JP2008096481A - フィールドシーケンシャル液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 任意の背景色と任意の色のセグメント表示が可能で、かつ、表示ズレの生じないフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 前側液晶セル１１には、有効表示領域のほぼ全域を表示させる背景表示電極を、後側液晶セル１２には文字や図形などを表示させるセグメント電極を各々備え、さらに、上記した２つの液晶セル１１、１２は、バックライト３１のＲＧＢ各々の発光のタイミングに合せて同一部所をＯＮ、ＯＦＦさせることができるフィールドシーケンシャル液晶表示装置となっている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、２層構成の液晶セルを有するフィールドシーケンシャル液晶表示装置に関し、特に、白及び黒を含む任意の背景色に、白及び黒を含む色彩の文字や図形などを表示させることができる液晶表示装置に係る。

液晶表示装置では、黒色背景に白色の文字や図形を表示させるものをネガ表示、白色背景に黒色の文字や図形を表示させるものをポジ表示と呼んでいる。
また、ネガ表示の液晶表示装置には、黒色背景に白色以外の色彩で文字や図形を表示させるカラー液晶表示装置があるが、このカラー液晶表示装置としては、カラーフイルタを用いたもの、ネガ表示の液晶セルをフィールドシーケンシャル法でカラー化したものがある。

同様に、ポジ表示の液晶表示装置についても白色背景に黒色以外の色彩で文字や図形を表示させるものがあり、ポジ表示の液晶セルをフィールドシーケンシャル法でカラー化したものとなっている。

フィールドシーケンシャル法は、複数の色発光が可能な光源を備え、その色発光を順次発光させる動作を繰り返しながら、光源の発光タイミングに合せて液晶表示素子のオン、オフを行なうことにより、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。

このようなフィールドシーケンシャル法によってカラー化する液晶表示装置は、既に広く知られており、下記する特許文献１には、反強誘電性液晶を用いたネガ表示の液晶セルをフィールドシーケンシャル法でカラー化した液晶表示装置が開示されている。

また、下記する特許文献２には、２枚のＴＮ液晶セルを用いたネガ表示のフィールドシーケンシャルカラー液晶表示装置が開示されている。
なお、この特許文献２には、２枚の液晶セルを使用することによって良好な視野角特性が得られることが示されている。

さらに、下記する特許文献３には、ホモジニアス配向の液晶セルを用いたポジ表示のフィールドシーケンシャル液晶表示装置が開示されている。

特開２００４−２９１５４号公報 特開２００４−２９４８２４号公報 特開２００２−３０３８４６号公報

上記した特許文献１、２、３によって開示されているように従来のカラー液晶表示装置は、表示セグメントを白又は黒以外のカラー色で表示するが、背景色は白又は黒の単一色の表示となるものである。

そこで、本出願の発明者等は、表示セグメントを白又は黒以外のカラー色で表示させることに加えて、背景色も白や黒を含む任意のカラー色に表示させることができるカラー液晶表示装置を開発し、特願２００５−１５７７２７号として既に特許出願してある。

上記の特許出願によって提案された液晶表示装置は、フィールドシーケンシャル法を採用した液晶セル２層構成のカラー液晶表示装置として構成する他に、一方の液晶セルには、セグメント表示をするための通常の電極を設け、他方の液晶セルには、一方の液晶セルのセグメント表示電極部分を除いた領域の電極、いわゆる反転パターンを表示できる電極が設けてある。

そして、このカラー液晶表示装置は、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で光源を発光させ、その発光に同期させて２層構成の液晶セルの電極をＯＮ、ＯＦＦさせる構成となっている。

このカラー液晶表示装置は、背景を白や黒を含む任意のカラー色に表示できるなど斬新な表示を行なうことができるが、しかし、セグメント表示する一方の液晶セルと反転パターンを表示する他方の液晶セルとが重ね合わされた構成となっているために、斜め方向から見た場合に２枚の液晶セルの表示間に視差が生じてしまう。
この表示ズレは、液晶セルを形成するガラス基板が有限の厚さを有するかぎり発生するものであるから、見難い表示状態となってしまう。

そこで、本発明では、任意の背景色と任意の色のセグメント表示が可能で、かつ、表示ズレを解決したフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提案することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、２層構成とした２つの液晶セルと、この２つの液晶セルの両側に設けた偏光板と、前記液晶セルに入射させる複数の色発光の光源とを備えて、フィールドシーケンシャル駆動する液晶表示装置において、一方の液晶セルには、文字や図形などを表示させるセグメント電極を備え、他方の液晶セルには、有効表示領域のほぼ全域を表示させる背景表示電極を備え、さらに、前記２つの液晶セルは、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の両方の状態において互いに光学的に補償しあう関係に構成したことを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提案する。

第２の発明としては、第１の発明の液晶表示装置において、２つの液晶セルの同じ部所を同一のタイミングで電圧印加状態とするスタティック駆動、または、選択的に電圧印加状態とするマルチプレックス駆動する駆動制御手段を備えるフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提案する。

本発明に係る液晶表示装置によれば、任意の色のセグメント表示ができる他、背景色を任意に変えることができる。
その上、他方の液晶セルには、有効表示領域のほぼ全域を電極とする背景表示電極、つまり、ベタ表示電極を設けたので、２つの液晶セルの表示ズレが発生しない。

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、液晶表示装置が備える表示ユニットの構成例を示す断面図である。
この表示ユニットは、前側液晶セル１１、後側液晶セル１２、前側の偏光板１３、後側の偏光板１４とから構成してある。

なお、前側液晶セル１１と後側液晶セル１２とは、それらの間にスペーサーを設けてこれら２つの液晶セルを連結し、また、前側の偏光板１３は前側液晶セル１１に固着し、後側の偏光板１４は後側液晶セル１２に固着してある。

図示する如く、前側液晶セル１１は、透明電極１５、１６を形成した一対の透明基板（例えば、ガラス基板）１７、１８によって液晶１９を挟持している。
また、透明電極１５、１６は、それらが対向する面に配向膜２０、２１が設けてある。
なお、シール材２２は透明基板１７、１８の周囲を接着固定するもので、透明基板１７、１８の間に液晶１９を封入するものである。

後側液晶セル１２は、前側液晶セル１１と同様に、シール材２３によって接着固定して液晶２４を封入させた一対の透明基板（例えば、ガラス基板）２５、２６、透明基板２５、２６に設けた透明電極２７、２８、透明電極２７、２８の対向面に設けた配向膜２９、３０より構成してある。

また、上記した前側の偏光板１３と後側の偏光板１４は、図２（ａ）、（ｄ）に示す透過軸１３ａ、１４ａの通り直交ニコルの関係に配設してあり、さらに、上記した前側液晶セル１１と後側液晶セル１２とは、それらのラビング方向が図２（ｂ）、（ｃ）の如く設定してある。

すなわち、前側液晶セル１１の前側配向膜２０は図２（ｂ）に示すラビング方向２０ａに、後側配向膜２１は図２（ｂ）に示すラビング方向２１ａに各々設定してあり、また、後側液晶セル１２の前側配向膜２９は図２（ｃ）に示すラビング方向２９ａに、後側配向膜３０は図２（ｃ）に示すラビング方向３０ａに各々設定してある。

上記した前側液晶セル１１は、ＴＮ型液晶セルとして構成してあり、配向膜２０、２１として日産化学工業（株）製の水平配向膜ＳＥ−４１０を用い、レーヨン製のラビング布を使用して図２（ｂ）に示すようにラビングしてプレティルト角を付与してある。

さらに、透明基板１７、１８は、直径５μｍのギャップコントロール剤を介在させて重ね合せて接着固定し、これら透明基板１７、１８の間には、メルク（株）製の複屈折率△ｎが０．９５で、誘電率異方性が正（電圧印加により液晶分子が水平ツイスト配向から立ち上がる）の液晶材料にツイスト方向を決めるカイラル材を添加したものを液晶１９として封入してある。

後側液晶セル１２は、上記した前側液晶セル１１と同様の構成となっているが、ただ、前側液晶セル１１にはツイスト方向が右巻きとなるカイラル材を用いるが、後側液晶セル１２はツイスト方向が左巻きとなるカイラル材を用いている。

したがって、前側液晶セル１１と後側液晶セル１２はツイスト方向が反対で、図２（ｂ）、（ｃ）から分かるように、前側液晶セル１１の後側配向膜２１のラビング方向２１ａと、後側液晶セル１２の前側配向膜２９のラビング方向２９ａとが直交しているため、お互いに光学的に補償し合う関係となっている。

また、特に、これら前側液晶セル１１と後側液晶セル１２は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す透明電極を備えている。
すなわち、前側液晶セル１１の透明電極１５、１６は、図３（Ａ）に示したところの背景表示電極となっている。
具体的には、透明電極１５、１６は、シール材２２の内領域である有効表示領域全てを表示する、いわゆるベタ表示するための背景表示電極となっている。

後側液晶セル１２の透明電極２７、２８は、図３（Ｂ）に示したところのセグメント電極となっている。
すなわち、透明電極２７、２８は、文字や図形を示す一般の表示電極となっている。
なお、このセグメント電極を前側液晶セル１１に設け、上記した背景表示電極を後側液晶セル１２に設けるようにしてもよい。

一方、図４は本実施形態のフィールドシーケンシャル液晶表示装置を示すブロック図である。
なお、この図面では前側偏光板１３と後側偏光板１４については省略してある。

図示する如く、後側液晶セル１２の後方側には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色光を順次発光するバックライト３１が備えてある。
このバックライト３１のドライバー３２は２つの液晶セル１１、１２のドライバー３３と同期して駆動させるように同期コントローラ３４が設けてある。

上記したバックライト３１は、ＬＥＤやＣＣＦＬなどによって構成した公知の光源を用いることができ、また、フィールドシーケンシャル駆動法は、２層構成の液晶セルを除けば、上記した特許文献に記載された方法を用いることができ、また、上記した特許出願の液晶表示装置と同様に、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でバックライト３１を発光させ、その発光に同期させて前側液晶セル１１と後側液晶セル１２の電極をＯＮ、ＯＦＦさせる構成となっている。

次に、上記した液晶表示装置のカラー表示例について述べる。
なお、説明を簡単にするために、前側液晶セル１１の透明電極１５、１６を背景表示電極とし、後側液晶セル１２の透明電極２７、２８を数字表示に用いられる７セグメントのセグメント電極とし、さらには、各々の電極には図５に示したようにアルファベットのａからｈの記号を付けて説明する。

また、中間輝度を考慮しない場合はＲ、Ｇ、Ｂ三色光を投光するバックライト３１では、白と黒のカラーを含め８種類の色光を得ることができるから、７個のセグメント電極ａ〜ｇには７色光を、背景表示電極ｈには一つの色光を割り振った表示例について説明する。
なお、実際の表示では、７色を用いて数字の「８」を表示するのではなく、より多くのセグメントを用いて多種多様なカラー表示を行なうように構成する。

１． 第１の表示構成例
ネガ表示の代表例である黒下地にカラー表示させる構成例で、図６において、背景表示電極ｈによって黒色、セグメント電極であるａは白色、ｂは黄色、ｃはマゼンタ、ｄは赤色、ｅはシアン、ｆは緑色、ｇは青色に表示させる表示構成としてある。

すなわち、この表示構成例では、下記表１の通り、バックライト３１のＲＧＢ各々のＬＥＤが発光するタイミングで、セグメント電極と背景表示電極をＯＮ、ＯＦＦさせてカラー表示させる。

上記した第１の表示構成例の特徴は、ＲＧＢの各ＬＥＤ発光タイミングにおいても背景表示電極ｈについてはＯＦＦ状態として背景を黒色に保ち、各々のセグメント電極は、ＬＥＤの発光タイミングに合せてＯＮ、ＯＦＦさせて７色のカラー表示としている。

なお、電極のＯＮとは、２枚の液晶セル１１、１２がそれぞれ単独で通常のＴＮセルとして両面に平行ニコルの偏光板を配置したときに、白表示が得られるのに十分な電圧が液晶に印加された状態を表し、電極のＯＦＦとは、スタティック駆動においては液晶層に電圧が印加されない状態、マルチプレックス駆動では、２枚の液晶セル１１、１２がそれぞれ単独で通常のＴＮセルとして両面に平行ニコルの偏光板を配置したときに、黒色状態が確保できる電圧を印加した状態を表す。

２． 第２の表示構成例
ポジ表示の代表例である白下地にカラー表示させる構成例で、図６において、背景をベタ表示電極ｈによって白色、セグメント電極であるａは黒色、ｂは青色、ｃは緑色、ｄはシアン、ｅは赤色、ｆはマゼンタ、ｇは黄色に表示させる表示構成としてある。

すなわち、この表示構成例では、下記表２の通り、バックライト３１のＲＧＢ各々のＬＥＤが発光するタイミングで、セグメント電極と背景表示電極をＯＮ、ＯＦＦさせてカラー表示させる。

この第２の表示構成例の特徴は、ＲＧＢの各ＬＥＤ発光タイミングにおいても背景表示電極ｈについてはＯＮ状態として背景を白色に保ち、各々のセグメント電極は、ＬＥＤの発光タイミングに合せてＯＮ、ＯＦＦさせて７色のカラー表示としている。
なお電極のＯＮ、ＯＦＦの定義は、上記した第１の表示構成例と同じである。

また、背景表示電極ｈがＯＮ状態であると、セグメント電極ａ〜ｇは、背景表示電極ｈの影響を受けて表示できないと考えがちであるが、背景表示電極ｈのＯＮと同じタイミングでセグメント電極をＯＮにすれば、２枚の液晶セル１１、１２がお互いに補償し合って黒表示となる。

例えば、セグメント電極ａは、背景表示電極ｈに対してＲＧＢの各ＬＥＤの発光タイミングでＯＮ状態となって黒表示となる。
他のセグメント電極はこれの応用で、各色の発光タイミングで背景表示電極ｈと同じ状態、すなわち、ＯＮ状態であれば、その発光色は遮光し、背景表示電極ｈと異なる状態、すなわち、ＯＦＦ状態であれば、その発光色を透過することになり、この組み合わせで白色背景に７色の表示色を実現している。

３． 第３の表示構成例
この第３の表示構成例は、白又は黒以外の背景色とするもので、バックライト３１のＲＧＢのうちのどれか一つの色を背景色とする構成となっている。

例えば、下記表３のようにバックライト３１の発光と電極ａ〜ｈのＯＮ、ＯＦＦタイミング設定とすれば、図６において、背景表示電極ｈによって青色、セグメント電極であるａは黄色、ｂは白色、ｃは赤色、ｄはマゼンタ、ｅは緑色、ｆはシアン、ｇは黒色に表示させるように構成することができる。

４． 第４の表示構成例
この第４の表示構成例は、ＲＧＢのうち二つの色の混色を背景色とする構成となっている。

例えば、下記表４のようにバックライト３１の発光と電極ａ〜ｈのＯＮ、ＯＦＦのタイミングを設定すれば、図６において、背景表示電極ｈによってシアン、セグメント電極であるａは赤色、ｂはマゼンタ、ｃは黄色、ｄは白色、ｅは黒色、ｆは青色、ｇは緑色に表示させることができる。

５． 第５の表示構成例
この第５の表示構成例では、セグメント電極による表示色を変えないで背景色を変える構成となっている。

例えば、バックライト３１のＬＥＤ発光と各電極ａ〜ｈのＯＮ、ＯＦＦのタイミングを下記表５のように設定すれば、図６において、セグメント電極ａ〜ｇの全てを赤色、つまり、セグメント表示である「８」の字を赤色表示とし、背景表示電極ｈによって白色背景とすることができるが、ＬＥＤの発光と各電極ａ〜ｈのＯＮ、ＯＦＦタイミングを下記表６のように設定すれば、赤色のセグメント表示を変えずに青色の背景色に変えることができる。

上記した表５及び表６より分かるように、表示させたい色に対応するＬＥＤが発光しているタイミングのみ、セグメント電極ａ〜ｇと背景表示電極ｈとが異なる表示状態となる。

以上、上記した表示構成例では、ＴＮセル２層構成の液晶表示装置について説明したが、その他に、垂直配向型セルやＳＴＮ型セル、さらには、強誘電姓液晶セルなどであっても、液晶層がＯＮ状態及びＯＦＦ状態でお互いに補償し合う関係を満足すれば上記した表示構成例と同様に実施することができる。

一例として、垂直配向型セルを用いる場合のセル構成について図７に示す。
図示する如く、２枚の液晶セルの両側に直交ニコルの関係を有する偏光板を設け、前側偏光板は図７（ａ）に示す透過軸５０ａ方向に、後側偏光板は図７（ｄ）に示す透過軸５３ａ方向に定める。
また、前側液晶セルは、前側基板のラビング方向を図７（ｂ）に示す５１ａ方向に、後側基板のラビング方向を図７（ｂ）に示す５１ｂ方向に定め、後側液晶セルは、後側基板のラビング方向を図７（ｃ）に示す５２ａ方向に、前側基板のラビング方向を図７（ｃ）に示す５２ｂ方向に定める。

この図７より分かる通り、２枚の液晶セルに電圧が印加されたときに、液晶分子が直交する方向に倒れこむ関係となっている。
さらに、液晶層にカイラル材を入れ、電圧印加時には液晶分子が倒れこみながらツイストするようにする場合は、それぞれの液晶層が同じカイラルピッチで、ツイスト方向が反対になるようにすればよい。

上記したように、本発明は、２枚の液晶セルがお互いに補償し合う原理を用いたので、任意の背景色に７色のセグメント表示させることができる液晶表示装置となる。

具体的には、２層構造セルを有する従来の液晶表示装置は、一方のセルの電極位置には他方のセルの電極が存在しない構成となっているため、電極のＯＮ−ＯＦＦ又はＯＦＦ−ＯＦＦの組み合わせによって表示動作させているが、本発明では、ＯＮ−ＯＮの組み合わせについても利用して表示動作させることが特徴となっている。

フィールドシーケンシャル駆動の液晶表示装置として利用することができる。

２層構成の液晶表示ユニットを示す簡略図である。 上記液晶表示ユニットが備える偏光板の透過軸方向と液晶セルのラビング方向とを示した図である。 図３（Ａ）は上記した液晶表示ユニットの前側液晶セルに設けた透明電極、図３（Ｂ）はその後側液晶セルに設けた透明電極を各々示す図である。 上記液晶表示ユニットを備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置のブロック図である。 図５（Ａ）は前側液晶セルの透明電極が背景表示電極であることを説明するための図、図５（Ｂ）は後側液晶セルの透明電極がセグメント電極であることを説明するための図である。 カラー表示状態を説明するための説明図である。 垂直配向型セルを用いて実施する場合の偏光板の透過軸方向と液晶セルのラビング方向とを示した図である。

符号の説明

１１ 前側液晶セル
１２ 後側液晶セル
１３ 前側の偏光板
１４ 後側の偏光板
１５、１６ 透明電極（背景表示電極）
１７、１８ 透明基板
１９ 液晶
２０、２１ 配向膜
２４ 液晶
２５、２６ 透明基板
２７、２８ 透明電極（セグメント電極）
２９、３０ 配向膜
３１ バックライト

Claims (2)

1. ２層構成とした２つの液晶セルと、この２つの液晶セルの両側に設けた偏光板と、前記液晶セルに入射させる複数の色発光の光源とを備えて、フィールドシーケンシャル駆動する液晶表示装置において、
   一方の液晶セルには、文字や図形などを表示させるセグメント電極を備え、他方の液晶セルには、有効表示領域のほぼ全域を表示させる背景表示電極を備え、
   さらに、前記２つの液晶セルは、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の両方の状態において互いに光学的に補償しあう関係に構成したことを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
2. 請求項１に記載した液晶表示装置において、
   ２つの液晶セルの同じ部所を同一のタイミングで電圧印加状態とするスタティック駆動、または、選択的に電圧印加状態とするマルチプレックス駆動する駆動制御手段を備えるフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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