JP2010014989A

JP2010014989A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2010014989A
Application number: JP2008175150A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Iwamoto; 宜久岩本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP5192302B2

Abstract

【課題】カラーブレークレスＦＳ駆動ができ、暗表示部分の光透過率低下によりコントラスト向上が図られた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、第１、第２偏光板に挟まれた表示セルと、第２、第３偏光板に挟まれドットマトリクス表示部を有するエリア指定セルと、マルチカラーバックライトと、駆動装置とを有し、駆動装置は、表示セルに定められ、複数の表示部分を含む表示パターンについて、各表示部分が１フレーム当たり１つのサブフレームでしか透光状態とならないよう、表示セル電極対への印加電圧を制御し、各サブフレームでそれに対応する色が点灯するようバックライトを制御し、さらに、エリア指定セルのドットマトリクス表示部内に定められ表示セルの表示パターンを内包する光透過領域を透光状態にするようエリア指定セル電極対への印加電圧を制御して、カラーブレークレスＦＳ駆動を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、コントラスト向上が図られた液晶表示装置に関する。

車載用情報表示装置や、カーオーディオの表示部等に、セグメント表示、またはセグメント表示に加えてドットマトリクス表示が可能な液晶表示装置が用いられる。セグメント表示部をカラー表示可能な液晶表示装置の１つとして、カラーフィルタの形成された液晶表示素子に、白色のバックライト光を照射する構成のものがある。

カラーフィルタを用いた液晶表示装置の短所としては、液晶表示素子のガラス基板上にカラーフィルタを形成する工程が必要なことや、各セグメントの表示色がカラーフィルタの色に限定されること等が挙げられる。

セグメント表示部をカラー表示可能な、他の液晶表示装置として、いわゆるフィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動を行うものがある。このような液晶表示装置では、液晶表示素子にカラーフィルタを形成しない代わりに、例えば赤緑青（ＲＧＢ）発光可能なマルチカラー発光ダイオード（ＬＥＤ）光源などにより構成されたマルチカラーバックライトを用い、点灯色を順次時間的に切り替えることにより、カラー表示を行う。

図８を参照して、従来のＦＳ駆動方法の具体例について説明する。図８は、各セグメントの入力信号と、バックライト点灯状態とを示すタイミングチャートである。液晶表示素子として、ノーマリーブラック型のものを想定している。

１つの画像を表示する時間的単位である１フレーム内に、バックライトがＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに点灯する３つのサブフレームＳＢ１〜ＳＢ３が設定されている。例えば、１フレームの長さは、ＮＴＳＣ規格に従った１６．７ｍｓであり、各サブフレームの長さは、１フレームを等間隔に３分割した５．５７ｍｓである。

なお、一般に、液晶表示素子は、印加電圧に対する応答がバックライトのそれに比べて遅いため、液晶表示素子がある程度応答するまでバックライトを点灯させないブランク時間を要する。

各サブフレームの切り替え直後から、ブランク時間Ｂが設けられている。ブランク時間Ｂの後、各サブフレームの終了時刻までが、サブフレームに対応する色のバックライトを点灯させるバックライト点灯時間Ｌとなっている。

サブフレーム動作を人間の目に認識されない速度（例えば約１６．７ｍｓ／フレーム、約５．５７ｍｓ／サブフレーム、約３ｍｓ／ブランク時間）で駆動させれば、狙い通りの、ちらつきの抑えられたカラー表示を実現可能である。図８に示す例で、セグメント１はＲとＧの混色である黄色、セグメント２はＲとＢの混色であるマゼンタ、セグメントｎはＧのみの緑の表示として、人間の目に認識される。

ただし、上述のＦＳ駆動方法（このＦＳ駆動方法を、後述するカラーブレークレスＦＳ駆動方法と区別する場合には、通常のＦＳ駆動方法と呼ぶこととする）では、特に観察者の周囲が暗い場合に、観察者の視線が表示素子から離れた時や、素子自体に振動が加わった場合など（例えば自動車内環境において）、通常状態では人間の目に認識されない、各サブフレームの画像が分離して観察されるカラーブレークと呼ばれる現象が現れる場合がある。この現象は、人間の心理的要因からあまり好ましい表示状態とはいえない。

カラーブレーク現象は、特に、白表示部分にはっきり現れることから、通常のＦＳ駆動方法において、１つのセグメント表示部にて複数のサブフレームで点灯動作が行われている場合、即ち白色、黄色やマゼンタなどの混色表示状態で顕著に確認されると考えられる。

カラーブレーク現象を低減する方法として、１フレーム内に白表示サブフレームを挿入する等の方法が提案されているが、このような方法でカラーブレーク現象を除去することはできない。

本願発明者らは、カラーブレーク現象を解消可能なＦＳ駆動方法（カラーブレークレスＦＳ駆動方法）を提案した（特許文献１参照）。この駆動方法の基本的な考え方は、１サブフレーム内において、バックライトの点灯色として原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のみではなく、混色（白やオレンジ等）も用い、各セグメント表示部においては１サブフレームでのみバックライト光を透過させることにより、カラーブレーク現象を生じさせない、というものである。

図９を参照して、カラーブレークレスＦＳ駆動方法の具体例について説明する。図９は、各セグメントの入力信号と、バックライト点灯状態とを示すタイミングチャートである。液晶表示素子として、ノーマリーブラック型のものを想定している。

この例では、１フレームが１６．７ｍｓであり、等間隔の３つのサブフレームを設定している。バックライト発光色は、第１のサブフレームで白色とし、第２のサブフレームでオレンジとし、第３のサブフレームで青としている。この駆動方法では、１フレーム内で可能な表示色は、サブフレーム数をＭとして、発光色Ｍに黒を加えたＭ＋１色となる。なお、各サブフレームの間隔は、バックライトの発光色に応じて変化させても良い。即ち、サブフレームは不等間隔でも動作可能である。

この例では、セグメント１で白表示を行い、セグメントｎでオレンジ表示を行い、セグメント２は暗表示のまま（黒表示）である。バックライトの点灯タイミングについて、通常のＦＳ駆動方法と同様に、サブフレーム切り替え直後、液晶表示素子の電気光学応答を待つため約３ｍｓのブランク時間Ｂを設けている。ブランク時間Ｂの後、サブフレームの終了まで、サブフレームに対応する色のバックライトを点灯させるバックライト点灯時間Ｌが設けられる。

なお、フレームごとにバックライト点灯色を可変にできるので、液晶表示素子の動作が明と暗の２値動作である場合は、上記通常ＦＳ駆動方法に比べて、表示色が大幅に増加可能であることは明白であろう。

このような動作を行うことにより、外観上狙い通りの、ちらつきの無いカラー表示を、カラーブレークなしに実現することが可能である。

特許３８９４３２３号公報

カラーブレークレスＦＳ駆動方法では、表示部分が明状態とされるのが、１フレーム当たり１サブフレームの期間に限られ、表示輝度を上げるのが難しい。例えば、表示背景の暗表示部分の光透過率を低下させて、コントラストを向上させる技術が望まれる。

なお、カラーブレークレスＦＳ駆動方法では、フレームごとにバックライト点灯色を可変にできる。背景の暗表示部分の光透過率が高いと、バックライトの点灯色が変化したとき、背景の色が変化して観察されることとなり、表示上好ましくない。

本発明の一目的は、カラーブレークレスＦＳ駆動ができ、暗表示部分の光透過率低下によりコントラスト向上が図られた液晶表示装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、第１の偏光板と、前記第１の偏光板の上方に配置され、該第１の偏光板に対してクロスニコル配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板の上方に配置され、該第２の偏光板に対してクロスニコル配置された第３の偏光板と、前記第１と第２の偏光板の間及び前記第２と第３の偏光板の間の一方に配置された垂直配向型液晶セルであり、セグメント表示及びドットマトリクス表示の少なくとも一方の表示を行い、複数の表示部分を含む表示パターンを表示する表示セルと、前記第１と第２の偏光板の間及び前記第２と第３の偏光板の間の他方に配置された垂直配向型液晶セルであり、ドットマトリクス表示を行うエリア指定セルと、複数色の光を点灯させるバックライトと、前記表示セルの表示パターンの各表示部分が１フレーム当たり１つのサブフレームでしか透光状態とならないよう、前記表示セルを制御するとともに、各サブフレームでその表示部分に対応する色が点灯するように前記バックライトを制御し、さらに、前記エリア指定セルのドットマトリクス表示部のうち、前記表示セルの前記表示パターンを内包する光透過領域を透光状態にし、該光透過領域の外側を遮光状態にするよう、前記エリア指定セルを制御して、カラーブレークレスフィールドシーケンシャル駆動を行う駆動装置とを有する液晶表示装置が提供される。

表示セルの表示パターンは、エリア指定セルの光透過領域に含まれ、観察者に対して明表示される。表示セルとそれを挟む上下偏光板で構成される第１の液晶表示素子と、エリア指定セルとそれを挟む上下偏光板で構成される第２の液晶表示素子とを考えたとき、表示セルの表示パターンの外側かつエリア指定セルの遮光状態の領域は、第１の液晶表示素子の遮光状態の光透過率と、第２の液晶表示素子の遮光状態の光透過率との積で見積もられる低い光透過率の暗表示となり、表示パターンに対し高いコントラストが得られる。

エリア指定セルの光透過領域は、表示セルの表示パターンを内包する大きさに設定されている。エリア指定セルの光透過領域の内側の領域かつ表示セルの表示パターンの外側は、エリア指定セルでは透光状態だが、表示セルでは遮光状態の領域なので、観察者に暗表示される。従って、観察者が観察する表示の縁を、表示セルの表示パターンの縁が画定する。

エリア指定セルの光透過領域が、表示セルの表示パターンと一致するような液晶表示装置を考えると、このような液晶表示装置では、光透過領域の縁及び表示パターンの縁の両方が、観察者が観察する表示の縁を画定する。このような液晶表示装置では、例えば、斜め観察時に視差に起因して、表示の縁が二重に見えるような不具合が発生しやすい。エリア指定セルの光透過領域が、表示セルの表示パターンを内包する大きさに設定されていることにより、例えばこのような不具合が抑制される。

図１を参照して、本発明の実施例の液晶表示装置の構造について説明する。図１は、実施例の液晶表示装置の概略斜視図である。

実施例の液晶表示装置は、上側及び下側の垂直配向型液晶セルＣＵ、ＣＬが積層された構造を有する。上側透明基板３（２３）に電極パターン４（２４）が形成され、電極パターン４（２４）を覆って、垂直配向膜５（２５）が形成されている。下側透明基板１３（３３）に電極パターン１４（３４）が形成され、電極パターン１４（３４）を覆って、垂直配向膜１５（３５）が形成されている。透明基板は例えばガラス基板であり、電極パターンは例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜からなる。

対向する上側透明基板３（２３）と下側透明基板１３（３３）との間に、誘電率異方性Δεが負の液晶材料からなる液晶層６（２６）が挟まれて、上側（下側）垂直配向型液晶セルＣＵ（ＣＬ）が形成される。

上側液晶セルＣＵは、例えば、液晶層６の層厚ｄが略２μｍで、厚さ断面内位相差（屈折率異方性Δｎと層厚ｄの積Δｎｄ）が略３００ｎｍである。下側液晶セルＣＬは、例えば、液晶層２６の層厚が略４μｍで、厚さ断面内位相差が略６００ｎｍである。

透明基板３（１３、２３、または３３）に平行な表示面を考え、表示面内に方位角を定義する。液晶表示装置を正面（表示面法線方向）から見たとき、右方向を０°方向（３時方向）とし、上方向を９０°方向（１２時方向）とし、左方向を１８０°方向（９時方向）とし、下方向を２７０°方向（６時方向）とする。

上側垂直配向膜５（２５）と、下側垂直配向膜１５（３５）とに、アンチパラレル配向となるように、ラビング処理が施されている。液晶層６（２６）の厚さ方向中央分子の表示面内配向方位が、９０°方向に設定されている。

上側液晶セルＣＵの上方に、吸収軸Ａｂ１を１３５°−３１５°方向とした上側偏光板１が配置され、上側液晶セルＣＵと下側液晶セルＣＬとの間に、吸収軸Ａｂ１１を４５°−２２５°方向とした中間偏光板１１が配置され、下側液晶セルＣＬの下方に、吸収軸Ａｂ３１を１３５°−３１５°方向とした下側偏光板３１が配置されている。つまり、上側偏光板１及び中間偏光板１１、中間偏光板１１及び下側偏光板３１は、それぞれ、吸収軸方位が９０°をなしてクロスニコル配置されている。偏光板１、１１、３１として、ヨウ素系偏光板（例えば住友化学製）を用いることができる。

このように、クロスニコル配置された上側偏光板１及び中間偏光板１１で上側垂直配向型液晶セルＣＵを挟んだ上側液晶表示素子ＤＵと、クロスニコル配置された中間偏光板１１及び下側偏光板３１で下側垂直配向型液晶セルＣＬを挟んだ下側液晶表示素子ＤＬとを積層した構造が形成されている。中間偏光板１１が、上下の液晶表示素子ＤＵ及びＤＬに共用されている。

さらに、上側液晶セルＣＵの上下、上側偏光板１と中間偏光板１１との間に、それぞれ、負の二軸光学異方性を有する視角補償部材２及び１２が挿入されている。視角補償部材２及び１２は、それぞれ、例えば、面内位相差が略４５ｎｍ、厚さ断面内位相差が略１２０ｎｍである。視角補償部材２の面内遅相軸Ｓｌ２、及び視角補償部材１２の面内遅相軸Ｓｌ１２は、それぞれ、隣接する上側偏光板１の吸収軸Ａｂ１、及び中間偏光板１１の吸収軸Ａｂ１１とほぼ平行に配置されている。

また、下側液晶セルＣＬと下側偏光板３１との間に、下側から、負の二軸光学異方性を有する視角補償部材３２ｂと、負の一軸光学異方性を有する視角補償部材３２ａを積層した視角補償部材が挿入されている。視角補償部材３２ｂは、例えば、面内位相差が略５０ｎｍ、厚さ断面内位相差が略２２０ｎｍであり、視角補償部材３２ａは、例えば、厚さ断面内位相差が略２２０ｎｍである。視角補償部材３２ｂの面内遅相軸Ｓｌ３２ｂは、隣接する下側偏光板３１の吸収軸Ａｂ３１とほぼ直交な方向に配置されている。

複数色（例えば赤、緑、及び青）の光源（例えば発光ダイオード）９を含むマルチカラーバックライト８が、下側偏光板３１の下方に配置され、上方に光を放出する。

駆動装置７及び２７が、それぞれ、上側液晶セルＣＵの上下電極４、１４への印加電圧、及び下側液晶セルＣＬの上下電極２４、３４への印加電圧を制御する。駆動装置４０が、カラーブレークレスフィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動が行われるように、バックライト８の発光状態を制御するとともに、バックライト８と、上側液晶セルＣＵの駆動装置７と、下側液晶セルＣＬの駆動装置２７とを同期制御する。なお、駆動装置７、２７、及び４０をまとめて、液晶表示装置の駆動装置と捉えることができる。

上下の垂直配向型液晶表示素子ＤＵ、ＤＬのそれぞれについて、暗表示時は、クロスニコル配置された偏光板とほぼ同等の低い光透過率（例えば、ヨウ素系偏光板で１×１０^−３％程度）が得られる。実施例の液晶表示装置は、垂直配向型液晶表示素子ＤＵ及びＤＬが積層されているので、両素子の暗表示時の低い光透過率の積で見積もられる非常に低い光透過率（例えば、ヨウ素系偏光板で（１×１０^−３％）×（１×１０^−３％）＝１×１０^−６％程度）が得られる。

また、上下の垂直配向型液晶表示素子ＤＵ、ＤＬは、中間偏光板１１を共通としているので、明表示時において、下側液晶表示素子ＤＬを透過した光が、少ないロスで上側液晶表示素子ＤＵに入射する。例えば、下側液晶表示素子ＤＬの光透過率が２５％程度であるとき、上下液晶表示素子ＤＵ及びＤＬの積層の光透過率を２０％程度確保することができる。

このように、実施例の液晶表示装置は、明表示の光透過率を確保したまま、暗表示の光透過率を非常に低くすることができ、コントラストの高い表示が得られる。さらに、例えば、カラーブレークレスＦＳ駆動において、バックライトの点灯色が変化したとき、表示背景の暗表示部分の色が変化して観察されることが抑制される。

次に、実施例による液晶表示装置の表示パターンについて説明する。実施例の液晶表示装置は、上側液晶表示素子ＤＵが、観察者に所望の表示パターンを表示し、下側液晶表示素子ＤＬが、所望の表示パターンよりも一回り大きな光透過領域を設定する。

所望の表示パターンを表示する上側液晶セルＣＵを、表示セルと呼ぶこととし、所望の表示パターンよりも一回り大きな光透過領域を設定する下側液晶セルＣＬを、エリア指定セルと呼ぶこととする。

図２（Ａ）は、表示セルの表示可能な領域である表示部を示す概略平面図である。表示面内に、赤表示される「ＳＴＡＮＬＥＹ」という１セグメントの表示部５０と、青表示される「Ｒ＆Ｄ」という１セグメントの表示部５１と、緑表示される２桁の７セグメント表示部５２とが配置されている。表示セルの上下電極は、重なり部分がこれらのセグメント表示部５０〜５２を構成するパターンに設計されている。

図２（Ｂ）は、エリア指定セルの表示可能な領域である表示部を示す概略平面図である。表示面内で表示セルの表示部５０〜５２を内包する大きさの領域内に、四角形のドット状表示部（画素）が行列状に配置されている。つまり、エリア指定セルの上下電極は、重なり部分がドットマトリクス表示部を構成するパターンに設計されている。図２（Ｂ）の例では、３８行×３８列の１４４４個の画素（ｓｅｇ１〜ｓｅｇ１４４４）が配置されている。

図３（Ａ）は、表示セルの表示部のうち明表示（光透過状態）にされる部分である表示パターンの例を示す概略平面図である。図２（Ａ）に示した「ＳＴＡＮＬＥＹ」という表示部分５０は暗表示のままにされ、「Ｒ＆Ｄ」という表示部分５１は青表示され、２桁の７セグメント表示部５２は「２４」という部分が緑表示される。

つまり、この例では、青い「Ｒ＆Ｄ」と緑の「２４」という文字から構成される表示パターンが、観察者に提供される所望の表示パターンとなる。表示部５０〜５２の外側は、電圧が印加されず常に暗表示（遮光状態）となる。

図３（Ｂ）は、エリア指定セルの表示部のうち明表示にされる部分である表示パターンの例を示す概略平面図である。エリア指定セルの表示パターンを、表示セルの所望の表示パターンと区別するために、エリア指定セルの光透過領域と呼ぶこととする。また、表示セルの所望の表示パターンを、単に表示パターンと呼ぶこととする。

表示セルの表示パターンの「Ｒ＆Ｄ」という部分より一回り大きい領域６０内の画素、及び、表示パターンの「２４」という部分より一回り大きい領域６１内の画素が、明表示にされている。つまり、表示面内で表示パターンを内包する領域６０及び６１が、エリア指定セルの光透過領域である。光透過領域の外側は、暗表示のままである。

表示セルの表示パターンの内側の領域は明表示であり、この領域は、エリア指定セルの光透過領域の内側でもあるので、所望の表示パターンが観察者に明表示される。

エリア指定セルの光透過領域の外側の領域は暗表示なので、観察者に暗表示される。この領域は、さらに表示セルでも暗表示の領域なので、エリア指定セルを含む液晶表示素子の暗表示での光透過率と、表示セルを含む液晶表示素子の暗表示での光透過率との積で見積もられる非常に低い光透過率を示す。表示パターンに対して、非常に高いコントラストが得られる。

なお、表示セルの表示パターンの外側かつエリア指定セルの光透過領域の内側の領域は、表示セルの暗表示の領域なので、エリア指定セルの光透過領域の外側に比べれば光透過率は高いものの、観察者に暗表示される。

表示パターンに対して非常に高いコントラストが得られる暗表示領域を広くするためには、エリア指定セルの光透過領域を、表示セルの表示パターンに近い形状にするのが好ましい。ただし、エリア指定セルの光透過領域と表示セルの所望の表示パターンとを一致させると、上下セルの位置合わせが困難となったり、視差による二重表示が発生したりする。

実施例の液晶表示装置では、表示面内で、エリア指定セルの光透過領域の縁から表示セルの表示パターンの縁までの最短距離を１．０ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲で確保する。

エリア指定セルの光透過領域内に表示パターンが配置されるように表示セルを位置合わせすればよくなるので、上下セルの位置合わせが容易になる。また、所望の表示パターンの縁を一方のセル（表示セル）が画定しているので、斜め観察時の視差に起因する二重表示も抑制される。

なお、光透過領域を表示パターンに近い形状とするために、表示面内において、エリア指定セルの光透過領域の縁から表示セルの表示パターンの縁までの最短距離は、３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。

さらに、エリア指定セルとしてドットマトリクス表示のものを採用したことにより、光透過領域の形状を高い自由度で設定することができる。表示セルの表示パターンを変化させたとき、それに応じた光透過領域を容易に設定できる。複数の、所望の表示パターンと光透過領域との対応関係を、駆動装置に記憶させ、表示パターンを別のものに切り替えたとき、対応するように光透過領域も切り替えることができる。

図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示す表示パターン（第２表示パターンと呼ぶこととする）は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示した表示パターン（第１表示パターンと呼ぶこととする）から切り替えられた表示パターンの例を示す。

図３（Ｃ）は、切り替えられた表示セルの表示パターンであり、「ＳＴＡＮＬＥＹ」という表示部分５０が暗表示から赤表示に切り替えられ、「Ｒ＆Ｄ」という表示部分５１が青表示から暗表示に切り替えられ、２桁の７セグメント表示部５２の「２４」という表示部分は緑表示のままである。

図３（Ｄ）は、切り替えられたエリア指定セルの表示パターンであり、「ＳＴＡＮＬＥＹ」という部分より一回り大きい領域６０Ａが光透過状態に切り替えられ、「Ｒ＆Ｄ」に対応する領域６０は暗表示に切り替えられ、「２４」に対応する領域６１はそのまま光透過状態である。

次に、第１表示パターンから第２表示パターンへ切り替え表示するカラーブレークレスＦＳ駆動方法について説明する。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ、第１表示パターン及び第２表示パターンの、カラーブレークレスＦＳ駆動方法のタイミングチャートである。表示セルの表示部分「ＳＴＡＮＬＥＹ」、「Ｒ＆Ｄ」、及び「２４」のオン・オフ状態と、エリア指定セルのオン・オフ状態と、バックライト点灯状態とを示す。

図４（Ａ）に示すように、第１表示パターンを表示するフレームＦ１では、バックライトとして青（Ｂ）と緑（Ｇ）を点灯する２つのサブフレームＳＢ１１、ＳＢ１２を有するカラーブレークレスＦＳ駆動が行われている。青点灯時のサブフレームＳＢ１１のみで表示部分「Ｒ＆Ｄ」がオン（明）状態にされ、緑点灯時のサブフレームＳＢ１２のみで表示部分「２４」がオン状態にされる。表示部分「ＳＴＡＮＬＥＹ」は、いずれのサブフレームでもオフ（暗）状態にされる。エリア指定セルの光透過領域は、いずれのサブフレームでもオン状態にされる。

第２表示パターンを表示するために、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）を点灯する２サブフレームを有するカラーブレークレスＦＳ駆動へ切り替える。また、エリア指定セルの光透過領域も、第２表示パターン用に切り替える。

図４（Ｂ）に示すように、第２表示パターンを表示するフレームＦ２では、赤点灯時のサブフレームＳＢ２１のみで表示部分「ＳＴＡＮＬＥＹ」がオン状態にされ、緑点灯時のサブフレームＳＢ２２のみで表示部分「２４」がオン状態にされる。表示部分「Ｒ＆Ｄ」は、いずれのサブフレームでもオフ状態にされる。エリア指定セルの光透過領域は、いずれのサブフレームでもオン状態にされる。

このようにカラーブレークレスＦＳ駆動では、１フレーム当たり１つのサブフレームでしか明表示とならないように、フレームに対応する表示パターンの各表示部分（第１表示パターンでは「Ｒ＆Ｄ」と「２４」、第２表示パターンでは「ＳＴＡＮＬＥＹ」と「２４」）が制御されるとともに、各サブフレームで、表示される表示部分に対応する色が点灯するようにバックライトが制御される。

第１表示パターンから第２表示パターンに切り替えると、バックライト点灯色（フレーム内での点灯パターン）が変わる。実施例の液晶表示装置では、特に、エリア指定セルの光透過領域外側での光透過率を非常に低くできるので、バックライトの点灯色が変化したとき、表示背景の暗表示部分の色が変化して観察されることが抑制される。

次に、上記実施例の変形例の表示パターンについて説明する。表示セルとエリア指定セルとを用いる点は図２（Ａ）〜図３（Ｄ）を参照して説明した表示パターン例と同様である。

図５（Ａ）は、変形例の表示セルの表示可能な領域である表示部を示す概略平面図である。実施例と同様に、表示面内に、赤表示される「ＳＴＡＮＬＥＹ」という１セグメントの表示部５０と、青表示される「Ｒ＆Ｄ」という１セグメントの表示部５１と、緑表示される２桁の７セグメント表示部５２とが配置されており、変形例ではさらに、これらのセグメント表示部５０〜５２の横に、白表示されるドットマトリクス表示部５３が追加されている。表示セルの上下電極は、重なり部分がセグメント表示部５０〜５２及びドットマトリクス表示部５３を構成するパターンに設計されている。

図５（Ｂ）は、変形例のエリア指定セルの表示可能な領域である表示部を示す概略平面図である。実施例と同様に、エリア指定セルは、ドットマトリクス表示部を有し、上下電極は、重なり部分がドットマトリクス表示部を構成するパターンに設計されている。変形例のエリア指定セルのドットマトリクス表示部は、表示セルのセグメント表示部５０〜５２及びドットマトリクス表示部５３を内包するように配置されている。

図６（Ａ）は、変形例の表示セルの表示部うち明表示にされる部分である表示パターンの例を示す概略平面図である。「ＳＴＡＮＬＥＹ」という表示部分５０は赤表示され、「Ｒ＆Ｄ」という表示部分５１は暗表示のままにされ、２桁の７セグメント表示部５２は「３３」という部分が緑表示されている。

さらに、ドットマトリクス表示部５３の、「ＳＴＡＮＬＥＹ」という文字部分の画素が白表示されている。ドットマトリクス表示部５３について、「ＳＴＡＮＬＥＹ」という文字部分以外の画素は、暗表示のままである。つまり、この例では、セグメント表示の「ＳＴＡＮＬＥＹ」及び「３３」という文字と、ドットマトリクス表示の「ＳＴＡＮＬＥＹ」いう文字とから構成される表示パターンが、所望の表示パターンとなる。表示部５０〜５３の外側は、電圧が印加されず常に暗表示となる。

図６（Ｂ）は、エリア指定セルの表示部うち明表示にされる部分である光透過領域の例を示す概略平面図である。表示セルの表示パターンにおけるセグメント表示の「ＳＴＡＮＬＥＹ」という部分より一回り大きい領域６２内の画素、表示パターンのセグメント表示の「３３」という部分より一回り大きい領域６３ｌ及び６３ｒ内の画素、及び、表示パターンのドットマトリクス表示の「ＳＴＡＮＬＥＹ」という部分より一回り大きい領域６４内の画素が、明表示にされている。つまり、表示面内で表示パターンを内包する領域６２、６３ｌ、６３ｒ及び６４が、変形例の光透過領域である。光透過領域の外側は、暗表示のままである。

この表示パターンを表示するときは、赤点灯、緑点灯、白点灯の３つのサブフレームを有するカラーブレークレスＦＳ駆動が行われる。赤点灯時のサブフレームのみで表示部分「ＳＴＡＮＬＥＹ」がオン状態にされ、緑点灯時のサブフレームのみで表示部分「３３」がオン状態にされ、白点灯時のサブフレームのみでドットマトリクス表示の表示部分「ＳＴＡＮＬＥＹ」がオン状態にされる。表示部分「Ｒ＆Ｄ」は、いずれのサブフレームでもオフ状態にされる。エリア指定セルの光透過領域は、いずれのサブフレームでもオン状態にされる。

変形例でも、表示セル及びエリア指定セル両方で暗表示されている領域と、表示パターンとのコントラストを非常に高くできる。また、表示面内で、エリア指定セルの光透過領域の縁から表示セルの表示パターンの縁までの最短距離を１．０ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下とすることが好ましく、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲で確保することがより好ましい。

変形例では、表示セルがドットマトリクス表示部を含む。ドットマトリクス表示部は、セグメント表示部に比べれば高い自由度で表示形状を設定できる。表示セルのドットマトリクス表示部内に表示された表示パターンに対して、それに近い形状で一回り大きい光透過領域の設定を容易とするために、エリア指定セルのドットマトリクス表示部の各画素は、表示セルのドットマトリクス表示部の各画素に内包される細かさの形状とすることが好ましい。つまり、エリア指定セルのドットマトリクス表示部の画素の行及び列方向のピッチを、表示セルのドットマトリクス表示部のそれよりも小さくすることが好ましい。例えば、エリア指定セルのドットマトリクス表示部の各画素の面積を、表示セルのドットマトリクス表示部の各画素の面積の１／２以下（ピッチ１／２以下）とすることがより好ましい。

なお、以上説明した例では、上側液晶セルＣＵを表示セル、下側液晶セルＣＬをエリア指定セルとしたが、上下は反対にしてもよい。なお、カラーブレークレスＦＳ駆動において、表示セルはサブフレームごとに表示部分を切り替えられる速い表示制御が求められる一方、エリア指定セルは表示パターン切り替えごとの遅い表示制御が行えればよい。このため、表示セル側のスイッチング性能が高い方が好ましい。

次に、クロスニコル配置される偏光板の吸収軸がなす角度の好適な範囲について説明する。

以上の説明では、上側液晶表示素子ＤＵの上下偏光板１、１１の吸収軸方位同士がなす角を９０°とし、下側液晶表示素子ＤＬの上下偏光板１１、３１の吸収軸方位同士がなす角も９０°としたが、以下に説明するように、上下偏光板の吸収軸方位同士がなす角は、９０°から５°程度までずれていてもよい。上下偏光板の吸収軸方位同士がなす角が８５°〜９５°の範囲である場合を、クロスニコル配置と呼ぶこととする。

図７は、実施例の液晶表示装置の、電圧無印加時における光透過率の左右観察角度（極角）依存性が、上側偏光板１、中間偏光板１１、及び下側偏光板３１の吸収軸方位同士のなす角を変化させた場合にどのように変化するか調べた結果を示すグラフである。偏光板は、ヨウ素系のものを用いている。

曲線Ｃ１は、上側偏光板１の吸収軸方位及び下側偏光板３１の吸収軸方位が１３５°−３１５°方向であり、中間偏光板１１の吸収軸方位が４５°−２２５°方向である場合、つまり、上側偏光板１及び中間偏光板１１の吸収軸方位同士が９０°をなし、中間偏光板１１及び下側偏光板３１の吸収軸方位同士も９０°をなす場合の光透過率を示す。この場合を「なす角９０°の場合」と呼ぶこととする。

曲線Ｃ２は、上側偏光板１の吸収軸方位及び下側偏光板３１の吸収軸方位が１３６°−３１６°方向であり、中間偏光板１１の吸収軸方位が４４°−２２４°方向である場合、つまり、上側偏光板１及び中間偏光板１１の吸収軸方位同士が９２°（または８８°）をなし、中間偏光板１１及び下側偏光板３１の吸収軸方位同士も９２°（または８８°）をなす場合の光透過率を示す。この場合を「なす角９２°の場合」と呼ぶこととする。

曲線Ｃ３は、上側偏光板１の吸収軸方位及び下側偏光板３１の吸収軸方位が１３７°−３１７°方向であり、中間偏光板１１の吸収軸方位が４３°−２２３°方向である場合、つまり、上側偏光板１及び中間偏光板１１の吸収軸方位同士が９４°（または８６°）をなし、中間偏光板１１及び下側偏光板３１の吸収軸方位同士も９４°（または８６°）をなす場合の光透過率を示す。この場合を「なす角９４°の場合」と呼ぶこととする。

なす角９０°の場合は、正面観察時（左右観察角度０°）に５×１０^−５％程度の非常に低い光透過率が得られている。ただし、観察角度が大きくなるにつれて光透過率が急激に上昇し、例えば、左右とも観察角度５０°程度で０．０１％程度に達する。観察角度変化に対する光透過率変化の幅が大きい。

なす角９２°の場合は、正面観察時の光透過率が０．０１％まで高くなっているが、観察角度が変化しても、光透過率があまり変化しない。例えば、左右とも観察角度５０°程度まで０．０１％程度のほぼ一定の光透過率となる。

なす角９４°の場合は、正面観察時の光透過率が０．１％近くまで高くなっているが、なす角９２°の場合と同様に、観察角度が変化しても、光透過率があまり変化しない。例えば、左右とも観察角度６０°程度まで０．１％程度のほぼ一定の光透過率となる。

このように、液晶表示素子の上下偏光板を、吸収軸方位同士のなす角が９０°からずれたクロスニコル配置とすることにより、観察角度変化に対する光透過率変化の幅を抑制することができる。正面観察時と斜め観察時とのコントラストの異差を減らすことにより、表示品位の差を減らすことができる。

吸収軸方位同士のなす角が９０°からずれると、クロスニコル配置された上下偏光板の光透過率は上昇するものの、上下偏光板がクロスニコル配置された構造を２層積層することにより、１層の場合よりも大幅に低い光透過率を得ることができる。

以上の結果を踏まえ、特に正面観察時のコントラストを重視する場合は、上下偏光板の吸収軸方位のなす角を９０°とするのが好ましい。また、正面観察時と斜め観察時のコントラスト差を減らす観点からは、上下の液晶表示素子の各々について、上下偏光板の吸収軸方位同士がなす角を、９１°〜９５°（または８５°〜８９°）の範囲とすることが好ましく、さらに、低い光透過率を得るには９１°〜９３°（または８７°〜８９°）の範囲とすることがより好ましい。

なお、吸収軸のなす角を９０°からずらす場合について、上述の左右観察では、左右方位から見て吸収軸のなす角を９０°より小さくしたが、上下観察とする場合は、上下方位から見て吸収軸のなす角を９０°より小さくするのが好ましい。

以上の実施例の技術が適用できる製品として、情報表示装置全般が挙げられる。例えば、車載用情報表示装置、カーオーディオの表示部、コピー機等事務機器の操作パネル表示部等である。なお、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で表示制御を行うものであってもよいであろう。

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、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、本発明の実施例の液晶表示装置の概略斜視図である。図２（Ａ）は、実施例の液晶表示装置の表示セルの表示部を示す概略平面図であり、図２（Ｂ）は、実施例の液晶表示装置のエリア指定セルの表示部を示す概略平面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｃ）は、実施例の液晶表示装置の表示セルの表示パターンの例を示す概略平面図であり、図３（Ｂ）及び図３（Ｄ）は、実施例の液晶表示装置のエリア指定セルの光透過領域の例を示す概略平面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、実施例の液晶表示装置の表示パターンを表示するカラーブレークレスＦＳ駆動のタイミングチャート例である。図５（Ａ）は、変形例の液晶表示装置の表示セルの表示部を示す概略平面図であり、図５（Ｂ）は、変形例の液晶表示装置のエリア指定セルの表示部を示す概略平面図である。図６（Ａ）は、変形例の液晶表示装置の表示セルの表示パターンの例を示す概略平面図であり、図６（Ｂ）は、変形例の液晶表示装置のエリア指定セルの光透過領域の例を示す概略平面図である。図７は、光透過率の左右観察角度依存性が、偏光板吸収軸方位同士のなす角によってどのように変化するか調べた結果を示すグラフである。図８は、通常のＦＳ駆動のタイミングチャート例である。図９は、カラーブレークレスＦＳ駆動のタイミングチャート例である。

符号の説明

１、１１、３１偏光板
２、１２、３２ａ、３２ｂ視角補償部材
３、１３、２３、３３ガラス基板
４、１４、２４、３４電極
５、１５、２５、３５垂直配向膜
６、２６液晶層
ＣＵ上側垂直配向型液晶セル
ＣＬ下側垂直配向型液晶セル
ＤＵ上側液晶表示素子
ＤＬ下側液晶表示素子
７、２７、４０駆動装置
８、マルチカラーバックライト
９光源

Claims

第１の偏光板と、
前記第１の偏光板の上方に配置され、該第１の偏光板に対してクロスニコル配置された第２の偏光板と、
前記第２の偏光板の上方に配置され、該第２の偏光板に対してクロスニコル配置された第３の偏光板と、
前記第１と第２の偏光板の間及び前記第２と第３の偏光板の間の一方に配置された垂直配向型液晶セルであり、セグメント表示及びドットマトリクス表示の少なくとも一方の表示を行い、複数の表示部分を含む表示パターンを表示する表示セルと、
前記第１と第２の偏光板の間及び前記第２と第３の偏光板の間の他方に配置された垂直配向型液晶セルであり、ドットマトリクス表示を行うエリア指定セルと、
複数色の光を点灯させるバックライトと、
前記表示セルの表示パターンの各表示部分が１フレーム当たり１つのサブフレームでしか透光状態とならないよう、前記表示セルを制御するとともに、各サブフレームでその表示部分に対応する色が点灯するように前記バックライトを制御し、さらに、前記エリア指定セルのドットマトリクス表示部のうち、前記表示セルの前記表示パターンを内包する光透過領域を透光状態にし、該光透過領域の外側を遮光状態にするよう、前記エリア指定セルを制御して、カラーブレークレスフィールドシーケンシャル駆動を行う駆動装置と
を有する液晶表示装置。
表示の行われる面内で、前記光透過領域の縁から前記表示パターンの縁までの最短距離が、１．０ｍｍ以上確保されている請求項１に記載の液晶表示装置。
前記表示セルがドットマトリクス表示部を含み、前記エリア指定セルのドットマトリクス表示部の画素の行及び列方向のピッチは、前記表示セルのドットマトリクス表示部のそれよりも小さい請求項１または２に記載の液晶表示装置。
表示の行われる面内で、前記第１の偏光板の吸収軸方向に対する前記第２の偏光板の吸収軸方向の角度、及び、前記第２の偏光板の吸収軸方向に対する前記第３の偏光板の吸収軸方向の角度が、９１°〜９５°または８５°〜８９°の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。