ｈｚ以上が望ましい。フレーム周波数が５０Ｈｚの場合は、図１に示すように３色の光源を用いた場合に一色当たりに割り振られる時間（サブフレーム）は約６．６７ミリ秒になる。したがって、それぞれの光源が発光する時間は４．６７〜１．６７ミリ秒である。

液晶表示素子の表示容量が大きくなった場合、一つの表示セグメントに対して一つの端子を対応させて表示をさせる、いわゆるスタティック駆動では、端子数の増大及び表示セグメントから端子までの引き回しの複雑化を招いてしまう。そこで、一つの端子に対して二つ以上の表示セグメントをつなぎ、時分割で表示をさせる、いわゆるマルチプレックス駆動が用いられる。セグメントタイプの液晶表示素子では、一般にＴＮモードが用いられ、セグメント数の増加に応じて１／２から１／１６デューティぐらいまでのマルチプレックス駆動が用いられる。ドットマトリクスタイプの液晶表示素子では、セグメントタイプに比べて表示セグメント（ドット）の数が多いため、ＳＴＮモードが用いられ、１／３２から１／４８０デューティぐらいまでのマルチプレックス駆動が適用される。

上記のフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子を用いた液晶表示装置として、光シャッタ素子（シャッタセル）を採用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２２１７００号公報

ところで、一般に同じ条件で作製された液晶表示素子を用いたとしても、マルチプレックス駆動をした時の方がスタティック駆動をした時より応答速度が遅くなることが知られている。特に、時分割数が大きくなるとその傾向は顕著になり、１／４８０デューティ駆動のＳＴＮ‐ＬＣＤでは数百ミリ秒の応答速度となってしまう。

したがって、応答速度の遅い液晶表示素子を用いてのフィールドシーケンシャル駆動は理論的に不可能であり、上述したフレーム周波数５０Ｈｚで無理やりこのような遅い液晶表示素子をフィールドシーケンシャル駆動した場合は、全く表示をしないか表示をしたとしても色が薄く、甚だ見難いものになってしまう。液晶表示素子の応答速度に合わせてフレーム周波数を落とせば何らかの表示を確認できるようにしたり色も濃くすることができるが、この場合色変化自体がフリッカーとして視認されてしまい、やはり甚だ見難いものになってしまう。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、低コストで、高デューティ駆動が必要な表示容量の大きな液晶表示素子においても、フィールドシーケンシャル駆動の特徴である、一つのセグメント（ドット）で多色表示が可能なカラー液晶表示素子及びその表示方法を得ることを目的としている。

本発明に係るカラー液晶表示装置は、モノクローム表示可能な液晶表示素子と、カラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子とを組み合わせて構成したものである。

また、上記フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子は、モノクローム表示可能な液晶表示素子の一つのセグメントもしくはドット領域、あるいは二つ以上のセグメントもしくはドットをまとめた領域に対応した複数の表示領域を有するようにし、また、モノクローム表示可能な液晶表示素子は、マルチプレックス駆動されるセグメントタイプの液晶表示素子、もしくはマルチプレックス駆動されるフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子、あるいはそれらの液晶表示素子の組み合わせから成るようにしたものである。

本発明に係るカラー液晶表示装置の表示方法は、モノクローム表示可能な液晶表示素子と、該液晶表示素子の一つのセグメントもしくはドット領域、あるいは二つ以上のセグメントもしくはドットをまとめた領域に対応した複数の表示領域を有するフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子とを組み合わせてカラー表示を行うようにしたものであり、また、マルチプレックス駆動されるセグメントタイプの液晶表示素子、もしくはマルチプレックス駆動されるフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子、あるいはそれらの液晶表示素子を組み合わせたモノクローム表示可能な液晶表示素子と、フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子とを組み合わせてカラー表示を行うようにしたものである。

本発明によれば、低コストで、高デューティ駆動が必要な表示容量の大きな液晶表示素子においても、フィールドシーケンシャル駆動の特徴である、一つのセグメント（ドット）で多色表示が可能になるという効果がある。

本発明のカラー液晶表示装置は、具体的には、高デューティで駆動している液晶表示素子と、複数の領域に分割して各々の領域を独立にかつ多色で表示できるようにしたフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子を組み合わせたものである。

本方式によれば、全てのセグメント（ドット）を単独で多色表示させることはできなくても、例えばフルドットマトリクスの液晶表示素子で文字を表示する場合には、複数のドットを一つのかたまり（例えば１６×１６ドット）として一文字を表すことが行われており、この場合に、そのかたまりごとに表示色を変えれば良く、かたまりの中の１ドットずつを制御する必要はない。また、セグメント表示、例えば８の字（７セグメント）が連なった表示では、ドットの時と同様にひとかたまりの７セグメントごとに表示色を変えれば良い。

逆の言い方をすれば、本発明は全てのセグメント（ドット）を独立に多色表示するような用途、例えばフルドットマトリクス液晶表示素子で絵を表示するものや、セグメントタイプでも一つ一つのセグメントが独立に意味を持つようなものには不向きである。そのような用途には、マイクロカラーフィルタを用いたものが適しており、アクティブマトリクス駆動との組み合わせで高品位な表示が既に実現されている。ただし、このような液晶表示素子は非常にコストが高くなってしまう。

すなわち、本発明は、カラー表示においてある程度の制限が加わってしまうが、非常に低コストで、カラー表示を実現する新規な方法である。図２及び図３を用いて、本発明をより具体的に説明する。

図２はセグメント表示とドットマトリクス表示が混在したタイプの液晶表示素子に本発明を適用した場合の液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。この液晶表示装置は、通常のセグメントタイプ＋ドットマトリクスタイプのモノクローム表示（白黒表示）可能な液晶表示素子１と、複数のかたまりに分けられたカラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子２の２層構造で成り立っている。ここで言う、複数のかたまりに分けたとは、通常のセグメントタイプ表示素子のそれぞれ独立の色を表示したいセグメント一つもしくは二つ以上に対応した領域に分けたという意味である。

通常のセグメント＋ドットタイプの液晶表示素子１は、応答速度に制限がないため様々なモードが使用可能であり、図２のようにノーマリーブラックモードであっても良いし、ノーマリーホワイトモードであっても良い。ただし、フィールドシーケンシャル液晶表示で表示する色のつなぎ目が見えないなどの理由で、ノーマリーブラックモードの方が好ましい。もちろん、表示部以外にブラックマスクを施したモードを用いても良い。この場合、表示モードはノーマリーブラックでもノーマリーホワイトでもどちらでも良い。また、駆動方法も制限がない。

これに対して、フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子２は、高速応答が必須要件であるため、液晶のモードも限定され、駆動もスタティック駆動かせいぜい１／３デューティまでの低デューティで駆動される。表示モードはノーマリーブラックでもノーマリーホワイトでもどちらでも良く、デザインに従ってどちらかを選択すれば良い。３は赤、緑、青の各色発光のランプを有した面光源のＲＧＢバックライトユニットである。

図３はフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子１１に本発明を適用した場合の液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。図２の場合と原理的には全く同じであり、図２の通常のセグメント＋ドットタイプの液晶表示素子１の代わりにフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子１１を用いただけである。すなわち、通常のフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子１１と、複数のかたまりに分けられたフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子１２の２層構造で成り立っている。ここで言う、複数のかたまりに分けたとは、通常のドットマトリクスタイプ表示素子のそれぞれ独立の色を表示したい二つ以上のドットに対応した領域に分けたという意味である。

通常のフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子１１は、応答速度に制限がないため様々なモードが使用可能であり、図３のようにノーマリーブラックモードであっても良いし、ノーマリーホワイトモードであっても良い。ただし、フィールドシーケンシャル液晶表示で表示する色のつなぎ目が見えないなどの理由で、ノーマリーブラックモードの方が好ましい。また、駆動方法も制限がない。

これに対して、フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子１２は、高速応答が必須要件であるため、液晶のモードも限定され、駆動もスタティック駆動かせいぜい１／３デューティまでの低デューティで駆動される。表示モードはノーマリーブラックでもノーマリーホワイトでもどちらでも良く、デザインに従ってどちらかを選択すれば良い。１３は赤、緑、青の各色発光のランプを有した面光源のＲＧＢバックライトユニットである。

次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

図２に示すようなセグメント表示とドットマトリクス表示が混在した液晶表示素子に本発明を適用した実施例について説明する。

通常のセグメント＋ドットマトリクスタイプの液晶表示素子として、ノーマリーブラックモードの９０度ツイストＴＮ−ＬＣＤを用いた。基本的なところは通常のＴＮ−ＬＣＤと同じであるが、下地の黒さを強調して透過率を小さくするために、液晶の複屈折とセル厚の積、すなわちリターデーション値を２．５ミクロンに設定した。液晶の複屈折は０．２であり、セル厚は１２．５ミクロンである。この液晶表示素子を１／８デューティのマルチプレックス駆動で駆動した。その時の応答速度はセル厚が厚いため非常に遅く、立ち上がり、立下り時間共約２５０ｍｓであった。

一方、フィールドシーケンシャル液晶表示としては、ノーマリーホワイトモードの９０度ツイストＴＮ−ＬＣＤを用いた。こちらも基本的なところは通常のＴＮ−ＬＣＤと同じであるが、高速応答性を優先するためセル厚をなるべく薄く設定した。具体的にはセル厚２．０ミクロンであり、これに複屈折が０．２５の液晶を組み合わせた。したがって、この液晶セルのリターデーション値は０．５ミクロンになる。

液晶セルの駆動はスタティック駆動にて行い、通常のフィールドシーケンシャル液晶表示素子と同様にバックライトとして用いたＲＧＢの３色のＬＥＤの発光にタイミングを合わせながら駆動した。ちなみに、液晶セル単体で応答速度を測定すると、立ち上がり、立ち下がり共に２ｍｓ程度であった。

これらの２枚の液晶表示素子及びバックライトユニットを重ね合せ、目的とする表示素子を作製して観察したところ、狙いどおりに各セグメントで色を変えられる表示が得られた。表示のイメージ図を図４に示す。同図の（ａ）、（ｂ）において、それぞれの文字や数字の色が異なっている。

なお、２枚の液晶表示素子のそれぞれ両面に偏光板を貼付して用いたが、これら２枚の液晶表示素子の対向する側の偏光板の偏光軸方位が共通の場合は、どちらか一方の液晶表示素子の対向する側の偏光板がなくても全く同じ表示を行うことができる。実際本実施例で示したものは、そのような条件で偏光板を設置していたため、このようなことができ、全く問題ないことを確認できた。

図３に示すようなフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子に本発明を適用した実施例について説明する。

通常のフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子として、ノーマリーブラックモードのフィルム補償型２４０度ツイストＳＴＮ−ＬＣＤを用いた。基本的なところは通常のＳＴＮ−ＬＣＤと全く同じである。液晶の複屈折とセル厚の積、すなわちリターデーション値は０．９ミクロンに設定した。この液晶表示素子を１／２４０デューティのマルチプレックス駆動で駆動した。その時の応答速度は、立ち上がり、立下り時間共約２００ｍｓであった。

一方、フィールドシーケンシャル液晶表示としては、実施例１と全く同じセル条件のものを用いた。実施例１との違いはかたまりに分けた時のパターン形状の違いだけである。ここでは、横４８０×縦２４０ドットの表示を６０×６０ドットをひとかたまりとして、すなわち横８ブロック×４ブロックの計３２ブロックに分けたものを作製した。今回は全てのかたまりが同じ形状であったが、この形状はデザインに合わせて如何様にもできることは言うまでもない。

これらの２枚の液晶表示素子とバックライトユニットを重ね合せ、目的とする表示素子を作製して観察したところ、狙いどおりに各領域毎に自在に色を変えられる表示が得られた。表示のイメージ図を図５に示す。同図の（ａ）、（ｂ）において、それぞれの文字の色が異なっている。

なお、２枚の液晶表示素子のそれぞれ両面に偏光板を貼付して用いたが、これら２枚の液晶表示素子の対向する側の偏光板の偏光軸方位が共通の場合は、どちらか一方の液晶表示素子の対向する側の偏光板がなくても全く同じ表示を行うことができる。実際本実施例では市販品のＳＴＮ−ＬＣＤを用いたため、偏光板の透過軸方位がフィールドシーケンシャル側のＴＮ−ＬＣＤの偏光板透過軸方位とずれていてきちんとした確認はできなかったが、ＳＴＮ−ＬＣＤを回転し偏光軸方位を合わせた状態で対向側の偏光板を取り除いたところ、全く問題ないことが確認できた。

以上の実施例で説明したように、通常の白黒表示の液晶表示素子と適当な嶺域ごとに分けられたフィールドシーケンシャル液晶表示素子、及び該フィールドシーケンシャル液晶表示素子と組み合わせて使う複数の光源が順次点滅を繰り返すことができるバックライトシステムの組み合わせで、簡単に、しかも低コストでカラー表示を得ることができる。

なお、実施例ではセグメント＋ドットマトリクスタイプとフルドットマトリクスタイプについて説明したが、本発明はセグメント表示のみのものにも適用できることは言うまでもない。

また、実施例ではいずれも通常の白黒表示の液晶表示素子としてノーマリーブラックモードのものを用い、フィールドシーケンシャル液晶表示素子としてノーマリーホワイトモードのものを用いているが、本発明はこれらの組み合わせに限定されるものでなく、どのような組み合わせでも実現できる。

また、実施例では白黒表示の液晶表示素子としてＴＮ−ＬＣＤとＳＴＮ−ＬＣＤを示し、フィールドシーケンシャル液晶表示素子としてＴＮ−ＬＣＤを示したが、同様に本発明はこれらの組み合わせに限定されるものでなく、白黒表示の液晶表示素子としてはこの他にも、垂直配向型ＬＣＤやゲストホスト型ＬＣＤ、さらには強誘電型ＬＣＤなど全てのモードのＬＣＤが使用でき、フィールドシーケンシャル液晶表示素子としても、高速応答という観点からＳＴＮ−ＬＣＤは不向きであるとしても、強誘電ＬＣＤなど様々なモードのＬＣＤが使用できることも言うまでもない。

フィールドシーケンシャル方式の駆動タイミングチャートセグメント表示とドットマトリクス表示が混在したタイプの液晶表示素子に本発明を適用した液晶表示装置の構成を示す分解斜視図フルドットマトリクスタイプの液晶表示素子に本発明を適用した液晶表示装置の構成を示す分解斜視図本発明の実施例１の表示例を示す図本発明の実施例２の表示例を示す図

符号の説明

１通常のセグメント＋ドットマトリクスタイプの液晶表示素子
２フィールドシーケンシャル
３ＲＧＢバックライトユニット
１１フルドットマトリクスタイプの液晶表示素子
１２フィールドシーケンシャル
１３ＲＧＢバックライトユニット

Claims

モノクローム表示可能な液晶表示素子と、カラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子とを組み合わせたことを特徴とするカラー液晶表示装置。
前記フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子は、モノクローム表示可能な液晶表示素子の一つのセグメントもしくはドット領域、あるいは二つ以上のセグメントもしくはドットをまとめた領域に対応した複数の表示領域を有していることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
前記モノクローム表示可能な液晶表示素子は、マルチプレックス駆動されるセグメントタイプの液晶表示素子、もしくはマルチプレックス駆動されるフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子、あるいはそれらの液晶表示素子の組み合わせから成ることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
前記モノクローム表示可能な液晶表示素子の前記カラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子の側の偏光板と、前記カラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子の前記モノクローム表示可能な液晶表示素子の側の偏光板と、が共有された単一の偏光板であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のカラー液晶表示装置。
モノクローム表示可能な液晶表示素子と、該液晶表示素子の一つのセグメントもしくはドット領域、あるいは二つ以上のセグメントもしくはドットをまとめた領域に対応した複数の表示領域を有するフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子とを組み合わせてカラー表示を行うことを特徴とするカラー液晶表示装置の表示方法。
マルチプレックス駆動されるセグメントタイプの液晶表示素子、もしくはマルチプレックス駆動されるフルドットマトリクスタイプの液晶表示素子、あるいはそれらの液晶表示素子を組み合わせたモノクローム表示可能な液晶表示素子と、フィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子とを組み合わせてカラー表示を行うことを特徴とするカラー液晶表示装置の表示方法。