JP2008216896A - 液晶表示素子およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィールドシーケンシャル駆動方式の液晶表示素子において視角特性を向上させる。
【解決手段】
基板の法線方向に重ねて配置された第１、第２の液晶セルであって、各ＴＮ液晶セルが、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列した液晶層を含み、液晶層のツイストの方向が同じである第１、第２のＴＮ液晶セルと、基板の法線方向に配置され、ツイストの方向が第１、第２のＴＮ液晶セルにおける液晶層のツイストの方向と逆向きであり、視角特性を補償する補償機構と、第１、第２のＴＮ液晶セルおよび補償機構を含む液晶セル構造の、基板の法線方向に関して両側にクロスニコル配置された２枚の偏光板と、複数の色の発光が可能なバックライトとを有する液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液晶表示素子およびその駆動方法に関し、特に、フィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動方式の液晶表示素子およびその駆動方法に関する。

カラー表示を行う液晶表示素子（ＬＣＤ）として、フィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動方式のＬＣＤ（明細書中ではＦＳＬＣＤと呼ぶこととする）が知られている。

一般的なＦＳＬＣＤの表示には時間分解混色表示方法（以下、時分混色法）を用いる。すなわち、マルチカラーバックライトを例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順で逐次点灯させて、その点灯タイミングと同期させて液晶セルの光シャッタをシンクロ動作させることによりＲＧＢそれぞれの単色、もしくはそれらの混色を人間の目に認識させる方法である。

ＦＳＬＣＤの使用において、例えば周囲環境が暗い場合やＬＣＤが振動する場合、または観察者の視線が高速に移動する場合、混色表示時に各色表示状態が人間の目に分離して観察される、いわゆるカラーブレーク現象が生じ、表示品位が著しく低下する。

出願人らは、特開２００５−０７０４４０号公報や特開２００６−１０６４３４号公報において、カラーブレーク現象を抑えるＦＳＬＣＤおよびその動作方法（明細書中ではカラーブレークレス駆動方式と呼ぶこととする）を提案している。

特開２００５−０７０４４０号公報 特開２００６−１０６４３４号公報

図１を参照して、従来例によるカラーブレークレスＦＳ駆動方式の液晶表示素子（ＬＣＤ）の概要を説明する。ここで説明する液晶表示素子は、主に、２つの液晶セルが基板の法線方向に並んだ構造を含む。２つの液晶セルとは、背景表示セルとしての機能を持つ上側液晶セル１０１と、表示セルとしての機能を持つ下側液晶セル１０２である。下側表示セル１０２の下方に配置されたマルチカラーバックライト１０３から、表示させたい複数の色、例えばＹ（イエロー）Ｃ（シアン）Ｍ（マゼンダ）の光を逐次点灯させる。その点灯タイミングとＴＮ液晶セルの光シャッタとをドライバ１０５、１０４を介して同期コントローラ１０６でシンクロ動作させることによって単色表示を行う。駆動方法の詳細は特開２００５−０７０４４０号公報中の段落「００４３」〜「００５５」等に記載されている。

図２に、液晶表示素子の電極パターン例ＥＰ１を示す。図示のように、数字の「８」状の０〜９まで表示可能な７セグメント表示を行う場合、表示セルに７セグメントの電極１ｓｇ〜７ｓｇを配置し、背景表示セルには表示セルの反転パターンの電極１ｂｃ１を配置する。なお、セル内の一つの基板に絶縁層を介した多層電極構造を形成すれば、１つのセルに表示セル、背景表示セル両方の機能を持たせることが可能である。

図３Ａに、図２で示した電極の電極パターンＥＰ１で、ノーマリホワイト表示型の液晶表示素子の概略構造（以下、セル配置例ＲＡ１と呼ぶこととする）を示す。例えば９０°左ねじれＴＮ（ツイストネマチック）液晶セル１１ａに背景表示セルとしての機能を持たせ、９０°右ねじれＴＮ液晶セル１１ｂに表示セルとしての機能を持たせるというように、２つのセルのツイスト（ねじれ）の方向が異なるようにセルを構成する。背景表示セル１１ａの上部に偏光板Ｐ１を、表示セル１１ｂの下部に偏光板Ｐ２を、背景表示セル１１ａと表示セル１１ｂとの間（計３枚）に偏光板Ｐ３を配置する。偏光板Ｐ１、Ｐ２が平行ニコルになるように透過軸を設定する。加えて、偏光板Ｐ１、Ｐ３ならびに偏光板Ｐ２、Ｐ３がそれぞれクロスニコルになるように透過軸を設定する。

なお、明細書、特許請求の範囲、図面、要約書におけるねじれの方向は、観察者Ｏから見た場合の方向とする。

駆動方式を説明する。バックライトから３色が順次発光するとする（１フレーム内に、サブフレームが３つ存在する）。背景色として１種類の色（色Ｘ）を用いるとすると、色Ｘがバックライトから発せられるサブフレームに同期して、背景表示セルが色Ｘを通すように電圧を制御する。一方、表示セルにおいて、各セグメントが各サブフレームと同期してバックライトからの色を表示できるように各セグメント電極の電圧を制御する。

図２に示した電極パターン例ＥＰ１を用いた液晶表示素子においては、表示セルと背景表示セルとの間に物理的な距離（表示セルに形成された電極と背景表示セルに形成された電極との間にガラス基板などが配置されるために生じる距離）が存在するため、液晶表示素子の表示領域を斜めから見た際に視差が生じ、表示領域が２重に観察されたり、立体的に観察されたりする場合がある。

本発明の目的は、ＦＳ駆動方式において表示品位を向上させると共に、背景色が任意に設定可能な液晶表示素子およびその駆動方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、基板の法線方向に重ねて配置された第１、第２の液晶セルであって、各ＴＮ液晶セルが、各々電極を備えて対向する一対の基板と、該一対の基板間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列した液晶層とを含み、該液晶層のツイストの方向が同じである第１、第２のＴＮ液晶セルと、前記基板の法線方向に配置され、ツイストの方向が前記第１、第２のＴＮ液晶セルにおける液晶層のツイストの方向と逆向きであり、視角特性を補償する補償機構と、前記第１、第２のＴＮ液晶セルおよび前記補償機構を含む液晶セル構造の、前記基板の法線方向に関して両側にクロスニコル配置された２枚の偏光板であって、透過軸または吸収軸の方向が、共に、該第１、第２のＴＮ液晶セルの各々厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と略４５°の角度を為すように配置された偏光板と、複数の色の発光が可能なバックライトとを有する液晶表示素子が提供される。

本発明の他の観点によれば、基板の法線方向に重ねて配置された第１、第２の液晶セルであって、各ＴＮ液晶セルが、各々電極を備えて対向する一対の基板と、該一対の基板間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列した液晶層とを含み、該液晶層のツイストの方向が同じである第１、第２のＴＮ液晶セルと、前記基板の法線方向に配置され、ツイストの方向が前記第１、第２のＴＮ液晶セルにおける液晶層のツイストの方向と逆向きであり、視角特性を補償する補償機構と、前記第１、第２のＴＮ液晶セルおよび前記補償機構を含む液晶セル構造の、前記基板の法線方向に関して両側にクロスニコル配置された２枚の偏光板であって、透過軸または吸収軸の方向が、共に、該第１、第２のＴＮ液晶セルの各々厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と略４５°の角度を為すように配置された偏光板と、複数の色の発光が可能なバックライトとを有する液晶表示素子の駆動方法であって、１フレームを複数のサブフレームに分割して、前記第１、第２のＴＮ液晶セルと前記バックライトとの動作タイミングを同期させて駆動させるフィールドシーケンシャル駆動により１フレームで２色以上のマルチカラー表示を行うことが可能な液晶表示素子の駆動方法が提供される。

ＦＳ駆動方式の背景色が任意に設定可能な液晶表示素子において表示品位を向上させる。

発明者らは、従来例の改良として、電極パターンを工夫した液晶表示素子を作成した。

図４に、その電極パターン例ＥＰ２を示す。表示セルの電極構成はパターン例１と同様である。背景表示セルの電極構成はパターン例ＥＰ１と異なり、枠（もしくは表示領域）のほぼ全面に電極が形成された、いわゆる全面電極１ｂｃ２である。

電極パターン例ＥＰ２を用いる場合、表示セル、背景表示セルを重ねた状態でそれぞれを単独で動作させた場合に明暗表示を実現できねばならない。

セル配置例ＲＡ１（ノーマリホワイト表示型）の構造で、パターンＥＰ２の電極を有する場合について説明する。背景表示セルには全面電極が形成されているため、背景表示セルに電圧を印加して暗表示にすると、表示セルの各セグメント電圧をいくら制御しても全暗表示となってしまう。

図３Ｂに、図４で示した電極パターン例ＥＰ２を有し、ノーマリブラック表示である液晶表示素子のセル配置例ＲＡ２を示す。セル配置例ＲＡ１と異なるのは、背景表示セル１２ａと表示セル１２ｂとの間の偏光板が無く、液晶のツイスト方向が逆向きで、背景表示セル１２ａの液晶層中央分子と表示セル１２ｂの液晶層中央分子との配向方向が互いに９０°ずれている点である。

セル配置例ＲＡ２の構造を持つ液晶表示素子であれば、パターンＥＰ２のように、背景表示セルに全面電極を形成した場合でも、背景表示セル、表示セルそれぞれを単独駆動させた場合に９０°のツイストが消滅して明状態となることにより明暗表示が可能である。

以下、明細書中では上記の液晶表示素子を参考例と呼ぶこととする。

参考例による液晶表示素子は、２つのＴＮ液晶セルを駆動させ、背景に任意の色を表示でき、かつカラーブレーク現象、２重写りなどを防止することができる。

ただし、背景表示セル、表示セルにおける液晶層中央分子（セルの厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子）の配向方向が互いに９０°ずれていることにより、最良視認方位が約９０°ずれる現象が生じる。

発明者らは、参考例における、背景表示セルおよび表示セルの等透過率曲線（各々電圧３Ｖｒｍｓ印加時の明表示状態）をシミュレーションにより算出した。シミュレータとして、シンテック製のＬＣＤシミュレータであるＬＣＤＭＡＳＴＥＲ６．０を用いた。

シミュレーション条件は次の通りである。

（条件１）
・ＴＮ液晶セルのリタデーション：約４９０ｎｍ
・表示セルのツイスト角度：左９０°
・背景表示セルのツイスト角度：右９０°
・液晶材料：メルク製ＺＬＩ−４７９２
・偏光板：ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔ
図５Ａおよび図５Ｂに、シミュレータにより算出した、参考例による液晶表示素子の表示領域における等透過率曲線を示す。等透過率曲線は外側から透過率５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％を示す。図５Ａが表示セルに３Ｖｒｍｓの電圧を印加した場合（この際、背景表示セルは電圧無印加である）の透過率曲線を示し、図５Ｂが背景表示セルに３Ｖｒｍｓの電圧を印加した場合（この際、表示セルは電圧無印加）の透過率曲線を示す。

図５Ａ、図５Ｂに示すように、２つのセルの視角特性が約９０°ずれていることが確認できる。特に、図５Ｂに示した背景表示セルの視角特性が、図中１８０°−０°方位（９時−３時方位）において非対称であることが分かる。

発明者らは、視角特性を向上させる観点に着目して、実施例による液晶表示素子を発案した。

図６に、実施例（ＯＡ１）による液晶表示素子の概要斜視図を示す。図示のように、３つのＴＮ液晶セルが基板の法線方向に並ぶ。３つのセルを図中下（観察者Ｏ側）から説明すると、表示セルとしての機能を持つ右ねじれ９０°ＴＮ液晶セル１３ｂ、背景表示セルとしての機能を持つ右ねじれ９０°ＴＮ液晶セル１３ａ、視角特性を補償する補償セルとしての機能を持つ左ねじれ９０°ＴＮ液晶セル１３ｃが順に配置される。液晶中央分子の配向方向は、図中下のセルから順に、９０°、９０°、０°である。上記３つのセルを含むセル構造の下側に配置された偏光板の透過軸方向は１３５°−３１５°、セル構造の上側に配置された偏光板の透過軸方向は４５°−２２５°である。

図６に示したセル配置構造の液晶表示素子が良好な視角特性を持ち、狙い通りの動作を行うことが出来るかについて、シンテック製ＬＣＤＭＡＳＴＥＲ６．０を用いてシミュレーションを行った。計算条件は次の通りである。

（条件２）
・液晶材料：ＺＬＩ−４７９２
・セル厚：４．９μｍ
・セルのリタデーション：４９０ｎｍ
・プレチルト角（基板方向に対する電圧無印加時の液晶分子の角度）：１°
・偏光板：ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔ
図７Ａ、図７Ｂにシミュレーション結果を示す。

図７Ａに、実施例による液晶表示素子の全ＴＮ液晶セルが電圧無印加時の場合（明表示）の等透過率（輝度）曲線を示す。なお、等透過率曲線の示し方は参考例の場合と同様である。図示のように、上下、左右がそれぞれほぼ対称な等透過率曲線が認められ、良好な視角特性が得られることが分かる。

図７Ｂに、実施例の液晶表示素子の表示セルおよび背景表示セルに、方形波５ＶｒｍｓのＯＮ電圧を印加した場合（明表示）の等透過率曲線を示す。図示のように、左右の視角特性の多少の差は見受けられるが、参考例のように最良視認方位が９０°ずれる現象は生じていない。なお、参考例と実施例とでシュミュレーション時の印加電圧が異なっているが、実質的な差異を示すものではない。

図８Ａ〜図８Ｄに、実施例によるＴＮ液晶セルのコントラスト比の分布を示す。コントラスト比は、表示セル、背景表示セルのうち一方のＴＮ液晶セルの電圧を固定（ＯＦＦもしくはＯＮ）し、他方のＴＮ液晶セルをＯＮ／ＯＦＦした場合の明暗表示から導出した。各図中の等コントラスト曲線は、一番外側の線をコントラスト比１とし、内側に向かうに従ってコントラスト比５、１０、２０、５０、１００、２００、３００を示す。図８Ａ〜図８Ｄにおける電圧印加条件は次の通りである。なお、ＯＮ電圧は５Ｖｒｍｓ、ＯＦＦ電圧は０Ｖである。

（電圧印加条件）
・図８Ａ−表示セルＯＮ／ＯＦＦ、背景表示セルＯＦＦ
・図８Ｂ−表示セルＯＦＦ、背景表示セルＯＮ／ＯＦＦ
・図８Ｃ−表示セルＯＮ／ＯＦＦ、背景表示セルＯＮ
・図８Ｄ−表示セルＯＮ、背景表示セルＯＮ／ＯＦＦ
図８Ａ〜図８Ｄにおいて、種々の電圧印加（動作）条件で視角特性が参考例に対して良好な対称性、特に、左右、上下方向の視角特性が良好な対称性を有していることが確認できる。

図９に、シミュレータにより算出した、実施例による液晶表示素子ならびに比較のための単一ＴＮ液晶セルの、正面観察時における電圧−透過率特性を示す。単一ＴＮ液晶セルは、上下にクロスニコルの偏光板を配置した右ねじれ９０°のＴＮ液晶を一つ用いた構成とし、材料その他の条件は（条件２）と同様である。図中ＡおよびＢの曲線が、同一の特性曲線を描いている。従って、実施例による３つのＴＮ液晶セルを用いた場合の電気光学特性と、単一ＴＮ液晶セルを用いた場合の電気光学特性とが同一であり、実施例による液晶表示素子が表示素子としての機能を十分果たしていると言える。

図９中Ｃの曲線は、実施例による液晶表示素子中の表示セルもしくは背景表示セルのどちらか一方にＯＮ電圧５Ｖｒｍｓを印加した状態で、他方のセルに電圧を加えたときの電圧−透過率特性を示す。図中曲線Ｃが示すように、透過率は印加電圧２Ｖｒｍｓ付近で立ち上がり、印加電圧４Ｖｒｍｓ付近で飽和状態に近づく。このように、実施例による液晶表示素子は、表示セル、背景表示セルの一方をＯＮした場合にノーマリブラック（ネガ表示）の素子として十分使用可能なことを示している。

上記のように、ねじれの方向が同一の、有効表示領域を画定するための２つのＴＮ液晶セルと、２つのＴＮ液晶セルとねじれの方向が逆向きの補償セルとが液晶セル構造を形成した実施例により、カラーブレークを起こさず、視認性も良好な液晶表示素子を実現できる。

（変型例１および変型例２）
図１０Ａ、図１０Ｂに、実施例の変型例１（ＯＡ２）、変型例２（ＯＡ３）による液晶表示素子の概略図を示す。図１０Ａに示す変型例１において、各ＴＮ液晶セルのツイストの方向と機能は実施例のままで、補償セル１４ｃが表示セル１４ｂと背景表示セル１４ａとの間に配置される。偏光板Ｐ１、Ｐ２については実施例と同様である。図１０Ｂに示す変型例２において、ＴＮ液晶セルのツイストの方向と機能は実施例のままで、補償セル１５ｃが２つのＴＮ液晶セル１５ａ、１５ｂの下に配置される。偏光板の配置および透過軸の方向は実施例と同様である。

図１１Ａ、１１Ｂに、変型例１の表示状態を実施例と同様の条件（条件２）でシミュレーションした結果を示す。

図１１Ａは、電圧無印加時（明表示）における液晶表示素子の等透過率曲線を示す。等透過率曲線の示し方は実施例と同様である。図示のように、実施例と同様に良好な視角特性を示している。

図１１Ｂは、表示セル、背景表示セル共にＯＮ電圧５Ｖｒｍｓを印加した場合（明表示）における液晶表示素子の等透過率曲線を示す。図示のように、良好な視角特性を示しており、特に左右の対称性が良好である。

図１２Ａ〜図１２Ｄに、変型例１によるＴＮ液晶セルのコントラスト比の分布を示す。電圧の印加条件は、図１２Ａ〜図１２Ｄがそれぞれ順に図８Ａ〜図８Ｄに対応している。図１２Ａ、図１２Ｂならびに図１２Ｃ、図１２Ｄをそれぞれ比較すると、左右の視角特性に多少の差が観察されるが、これは表示セルと背景表示セルとの間に補償セルが配置されていることにより、表示セルと背景表示セルとの間に距離が生じているのが原因と思われる。このように電圧印加状態で視角特性に若干差が見られるものの、参考例のように９０°視認方向がずれる現象は生じないため、参考例よりも視認性に優れていると言えよう。

変型例２の視角特性については、実施例で示した図７Ａ、図７Ｂおよび図８Ａ〜図８Ｄと同様のシミュレーション結果が得られた。

発明者らは、シミュレーション計算時のセル条件をベースに実際に液晶表示素子を作製して表示状態の概観を目視により観察し評価した。表示セル、背景表示セルはセル厚２μｍ、リタデーション約４４０ｎｍで右ねじれ９０°ツイストとした。補償セルはセル厚２μｍ、リタデーション４４０ｎｍで左ねじれ９０°ツイストとした。それ以外は実施例、変型例１および変型例２のシミュレーション条件と同様とした。

観察の結果、正面、左右の視角特性とも計算結果と同様の動作、表示が得られた。

続いて、実施例もしくは変型例に対してＦＳ駆動を行って表示をさせる駆動方法について説明する。発明者らは、上記外観観察した液晶表示素子ＬＣＤ−Ｐ（実施例、変型例１、変型例２のいずれかによる液晶表示素子を明細書中ではＬＣＤ−Ｐと呼ぶこととする）を用いて、特開２００５−０７０４４０号公報で示したカラーブレークレスＦＳ駆動方式を適用した場合、任意のカラー表示が可能かについて検証（表示テスト）を行った。

表示テストにおいて表示するのは、図４で示したセグメント電極１ｓｇ〜７ｓｇと、全面電極１ｂｃ２とが画定する表示領域である。

図１３に、液晶表示素子ＬＣＤ−Ｐの表示の一例を示す。図示のように、数字の「８」を７つに分けたセグメント電極のうちの３つと全面電極とが画定する表示領域２ｄ、５ｄ、７ｄがマゼンダ色を表示し、セグメント電極のうち別の３つと全面電極とが画定する表示領域１ｄ、３ｄ、６ｄが黄色を表示し、セグメント電極のうち残りの１つと全面電極とが画定する表示領域４ｄ並びに全面電極が画定する表示領域１ｄｂがシアン色を表示するようにＴＮ液晶セルを駆動する。

（表示テスト１）
フレーム周波数を６０Ｈｚ（１フレーム１６．６ｍｓ）として、バックライト、表示セル、背景表示セルを同期させて駆動する。１フレームをさらに３つのサブフレームに分割し（１つのサブフレームの時間は５．５３ｍｓ）、各サブフレームが切り替わる時に指定された動作を行うようにＴＮ液晶セルに電圧を印加する。バックライトは１つのサブフレーム内で指定された色を点灯させるように制御するが、サブフレームが切り替わった瞬間から約２．５ｍｓ後に光源を点灯させ、Ｙ（黄）Ｂ（青）Ｍ（マゼンダ）のいずれか１色を出射するように制御する。

図１４に、表示セル、背景表示セルの各電極への信号のＯＮ／ＯＦＦ、及びバックライトの点灯色を各サブフレームでどのように入力するかを表として示す。ＯＮの場合にＴＮ液晶セルに印加する電圧は５Ｖｒｍｓ、ＯＦＦの場合は０Ｖとする。

表示セルに形成された各セグメント電極１ｓｇ〜７ｓｇの各々と、背景表示セルに形成された全面電極１ｂｃ２とを組み合わせた場合、どちらか一方のセルがＯＮで、他方がＯＦＦである時には、液晶表示素子ＬＣＤ−Ｐはバックライトの点灯色を遮光する。両方のセルがＯＮもしくは両方のセルがＯＦＦの時にはＬＣＤ−Ｐはバックライトの光を透過する。このような駆動を行うことにより、色の２重写りや表示が立体に見える現象、およびカラーブレーク現象を抑えることが可能となる。

実際に、図１４に示した駆動方式を用いて液晶表示素子ＬＣＤ−Ｐに表示をさせたところ、図１３に示した表示が実現でき、左右の視角特性についても良好であった。カラーブレーク現象も観察上は見られなかった。

バックライトを点灯させるタイミングについて述べる。上記表示テストにおいてはサブフレームが切り替わってから約２．５ｍｓバックライトを点灯させない「ブランク」時間を設けた。これはＴＮ液晶セルの電気光学応答によって調整する必要がある。上記表示テストにおいて使用したＴＮ液晶セルの応答時間は立ち上がり、立下りとも２．５ｍｓであったためブランク時間を同じ時間に設定したが、ブランク時間をさらに長く設定することはできる。

実際にブランク時間を３．０ｍｓ〜５．０ｍｓの間で変化させて表示状態を観察したが、表示輝度に多少の差が出る他は変化が無かった。輝度に関してはバックライトの出力を調整することで対応できる。

一方、ＴＮ液晶セルの応答時間よりも短くブランク時間を設定すると、表示輝度が向上する現象が見られたが、時間が短くなればなるほど表示した色と異なる色に変化する傾向が見られた。

検討の結果、ＴＮ液晶セルの応答時間が１サブフレーム以下という条件において、ブランク時間は１サブフレームの約２０％〜約９５％となるように設定すると概ね良好な表示状態が得られると推定される。

なお、一般的に液晶セルの応答時間は温度変化に対して変化する。低温になれば応答時間は長くなり、高温になれば応答時間は短くなる。液晶セルの応答時間の温度依存性に対してはブランク時間及びバックライト輝度を調整することで対応できるので、広い温度範囲で良好な表示状態が維持できるであろう。

（表示テスト２）
上記の実施例および変型例では、カラーブレークレス駆動方式の表示方法を説明したが、車載用ＬＣＤ等の、カラーブレークしないことが必須な製品以外の素子用途には、従来技術の説明において記載した時分混色法を用いても良い。

図１５に、図４で示した表示セル、背景表示セルの各電極への信号のＯＮ／ＯＦＦ、及びバックライトの点灯色を各サブフレームでどのように入力するかを表として示す。フレーム時間、サブフレーム時間、サブフレーム数、ブランク時間は図１４に示したカラーブレークレス駆動方式と同様である。

表示セルに形成された各セグメント電極１ｓｇ〜７ｓｇの各々と、背景表示セルに形成された全面電極１ｂｃ２とを組み合わせた場合、どちらか一方のセルがＯＮで、他方がＯＦＦである時には、液晶表示素子ＬＣＤ−Ｐはバックライトの点灯色を遮光する。両方のセルがＯＮもしくは両方のセルがＯＦＦの時にはＬＣＤ−Ｐはバックライトの光を透過する。

時分混色法を用いて図１３に示した色を再現する場合には、複数のサブフレームで各バックライトの色を透過し、混色による表示を行う。

図１５に示した駆動方式により、カラーブレーク現象は認められるものの、図１３に示す液晶表示が視認性よく実現可能であることを確認した。なお、ブランク時間の設定範囲については表示テスト１と同様である。

表示テスト２により、時分混色法による駆動方法についても実施例および変型例が適用できることが分かった。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、表示セル、背景表示セルを左ねじれ、補償セルを右ねじれとしても上下左右の視角特性に変化は無いであろう。

また、補償セルの代わりに、補償セルと同等な光学的特性を有する液晶性ポリマーによる光学フィルム（例えばポラテクノ製Ｔｗｉｓｔａｒ）を用いて視角補償が可能である。

さらに、上記シミュレーションおよび表示テストでは、駆動波形が矩形波であるスタティック駆動により駆動させたが、マルチプレックス駆動方式にも適用可能であろう。ただし、マルチプレックス駆動方式の場合、そのｄｕｔｙ比によって応答速度が大きく変わる傾向があるので注意が必要である。例えば、１／４ｄｕｔｙ、１／３ｂｉａｓでＯＮ電圧を６．２ＶとしたときにはＴＮ液晶セルの立ち上がり時間が２．５ｍｓ、立ち下がり時間が５ｍｓであった。１サブフレームの時間は約５．５３ｍｓであるから動作可能である。この駆動電圧の条件でカラーブレークレス駆動方式、時分混色法のそれぞれについて液晶表示素子ＬＣＤ−Ｐの表示テストを行ったが、良好な視角特性を実現できた。

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自明であろう。

図１は、液晶セルを２つ用いたＦＳ駆動方式の液晶表示素子の概念図である。 図２は、液晶表示素子の電極パターン例である。 図３Ａは、ＴＮ液晶セルを２つ用いたノーマリブラック表示の液晶表示素子の概略斜視図であり、図３ＢはＴＮ液晶セルを２つ用いたノーマリホワイト表示の液晶表示素子の概略斜視図である。 図４は、液晶表示素子の電極パターン例である。 図５Ａおよび図５Ｂは、シミュレータにより算出した、参考例による液晶表示素子の表示領域における等透過率曲線である。 図６は、実施例による液晶表示素子の概要斜視図である。 図７Ａ、図７Ｂはシミュレーションにより導出した等透過率曲線である。 図８Ａ〜図８Ｄは、ＴＮ液晶セルのコントラスト比の分布である。 図９は、シミュレータにより算出した、実施例による液晶表示素子ならびに比較のための単一ＴＮ液晶セルの、電圧−透過率特性である。 図１０Ａ、図１０Ｂは、実施例の変型例１、変型例２による液晶表示素子の概略図である。 図１１Ａ、図１１Ｂは、シミュレーションにより導出した変型例１の等透過率曲線である。 図１２Ａ〜図１２Ｄは、ＴＮ液晶セルのコントラスト比の分布である。 図１３は、実施例、変型例１および変型例２による液晶表示素子のいずれかを駆動させた場合の表示例である。 図１４は、表示テスト１において、表示セル、背景表示セルの各電極への信号のＯＮ／ＯＦＦ、及びバックライトの点灯色を各サブフレームでどのように入力するかについての表である。 図１５は、表示テスト２において、表示セル、背景表示セルの各電極への信号のＯＮ／ＯＦＦ、及びバックライトの点灯色を各サブフレームでどのように入力するかについての表である。

符号の説明

１ｂｃ１、１ｂｃ２ 背景電極パターン
１ｓｇ、２ｓｇ、３ｓｇ、４ｓｇ、５ｓｇ、６ｓｇ、７ｓｇ セグメント電極パターン
１ｄ、１ｄｂ、２ｄ、３ｄ、４ｄ、５ｄ、６ｄ、７ｄ 表示領域
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ （背景表示）ＴＮ液晶セル
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ （表示）ＴＮ液晶セル
１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ 補償セル
Ｏ 観察者
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 偏光板

Claims (10)

1. 基板の法線方向に重ねて配置された第１、第２の液晶セルであって、各ＴＮ液晶セルが、各々電極を備えて対向する一対の基板と、該一対の基板間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列した液晶層とを含み、該液晶層のツイストの方向が同じである第１、第２のＴＮ液晶セルと、
   前記基板の法線方向に配置され、ツイストの方向が前記第１、第２のＴＮ液晶セルにおける液晶層のツイストの方向と逆向きであり、視角特性を補償する補償機構と、
   前記第１、第２のＴＮ液晶セルおよび前記補償機構を含む液晶セル構造の、前記基板の法線方向に関して両側にクロスニコル配置された２枚の偏光板であって、透過軸または吸収軸の方向が、共に、該第１、第２のＴＮ液晶セルの各々厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と略４５°の角度を為すように配置された偏光板と、
   複数の色の発光が可能なバックライトと
   を有する液晶表示素子。
2. 前記第１、第２のＴＮ液晶セルの内、一方が表示を行う表示セル、他方が背景を表示する背景表示セルとしての機能を有し、
   前記補償機構が、各々電極を備えて対向する一対の基板と、該一対の基板間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列した液晶層とを含み、厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と、前記偏光板の透過軸または吸収軸とが略４５°の角度を為す第３のＴＮ液晶セルである請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記液晶分子のツイスト角度が各々略９０°であり、前記第１、第２および第３のＴＮ液晶セルの各々において、液晶層の厚さｄと液晶材料の複屈折率異方性Δｎの積であるリタデーションΔｎｄが約４９０ｎｍ以下である請求項１または２記載の液晶表示素子。
4. 前記第１、第２のＴＮ液晶セルの内、一方が表示を行う表示セル、他方が背景を表示する背景表示セルとしての機能を有し、
   前記補償機構が、液晶性ポリマーを材料とした光学フィルムである請求項１記載の液晶表示素子。
5. 前記液晶分子のツイスト角度が各々略９０°であり、前記第１、第２のＴＮ液晶セルの各々において、液晶層の厚さｄと液晶材料の複屈折率異方性Δｎの積であるリタデーションΔｎｄが約４９０ｎｍ以下である請求項４記載の液晶表示素子。
6. 前記第１、第２のＴＮ液晶セルの一方における電極が全面電極である請求項１〜５のいずれか１項記載の液晶表示素子。
7. 基板の法線方向に重ねて配置された第１、第２の液晶セルであって、各ＴＮ液晶セルが、各々電極を備えて対向する一対の基板と、該一対の基板間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列した液晶層とを含み、該液晶層のツイストの方向が同じである第１、第２のＴＮ液晶セルと、
   前記基板の法線方向に配置され、ツイストの方向が前記第１、第２のＴＮ液晶セルにおける液晶層のツイストの方向と逆向きであり、視角特性を補償する補償機構と、
   前記第１、第２のＴＮ液晶セルおよび前記補償機構を含む液晶セル構造の、前記基板の法線方向に関して両側にクロスニコル配置された２枚の偏光板であって、透過軸または吸収軸の方向が、共に、該第１、第２のＴＮ液晶セルの各々厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と略４５°の角度を為すように配置された偏光板と、
   複数の色の発光が可能なバックライトと
   を有する液晶表示素子の駆動方法であって、
   １フレームを複数のサブフレームに分割して、前記第１、第２のＴＮ液晶セルと前記バックライトとの動作タイミングを同期させて駆動させるフィールドシーケンシャル駆動により１フレームで２色以上のマルチカラー表示を行うことが可能な液晶表示素子の駆動方法。
8. 各々の画素（セグメント）又は背景表示領域では複数のサブフレームの内１つのサブフレームのみバックライトの光を透過するように前記第１、第２のＴＮ液晶セルの一方を動作させるか、もしくは両方同時に動作させる請求項７記載の液晶表示素子の駆動方法。
9. １フレームを３つのサブフレームに分割し、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のいずれかもしくはＹ（黄）Ｍ（マゼンダ）Ｃ（シアン）のいずれかを各サブフレームで点灯させ、
   前記各々の画素又は背景表示領域では単数又は複数のサブフレームでバックライトの光が透過するように前記第１、第２のＴＮ液晶セルの一方を動作させるか、もしくは両方同時に動作させる請求項７記載の液晶表示素子の駆動方法。
10. 前記サブフレームの各々で、サブフレーム開始からバックライトが点灯するまでの時間を１サブフレーム時間の約２０％〜約９５％に設定した請求項７〜９のいずれか１項記載の液晶表示素子の駆動方法。