JP2006215582A - カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常は、発光タイプの高彩度の表示ができ、さらに、光源部が点灯していない期間でも、明るい、高品位の白黒表示が可能なフィールド順次型カラ−表示装置を提供する。
【解決手段】一対の基板間に液晶層を挟持した液晶素子と、液晶素子の裏面側に異なる波長の光を発光し、それぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源を有する光源部１とを備え、液晶素子は光源部が発光する光の透過率を制御し、サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させ、サブフィールドに対応して前記液晶素子を制御することにより多色表示を行うカラー表示装置であって、光源部１と液晶素子との間には、光を反射する板を配置し、光源部１の点灯時には、透過表示を行い、光源部１が非点灯時には反射表示を行うことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

表示サブフィールド毎に異なるカラーの画像を表示し、人間の目の時間軸の合成作用を用いて混色させ多色表示を得るカラー表示装置は、フィールド順次型と呼ばれる。本発明はこのようなフィールド順次型の多色表示モードを有するカラー表示装置に関する。

フィールド順次型の表示装置の一つの手段は、サブフィールド毎に異なる波長の光の表示情報を表示する広帯域の波長の光を発光する表示部と、広帯域の波長の光からサブフィールド毎に特定の波長域の光を選別する可変フィルタ部を有する手段である。

フィールド順次型の表示装置の他の手段は、異なる波長の光を発光しうる光源部と、光源部が発光する光を表示情報に基づいて制御するシャッタ部とを有し、光源部はサブフィールド毎に特定のカラーを発光させ、それに対応してシャッタ部を制御する手段である。

カラー光源としては、蛍光ランプやＬＥＤ（発光ダイオード）が考えられる。とくに近年、青色発光のＬＥＤが開発されたことにより３原色のＬＥＤによるフィールド順次型のカラー表示装置が可能となってきた。

（従来技術の説明：図３，図４，図５）
フィールド順次型の表示装置の一例の構成図を図３に示す。異なる波長の光を発光し、それぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源からなる光源部１を有する。すなわち、カラ−光源として、赤、緑、青の３色のＬＥＤからなる光源部１を有する。光源部１は複数の３色ＬＥＤ４が配置されたＬＥＤボックス３と拡散板５からなる。光源部１は光源駆動回路８により駆動される。

さらに、光源部１が発光する光の透過率を制御する液晶シャッタ部２とを有する。液晶シャッタ部２は文字数字の表示可能な表示セグメント６を有する。液晶シャッタ部２はシャッタ制御回路７により制御される。シャッタ制御回路７と光源駆動回路８は、同期がとられており、同一時期に動作するように制御されている。

図４に図３のフィールド順次型のカラー表示装置のブロック図を示す。光源部１は赤光源Ｒ、緑光源Ｇ、青光源Ｂからなり、光源駆動回路８から供給される赤光源信号Ｌｒ、緑光源信号Ｌｇ、青光源信号Ｌｂによって点灯される。液晶シャッタ部２はシャッタ制御回路７から供給されるデータ信号Ｄとコモン信号Ｃによって駆動される。各信号の基準パルスは、同一であり、光源信号と液晶シャッタ駆動信号の位相を同一に制御している。

図５に図４に示した従来技術のフィールド順次型カラー表示装置における各信号の波形と、室温で、駆動電圧が２０Ｖの場合の液晶シャッタ部２の光学応答特性を示す。液晶シャッタ部２を交流駆動するために２つのフィールドｆ１、ｆ２を用い、それぞれのフィールドは３つのサブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢからなる。

赤光源信号Ｌｒは、サブフィールドｆＲでのみ点灯し、ほかのサブフィールドｆＧ、ｆＢでは非点灯となる。同じように、緑光源信号ＬｇはサブフィールドｆＧでのみ点灯し、他のサブフィールドｆＢ、ｆＲでは非点灯、青光源信号ＬｂはサブフィールドｆＢでのみ点灯し、ほかのサブフィールドｆＲ、ｆＧでは非点灯となる。

液晶シャッタ部２に供給されるコモン信号Ｃはフィールドｆ１ではｃ１、フィールドｆ
２ではｃ２となる。

液晶シャッタ部２として、ノーマリー白のＳＴＮ液晶パネルを用いた場合、白表示時のデータ信号Ｄｗはコモン信号Ｃと同相信号で、液晶には電圧が印加されずオフ状態となり、黒表示時のデータ信号Ｄｂｌはコモン信号Ｃと逆相となり、液晶にはコモン信号Ｃとデータ信号Ｄｂｌの差電圧が駆動電圧として液晶パネルに印加されオン状態となる。

単独の原色を表示する場合のデータ信号は、その色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような電位をとる。たとえば、赤を表示する場合のデータ信号Ｄｒは赤に対応したサブフィールドｆＲでのみシャッタが透過状態となるような電位をとり、サブフィールドｆＧ、サブフィールドｆＢでは、シャッタが閉状態となる電位をとる。緑を表示する場合のデータ信号Ｄｇは緑に対応したサブフィールドｆＧでのみシャッタが透過状態となるような電位をとる。青を表示する場合のデータ信号Ｄｂは青に対応したサブフィールドｆＧでのみシャッタが透過状態となるような電位をとる。

複数の原色を表示する場合のデータ信号は、それぞれの色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような電位をとる。たとえば、青緑を表示する場合のデータ信号は緑と青に対応したサブフィールドｆＧとｆＢでシャッタが透過状態となるような電位をとり、サブフィールドｆＲではシャッタが閉状態となる電位をとる。紫を表示する場合のデータ信号は青と赤に対応したサブフィールドｆＢとｆＲでシャッタが透過状態となるような電位をとる。黄色を表示する場合のデータ信号は赤と緑に対応したサブフィールドｆＲとｆＧでシャッタが透過状態となるような電位をとる。

以上のような構成のフィールド順次型カラー表示装置は簡単な構成で多色を表示できるという特徴がある。

しかし、前述した構成のフィールド順次型のカラー表示装置を、腕時計や携帯情報機器に備えようとする場合、ＬＥＤの消費電力が大きいので、つねにＬＥＤを点灯状態にすることができない。

そこで、必要な場合だけスイッチを押しＬＥＤを点灯し、カラー表示を行い、それ以外の期間はＬＥＤを点灯させないことで、消費電力を小さくしている。

光源部１が点灯していない期間には、液晶シャッタ部２が白黒表示をする場合と、液晶シャッタ部２も停止する場合がある。液晶シャッタ部２が白黒表示する場合、反射板として、拡散板５を用いることになるため、通常の反射型液晶表示装置に用いる反射板より反射率が低く、非常に暗い表示となり、表示品位はあまり良くない。

また、光源部１が点灯していない期間に、液晶シャッタ部２が停止する場合には、液晶素子が透けて見えると、腕時計のデザイン的には好ましくない。

（発明の目的）
本発明の目的は、フィールド順次型のカラー表示装置が、光源部が点灯していない期間でも、明るい、高品位の白黒表示が可能なフィールド順次型のカラ−表示装置を提供することにある。

また、本発明のもう１つの目的は、光源部が点灯していない期間に、液晶シャッタ部の動作も停止した場合、完全にメタルシャッターを閉じた様な表示にすることで、デザイン的に優れたフィールド順次型のカラー表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明のカラー表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持した液晶素子と、該液晶素子の裏面側に異なる波長の光を発光し、それぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源を有する光源部とを備え、液晶素子は光源部が発光する光の透過率を制御し、サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させ、サブフィールドに対応して液晶素子を制御することにより多色表示を行うカラー表示装置であって、光源部と液晶素子との間には、光を反射する板を配置し、光源部の点灯時には、透過表示を行い、光源部が非点灯時には反射表示を行うことを特徴とする。また、透過表示では、光源部の光を透過しカラー表示を行い、反射表示では、光を反射する板で反射した反射光による表示を行うことを特徴とする。また、光源部の点灯時に、液晶素子は開状態で、光源部の光を透過してカラー表示を行い、光源部が非点灯時には、液晶素子は開状態で、液晶素子の裏面側の色彩が見える表示を行うことを特徴とする。また、カラー光源と液晶素子との間には、拡散板を配置し、液晶素子の裏面側の色彩とは、拡散板の色彩であることを特徴とする。あるいは、光源部は導光板を備え、導光板の液晶素子側に拡散層を備え、導光板の裏面側には反射板を有していることを特徴とする。また、液晶素子とカラー光源との間に、反射型偏光板を設けることを特徴とする。また、液晶素子と複数の偏光板とで、液晶シャッタ部を構成し、複数の偏光板のうち、一つの偏光板が反射型偏光板であることを特徴とする。

また、本発明によるカラー表示装置は請求項１に記載の構成を含み、液晶シャッタ部が、吸収型偏光板とＳＴＮ液晶素子と反射型偏光板で構成されることを特徴とする。

また、本発明によるカラー表示装置は請求項１に記載の構成を含み、液晶シャッタ部が、吸収型偏光板と２周波型ＴＮ液晶素子と反射型偏光板で構成されることを特徴とする。

また本発明によるカラー表示装置は請求項１に記載の構成を含み、光源部が、ＬＥＤボックスと拡散板で構成されることを特徴とする。

また、本発明によるカラー表示装置は請求項１に記載の構成を含み、光源部がＬＥＤエレメントと導光板で構成されることを特徴とする。

（作用：図６）
本発明によるカラー表示装置において、光源部１のＬＥＤを停止した場合の表示方法について、図６を用いて説明する。吸収型偏光板９は、ヨウ素や２色性色素を延伸したフィルムに染色して作成する一般的な偏光板であり、透過軸９ａ方向に振動する光は透過し、透過軸９ａと９０゜回転した方向に振動する光は吸収する。

一方、反射型偏光板１０は、透明なベースフィルムに薄膜を多層に積層した構造で、透過軸１０ａ方向に振動する光は透過し、透過軸１０ａと９０゜回転した方向に振動する光は反射する。

図６の斜視図において、吸収型偏光板９の透過軸９ｂと反射型偏光板１０の透過軸１０ａが平行であれば、外部からの入射光は透過する。したがって、ＬＥＤ点灯時は開状態となり、所定のＬＥＤの光を透過し、一方、ＬＥＤ非点灯時は、外部からの入射光は拡散板５で反射し、白色表示となる。拡散板５として、赤や青の色が付いたプラスチックフィルムを用いると、色表示が可能となる。

つぎに、吸収型偏光板９を９０゜回転し、透過軸９ａが反射型偏光板１０の透過軸１０ａと直交するように配置する。吸収型偏光板９を透過した直線偏光は、反射型偏光板１０
を透過することはできず、反射型偏光板１０で反射される。ＬＥＤ点灯時は閉状態となり、ＬＥＤの光が外部へ透過することを抑える。ＬＥＤ非点灯時は、外部から吸収型偏光板９を透過した直線偏光は、反射型偏光板１０で反射し、メタリックシルバーの金属色を示す。

吸収型偏光板９の透過軸９ａを回転する代わりに、吸収型偏光板９と反射型偏光板１０の間に９０゜ツイスト配向のＴＮ（ツイステッド ネマチック）液晶素子を設けると、ＴＮ液晶素子への印加電圧により反射型偏光板１０への直線偏光の入射角度を約９０゜変えることができ、応答時間は遅いが、液晶シャッタ部２としての開閉動作とともに、ＬＥＤ非点灯時には、白背景や色背景にメタリックシルバーの文字や図形を表示することが可能となり、ＬＥＤ非点灯時の表示装置の表示品位を高めることが可能となる。

さらに、９０゜ツイスト配向のＴＮ液晶素子の代わりに、１８０゜〜２７０゜ツイスト配向のＳＴＮ（スーパーツイスト ネマチック）液晶素子を用いると、液晶素子の応答性が改善し、フィールド順次型カラー表示装置の液晶シャッタ部２として実用可能となる。しかしながら、ＳＴＮ液晶素子を通過した光は楕円偏光状態になり、反射型偏光板１０に完全な直線偏光を入射することができず、ＬＥＤ非点灯時の表示色に色が付くが、吸収型偏光板９と反射型偏光板１０の配置角度と、ＳＴＮ液晶素子のΔｎｄを最適化することで、直線偏光に近づき、余り色が付なくすることが可能となる。

本発明のフィールド順次型表示装置では、通常は、発光タイプの高彩度の表示ができ、さらに、光源部が点灯していない期間でも、反射偏光板による反射光により明るい、高品位の表示が可能なフィールド順次型カラー表示装置を提供できる。

以下に、本発明を実施するための最適な実施形態におけるフィールド順次型のカラー表示装置の構成を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態：図１，図２，図３）
本発明の第１の実施の形態におけるフィールド順次型のカラー表示装置の構成は、液晶シャッタ部２の構成を除いて、従来技術のフィールド順次型のカラー表示装置の構成図である図３と、基本的には等しい。本発明のカラー表示装置ではカラ−光源として、赤、緑、青の３色のＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源部１を有する。複数の３色ＬＥＤ４が配置されたＬＥＤボックス３と拡散板５からなる光源部１は、光源駆動回路８により駆動される。

本実施の形態では光源部１が発光する光を制御するため、データ信号を入力する信号電極と走査信号を入力するコモン電極とからなる液晶シャッタ部２を有する。液晶シャッタ部２は文字数字の表示可能な表示セグメント６を有する。なおここで、液晶シャッタ部２はセグメントタイプには限らずマトリクスタイプでもよい。本実施の形態では、コモン電極は単独としスタティック駆動を用いた。液晶シャッタ部２はシャッタ制御回路７によって制御される。

この実施の形態では液晶シャッタ部２としてノーマリー白、すなわち、オフ電圧印加で光透過状態の開、オン電圧印加で光遮断状態の閉になるＳＴＮ液晶パネルを用いる。図１は、本実施の形態で用いるカラー表示装置の構成要素を説明するため、ＳＴＮ液晶素子を用いる液晶シャッタ部２と光源部１の断面図で、図２は、本実施の形態で用いる液晶シャッタ部２の構成要素の配置関係を示す平面図である。以下、図１と図２とを交互に用いて本発明のカラー表示装置の構成を説明する。

本実施の形態の液晶シャッタ部２は、ＩＴＯからなる第１の電極１３が形成されている厚さ０．５ｍｍのガラス板からなる第１の基板１１と、ＩＴＯからなる第２の電極１４が形成されている厚さＯ．５ｍｍのガラス板からなる第２の基板１２と、一対の基板を張り合わせるシール材（図示せず）と、一対の基板に狭持されている２４０゜ツイスト配向しているネマチック液晶１７とからＳＴＮ液晶素子が形成されている。

第１の電極１３表面には配向膜１５が形成され、第２の電極１４の表面には配向膜１６が形成され、第１の基板１１は、右上がり３０゜方向にラビング処理することで、下液晶分子配向方向１５ａは右上がり３０゜となり、第２の基板１２は右下がり３０゜方向にラビング処理することで上液晶分子配向方向１６ａは右下がり３０゜となり、左回り２４０゜ツイスト配向のＳＴＮ液晶素子を形成している。

使用するネマチック液晶１７の複屈折の差Δｎは０．１５で、第１の基板１１と第２の基板１２の隙間であるセルギャップｄは５．３μｍとする。したがってネマチック液晶１７の複屈折の差Δｎとセルギャップｄとの積で表す液晶素子のΔｎｄ値は、８００ｎｍである。また、ネマチック液晶１７のねじれピッチは１０．５μｍに調整してある。

第２の基板１２の上側に吸収型偏光板９を配置し、第１の基板１１の下側に反射型偏光板１０を配置し、液晶シャッタ部２を構成する。吸収型偏光板９の透過軸９ａは、水平軸を基準して、右上がり４５゜に配置し、反射型偏光板１０の透過軸１０ａは、右下がりに−４５゜に配置してある。反射型偏光板１０の下に拡散板５を配置し、さらにカラー光源として、赤ＬＥＤ（Ｒ）と、緑ＬＥＤ（Ｇ）と、青ＬＥＤ（Ｂ）で構成する３色ＬＥＤ４と、ＬＥＤボックス３を配置する。

第１の基板１１と反射型偏光板１０は、アクリル系粘着剤（図示せず）を用いて接着してある。吸収型偏光板９と第２の基板１２も、アクリル系粘着剤（図示せず）を用いて接着してある。拡散板５と３色ＬＥＤ４は、どのような角度で配置しても、表示特性に影響しないので、図２の平面図では、省略してある。

吸収型偏光板９の透過軸９ａを第１の基板１１と第２の基板１２の中央に位置する液晶分子の配向方向１９に対し約４５度の角度に配置することで、複屈折性が最も低下し、液晶シャッタとして、高コントラストと高速応答が得られ、かつ、反射型偏光板１０のメタリック表示を可能とする。

反射型偏光板１０は、透明なベースフィルムに、薄膜を多層構造で形成したもので、本実施の形態では、住友３Ｍ社製の商品名Ｄ−ＢＥＦを採用する。このＤ−ＢＥＦは、一般的には、バックライトの輝度上昇用に用いられる製品であるが、本実施の形態のように、反射型偏光板としても、充分機能する。

（具体例の説明：図１，図２，図４，図５）
この実施の形態の液晶シャッタ部２において、電圧無印加の状態では、吸収型偏光板９より入射した透過軸９ａ方向の直線偏光は、２４０゜ツイストしているネマチック液晶１７により、楕円偏光となるが、吸収型偏光板９の配置角度とＳＴＮ液晶素子のΔｎｄを最適化したので、約９０゜回転し、水平軸に対して右下がりの−４５゜の位置から、ほぼ直線偏光として出射する。反射型偏光板１０を右下がりの−４５゜に配置してあるので、入射光はすべて反射型偏光板１０を透過する。

したがって、３色ＬＥＤ４の点灯時には、液晶シャッタ部２は開状態となり、ＬＥＤの光を透過する。３色ＬＥＤ４の非点灯時は、拡散板５の色彩が表示され、白色の拡散板の
場合は白背景となり、ブルーの拡散板の場合は、青表示となる。本実施の形態では、薄い青色の拡散板を使用したので、空色の背景色となった。

つぎに第１の電極１３と第２の電極１４の間に電圧を印加すると、ネマチック液晶１７の分子が立ち上がり、ＳＴＮ液晶素子の複屈折性はほぼなくなり、吸収型偏光板９から透過軸９ａ方向から入射した直線偏光はそのままの角度で、出射する。したがって、反射型偏光板１０の透過軸１０ａに対して、直交に入射するので、入射光は反射型偏光板１０を透過できず、３色ＬＥＤ４点灯時は閉状態となる。３色ＬＥＤ４非点灯時は、吸収型偏光板９から入射した直線偏光は反射型偏光板１０ですべて反射し、メタリックシルバー表示となる。

つぎに、本発明の第１の実施の形態におけるフィールド順次型のカラー表示装置のＬＥＤ点灯時のブロック図は、従来技術と基本的には同じで、図４に示す。光源部１は赤光源Ｒ、緑光源Ｇ、青光源Ｂからなり、光源駆動回路８から供給される赤光源信号Ｌｒ、緑光源信号Ｌｇ、青光源信号Ｌｂによって点灯される。液晶シャッタ部２はシャッタ制御回路７から供給されるデータ信号Ｄとコモン信号Ｃによって駆動される。

光源駆動回路８とシャッタ制御回路７とは、接続され、それぞれの信号の同期をとっている。

本発明の第１の実施の形態に於ける、室温での各信号の波形と液晶シャッタ部２の光学応答特性は、従来技術と同じであり、図５に示す。液晶シャッタ部２を交流駆動するために２つのフィールドｆ１、ｆ２からなり、それぞれのフィールドは３つのサブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢからなっている。

フィールドｆ１は、フリッカを感じず良好な混色を得るために、２０ｍｓｅｃ以下にすることが好ましく、本実施の形態では１５ｍｓｅｃに設定する。したがって、サブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢは５ｍｓｅｃに設定する。

赤光源信号Ｌｒは液晶シャッタのサブフィールドｆＲの期間で点灯し、サブフィールドｆＢでは非点灯となる。同様に、緑光源信号Ｌｇは液晶シャッタのサブフィールドｆＧの期間で点灯し、サブフィールドｆＲでは非点灯、青光源信号Ｌｂは液晶シャッタのサブフィールドｆＢの期間で点灯し、サブフィールドｆＧでは非点灯となる。

光源部１としてＬＥＤボックス３を用いた場合、半導体であるＬＥＤの応答時間は非常に速く、赤光源信号Ｌｒ、緑光源信号Ｌｇ、青光源信号Ｌｂと各ＬＥＤの発光特性は同一とみなすことができる。

液晶シャッタ部２に供給されるコモン信号Ｃはフィールドｆ１ではｃ１、フィールドｆ２ではｃ２となる。

本実施の形態では、液晶シャッタ部２として、ノーマリー白のＳＴＮ液晶素子を用いたので、白表示時のデータ信号Ｄｗはコモン信号Ｃと同相信号で、液晶素子には電圧が印加されずオフ状態となり、黒表示時のデータ信号Ｄｂｌはコモン信号Ｃと逆相となり、液晶素子にはコモン信号Ｃとデータ信号Ｄｂｌの差電圧が印加されオン状態となる。本実施の形態では、駆動電圧が９Ｖになるようにコモン信号Ｃの電位ｃ１、ｃ２とデータ信号Ｄの電位ｄ１、ｄ２を設定する。

本発明の実施の形態では、２４０゜ツイストのＳＴＮ液晶素子を用いたので、室温における９Ｖ駆動時の開から閉へのオン応答時間は約１ｍｓｅｃと速く、閉から開へのオフ応
答時間も約１．５ｍｓｅｃと速く、さらに、コントラスト比も約１０以上の値が得られ、フィールド順次型カラー表示装置の液晶シャッタ部２として、充分な特性である。

単独の原色を表示する場合のデータ信号は、その色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような電位をとる。たとえば、赤を表示する場合のデータ信号Ｄｒは赤に対応したサブフィールドｆＲでのみシャッタが透過状態となるような電位をとり、サブフィールドｆＧ、ｆＢでは、シャッタが閉状態にとなる電位をとる。緑を表示する場合のデータ信号Ｄｇは緑に対応したサブフィールドｆＧでのみシャッタが透過状態となるような電位をとる。青を表示する場合のデータ信号Ｄｂは青に対応したサブフィールドｆＧでのみシャッタが透過状態となるような電位をとる。

複数の原色を表示する場合のデータ信号は、それぞれの色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような電位をとる。たとえば、青緑を表示する場合のデータ信号は緑と青に対応したサブフィールドｆＧとｆＢでシャッタが透過状態となるような電位をとり、サブフィールドｆＲでは、シャッタが閉状態となる電位をとる。紫を表示する場合のデータ信号は青と赤に対応したサブフィールドｆＢとｆＲでシャッタが透過状態となるような電位をとる。黄色を表示する場合のデータ信号は赤と緑に対応したサブフィールドｆＲとｆＧでシャッタが透過状態となるような電位をとる。

ここで光源部１の光は拡散板５を透過し、反射型偏光板１０の透過軸１０ａ方向に振動している光は、反射型偏光板１０を透過するが、透過軸１０ａと９０゜方向の光は反射して拡散板５に戻る。この戻った光が、拡散板５の表面は凹凸があるので、偏光解消して反射し、再度、反射型偏光板１０に達し、透過軸１０ａ方向の光は透過する。この機能により、反射型偏光板１０の替わりに吸収型偏光板を設けた場合と比較し、約１．６倍の明るさのカラー表示となり、外光の明るいところでも、良好な視認性能が得られる。

このように、吸収型偏光板９とＳＴＮ液晶素子と反射型偏光板１０と光源部１とからなるカラー表示装置により、スイッチを押した時は、表示セグメント６が赤や緑や青や紫や黄や空や黒の表示色を示し、明るい発光型のカラー表示装置となる。また光源部１が非点灯時は、裏面に反射板がなくても、空色の拡散板５の背景色に、メタリックシルバーの明るく良好な表示特性を示す表示装置となる。

（第１の実施の形態の変形）
図５でのデータ信号はそれぞれのサブフィールドで常にｄ１またはｄ２の電位のみとっていたが、原色以外の多色を表示するためには電圧軸あるいは時間軸で中間の値をとりうる。電圧軸を多値とした場合が振幅変調、時間軸を多値とした場合がパルス幅変調に対応する。本発明では単一の原色、複数の原色、あるいは駆動波形を工夫すればその中間に当たる多くの色を表示することが可能である。

また本発明の第１の実施の形態では、赤、緑、青の３色ＬＥＤを使用したが、白色が得られず、発色数も減少するが、２色ＬＥＤでも同様な効果が得られることは明らかである。また、明るさのバランスを取るために、４個以上のＬＥＤを用いることも可能である。赤、緑、青、緑と４個のＬＥＤを採用したところ、より明るい白表示が得られている。

また、本発明の第１の実施の形態では、２４０゜ツイストのＳＴＮ液晶素子を使用したが、１８０゜から２７０゜ツイストのＳＴＮ液晶素子でも同様な効果が得られる。

また、本実施の形態で用いたＳＴＮ液晶素子の替わりに、駆動周波数により誘電率の差であるΔεの正負が変化する２周波ネマチック液晶を用いた９０゜ツイストのＴＮ液晶素子でも、応答性が良いので、本実施の形態と同様な効果が得られる。この場合、駆動波形
は複雑になり、オンとオフで印加電圧ではなく、駆動周波数が変わるようになる。

また、本実施の形態では、吸収型偏光板９の透過軸９ａと、反射型偏光板１０の透過軸１０ａの交差角を９０゜としたが、背景色を調整するために、８０゜〜８５゜にすることも可能である。

（第２の実施の形態：図７，図８）
つぎに本発明の第２の実施の形態のカラー表示装置の構成と効果について、図面を用いて説明する。第２の実施の形態のカラー表示装置は、光源部１の構成が異なることと、反射型偏光板の配置角度が異なること、および、光源部１が非点灯時に液晶シャッタ部２も動作が停止すること以外は、第１の実施の形態の構成と同一である。

図７は本発明の第２の実施形態におけるカラー表示装置の構成要素を説明するための説明図で、図８は、液晶シャッタ部２の構成要素の配置関係示す平面図である。以下、図７と図８とを交互に用いて本発明のカラー表示装置の構成を説明する。

本発明の第２の実施形態におけるフィールド順次型の表示装置は、カラ−光源として、赤、緑、青の３色のＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源部１を有する。複数の３色ＬＥＤ４が配置されたＬＥＤエレメント２１と導光板２０からなる光源部１は、光源駆動回路８により駆動される。

導光板２０は、厚さ０．６ｍｍのアクリル板からなり、裏面には、反射板がアクリル系接着剤を用いて接着され、また、液晶シャッタ部２の側の発光面には、拡散層が形成され、光源部１の光が、導光板全体で均一に光るようにしてある。

また、ＬＥＤエレメント２１内部の３色ＬＥＤは、混色性を良くするために、ＲＧＢ３個のＬＥＤを近づけて、配置してある。

液晶シャッタ部２の構成は、第１の実施の形態と同一であるが、図８に示すように、反射型偏光板１０の配置角度が異なり、反射型偏光板１０を透過軸１０ａが、吸収型偏光板９と透過軸９ａと平行になるように配置してある。厚さ０．６ｍｍの導光板２０を用いたことで、液晶シャッタ部２の厚さ約１．４ｍｍを加えても、カラー表示装置としての厚さは、約２ｍｍとなり、腕時計用の表示装置としても利用可能となる。

（具体例の説明：図７，図８）
この実施の形態の液晶シャッタ部２において、電圧無印加の状態では、吸収型偏光板９より入射した透過軸９ａ方向の直線偏光は、２４０゜ツイストしているネマチック液晶１７により、楕円偏光となるが、吸収型偏光板９の配置角度とＳＴＮ液晶素子のΔｎｄを最適化したので、約９０゜回転し、水平軸に対して右下がりの−４５゜の位置から、ほぼ直線偏光に近い状態で出射する。反射型偏光板１０は右上がり４５゜に配置してあるので、外部からの入射光はすべて反射型偏光板１０で反射し、光源部１からの光は閉状態となる。

したがって、ＬＥＤ点灯時は、液晶シャッタ部２が閉状態となり、ＬＥＤの光を遮光する。また、表示セグメント６以外の背景部も閉状態となるため、黒背景となる。一方、ＬＥＤ非点灯時は、液晶シャッタ部２の駆動も停止すると、液晶シャッタ部２全面がメタリックシルバーとなり、シャッタを閉じたようなイメージとなる。

つぎに第１の電極１３と第２の電極１４の間に電圧を印加すると、ネマチック液晶１７の分子が立ち上がり、ＳＴＮ液晶素子の複屈折性はほぼ消滅し、吸収型偏光板９から透過
軸９ａ方向から入射した直線偏光はそのままの状態で、出射する。したがって、反射型偏光板１０の透過軸１０ａに対して、平行に入射するので、入射光は反射型偏光板１０を透過し、ＬＥＤ点灯時は開状態となる。

この実施の形態のフィールド順次型のカラー表示装置のＬＥＤ点灯時のブロック図は、第１の実施の形態のブロック図である図４と同じである。ただし、液晶シャッタ部２が第１の実施の形態では、電圧無印加状態で開状態であるノーマリ白モードであったのに、第２の実施の形態では、電圧無印加状態で閉状態となるノーマリ黒モードとなったので、表示色に対するデータ信号Ｄのオンとオフのが反転している。

つまり赤表示の場合、第１の実施の形態では、ｆＲがオフ、ｆＧがオン、ｆＢがオンであったが、第２の実施の形態では、ｆＲがオン、ｆＧがオフ、ｆＢがオフとなる。

このように、本発明の第２の実施形態によるカラー表示装置は、吸収型偏光板９とＳＴＮ液晶素子と反射型偏光板１０と光源部１とからなり、光源部１が点灯している状態では、黒背景に表示セグメント６が、赤や緑や青や紫や黄や空や白の表示色を示し、発光型のカラー表示装置となる。

ここでも、光源部１の光は、導光板２０を透過し、反射型偏光板１０の透過軸１０ａ方向に振動している光は、反射型偏光板１０を透過するが、透過軸１０ａと９０゜方向の光は反射して、導光板２０に戻る。この戻った光が、導光板２０の表面に設けた拡散層により、偏光解消して反射し、再度、反射型偏光板１０に達し、透過軸１０ａ方向の光は透過する。この機能により、反射型偏光板１０の替わりに吸収型偏光板を設けた場合と比較し、約１．６倍の明るさのカラー表示となり、外光の明るいところでも、良好な視認性能が得られる。

また、光源部１が非点灯時は、液晶シャッタ部２の駆動も停止することで、表示部全面がメタリックシルバーとなり、風防を閉じたように見える。

本実施の形態のカラー表示装置を腕時計に組み込んだところ、通常は全面メタリックシルバーでシャッターされたように見え、スイッチを押すと、黒背景に鮮やかな発光色で時刻やアラーム時間を示す新しいデザインの時計となった。

（第２の実施の形態の変形）
本発明の第２の実施の形態では、赤、緑、青の３色ＬＥＤを使用したが、白色が得られず、発色数も減少するが、２色ＬＥＤでも同様な効果が得られることは明らかである。とくに、背景色は黒であるので、２色ＬＥＤでも変化しないので、低コスト化のために、緑と赤のＬＥＤで構成し、緑と黄と赤の３色表示のカラー表示装置を作成できる。

また、本実施の形態で用いたＳＴＮ液晶素子の替わりに、駆動周波数により誘電率の差であるΔεの正負が変化する２周波ネマチック液晶を用いた９０゜ツイストのＴＮ液晶素子でも、応答性が良いので、本実施の形態と同様な効果が得られる。この場合、駆動波形は複雑になり、オンとオフで印加電圧ではなく、駆動周波数が変わるようになる。

また、本発明の実施の形態では、吸収型偏光板９の透過軸９ａと、反射型偏光板１０の透過軸１０ａの交差角を０゜としたが、背景色を調整するために、５゜〜１０゜にすることも可能である。

また、本発明のフィールド順次型表示装置では、光源部が点灯していない期間に、液晶シャッタ部も駆動を停止することで、メタリックシルバー表示となり、あたかもシャッタ
ーを閉じたようなデザイン的に優れたフィールド順次型のカラー表示装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態に示すフィールド順次型のカラー表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に示すフィールド順次型のカラー表示装置の配置関係を示す平面図である。 従来技術および本発明の第１の実施の形態で使用するフィールド順次型のカラー表示装置の構成を示す図面である。 従来技術および本発明の第１および第２の実施の形態で使用するフィールド順次型のカラー表示装置のブロック図である。 従来技術および本発明の第１の実施の形態で使用するフィールド順次型のカラー表示装置における光源部およびシャッタ部に印加される信号の波形図と液晶シャッタ部の光学応答特性を示す図面である。 本発明の表示作用を説明するための図面である。 本発明の第２の実施の形態で使用するフィールド順次型のカラー表示装置の構成を示す図面である。 本発明の第２の実施形態に示すフィールド順次型のカラー表示装置の配置関係を示す平面図である。

符号の説明

１ 光源部
２ 液晶シャッタ部
３ ＬＥＤボックス
４ ３色ＬＥＤ（赤、緑、青）
５ 拡散板
６ 表示セグメント
７ シャッタ制御回路
８ 光源駆動回路
９ 吸収型偏光板
９ａ 吸収型偏光板の透過軸
１０ 反射型偏光板
１０ａ 反射型偏光板の透過軸
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 配向膜（第１の基板側）
１５ａ 下液晶分子配向方向
１６ 配向膜（第２の基板側）
１６ａ 上液晶分子配向方向
１７ ネマチック液晶
２０ 導光板
２１ ＬＥＤエレメント
Ｄ データ信号
Ｃ コモン信号
Ｒ 赤光源（カラ−光源）
Ｇ 緑光源（カラ−光源）
Ｂ 青光源（カラ−光源）
Ｌｒ 赤光源信号
Ｌｇ 緑光源信号
Ｌｂ 青光源信号
Ｄｒ 赤表示時のデータ信号
Ｄｇ 緑表示時のデータ信号
Ｄｂ 青表示時のデータ信号
Ｄｃ 青緑赤表示時のデータ信号
Ｄｂｌ 黒表示時のデータ信号
Ｄｗ 白表示時のデータ信号
Ｔｒ 液晶シャッタの赤表示時の光学応答特性
Ｔｇ 液晶シャッタの緑表示時の光学応答特性
Ｔｂ 液晶シャッタの青表示時の光学応答特性
Ｔｗ 液晶シャッタの白表示時の光学応答特性
Ｔｂｌ 液晶シャッタの黒表示時の光学応答特性
ｆＲ サブフィールド
ｆＧ サブフィールド
ｆＢ サブフィールド

Claims (7)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持した液晶素子と、該液晶素子の裏面側に異なる波長の光を発光し、それぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源を有する光源部とを備え、該液晶素子は前記光源部が発光する光の透過率を制御し、サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させ、サブフィールドに対応して前記液晶素子を制御することにより多色表示を行うカラー表示装置であって、
   前記光源部と前記液晶素子との間には、光を反射する板を配置し、
   前記光源部の点灯時には、透過表示を行い、前記光源部が非点灯時には反射表示を行うことを特徴とするカラー表示装置。
2. 前記透過表示では、前記光源部の光を透過しカラー表示を行い、前記反射表示では、光を反射する板で反射した反射光による表示を行うことを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。
3. 前記光源部の点灯時に、前記液晶素子は開状態で、前記光源部の光を透過してカラー表示を行い、
   前記光源部が非点灯時には、前記液晶素子は開状態で、前記液晶素子の裏面側の色彩が見える表示を行うことを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。
4. 前記カラー光源と前記液晶素子との間には、拡散板を配置し、前記液晶素子の裏面側の色彩とは、前記拡散板の色彩であることを特徴とする請求項３に記載のカラー表示装置。
5. 前記光源部は導光板を備え、前記導光板の前記液晶素子側に前記拡散層を備え、前記導光板の裏面側には反射板を有していることを特徴とする請求項４に記載のカラー表示装置。
6. 前記液晶素子と前記カラー光源との間に、反射型偏光板を設けることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。
7. 前記液晶素子と複数の偏光板とで、液晶シャッタ部を構成し、前記複数の偏光板のうち、一つの偏光板が反射型偏光板であることを特徴とする請求項６に記載のカラー表示装置。

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