JP3683637B2 - Liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、より詳しくは、カラーとモノクロの表示をする液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CRTの画質に匹敵するフラツトパネルディスプレイの中でも現在最も有望視されているのがTFT(Thin Film Transistor)−LCDである。パソコン、ワープロ、OA機器、液晶テレビなど民生、家電機器への応用により更に市場拡大が期待されている。
【0003】
現在、最も多く使用されているノーマリホワイトモードのTN(Twisted Nematic) 形LCDを図11に基づいて説明する。
TN形LCDでは、配向方向を相対的に90°ずらした2枚の配向膜101,102 が上下のガラス基板103,104 に張り付けられ、それらの配向膜101,102 の間には約5μmのTN液晶105 が挟まれている。配向膜101,102 に接触する液晶分子は、液晶の持つ性質によって、配向膜101,102 の配向方向に沿って並び、さらにその周囲の液晶分子は配向膜101,102 表面の液晶分子に沿って配向する。これにより、2つの配向膜101,102 の間で液晶分子は図11(a) のように90°捩じれるように配向する。さらに、2つの基板103,104 のうち液晶を挟まない側の面には、配向方向に偏向軸を揃えた2枚の偏光板106,107 が張り付けられている。
【0004】
この様な構造の液晶パネルに光を入射すると、上側の偏光板106 を通過した光は直線偏光となり液晶105 に入る。その結果、90゜ねじれた液晶に沿って光も90°ねじれて通過するため下の偏光板107 を通過できる。この時、表示は「明」状態である。
これに対して、図11(b) のように上下のガラス基板103,104 のそれぞれの電極(不図示)間に電圧を印加すると、液晶分子が直立してねじれがとれる。ただし配向膜101,102 の表面では、表面での配向規制力の方が強いため配向膜101,102 の配向方向に沿ったままである。このような液晶は等方的であるので、液晶層105 に入射した直線偏光は偏光方向の回転が起こらない。この場合、表示は「暗」状態である。また、この後再び電圧を印加しない状態にすると、配向膜101,102 の規制力により表示は「明」状態に戻る。
【0005】
なお、2つの偏向板106,107 の向きを変えることによって図12に示すようにノーマリーホワイトモードとノーマリーブラックモードを選択することができることは既に知られている。
このようにLCDはCRT(Cathode-Ray-Tube)やPDP(Plasma Display Panel)のように自ら発光する表示素子ではなく、液晶が入射光を透過させるか否かのシャッターの役剖をする事により表示する装置である。
【0006】
印加する電圧の大きさと、配向膜の配向規制力とのバランスにより、液晶分子のねじれ角は連続的に変化する。このため、図3 に示す様に透過率は電圧により連続的に変化し、微妙な中間調表示が可能になる。
更に、図11のような構造のパネルにカラーフィルタを付ける事によって、カラー表示が可能となる。光の三原色である赤(R)、緑(G)、青(B)の三種類のカラーフィルタでそれぞれ赤、縁、青の絵素を形成し、この3 つの絵素で 1つの画素とする。このR、G、Bの3 つの絵素の明暗の組み合わせで8色を表示することができ、さらに、それぞれの絵素に階調をつけることにより多色表示が可能になる。
【0007】
フルカラー表示するためには1画素において少なくともR、G、Bのフィルターを設けるとともに、R、G、Bの各絵素毎にスイッチング素子としてTFTを形成するのが一般的である。
フルカラー液晶表示パネルのTFTの数は、例えば640×480ドツトの中精細VGAパネルの場合に、1画素でのR、G、Bについて1つずつトランジスタを採用すると、640×3×480=921600個ものトランジスタを表示面上に製造する必要がある。もし、一画素で任意の色を表示出来ればトランジスタの数はその1/3の307200個で済むので製造が非常に容易である。また、逆を言えば同じ製造難易度で3倍の精細度の表示が可能になる。
【0008】
カラーフィルタを使用しないで多色表示を可能とする方法としては、ECB(Electrically controlled Birefringence)方式がある。この方式は、液晶セルを透過した光量のピークが、液晶の複屈折効果による波長依存性を持つことを利用している。
ECB方式LCDにおいては、図13に示すように、θ方向に偏光した光は液晶層に入射すると“n⊥”の方向と“n//”の方向に振動する光に分かれる。
【0009】
複屈折物質112 中で、各々の光は異なる位相速度で進み、再び合成される。このため、複屈折物質112 を透過した後の偏光状態は、複屈折物質112 の透過前とは異なる。“n⊥”の方向と“n//”の方向の位相差は波長λに依存して変化するため、透過後の偏光状態は波長により異なり、即ち透過率が波長によって異なり、着色が起こる。例えば、波長λの光の位相差が2mπの場合には元の直線偏光になり、また位相差がπ+2mπの場合には、図13のように2θ回転した直線偏光となる。
【0010】
このような複屈折物質112 として例えば誘電異方性をもつネマチィク液晶を特定方向に配列させたセルをパラニコルの偏光子110 ,111 で挟めば、波長λの光は2mπでONとなり、π+2mπでOFFとなる。θが45°の時にON状態とOFF状態のコントラストが最大となる。
また、液晶パネルに電圧の変化を見ると、図14に示すように液晶112 の実効リタデーションが変化し、透過する波長が変化してくるため色が変化する。
【0011】
このようなECB方式は、一般的にはフルカラー表示が難しく、8 色程度のマルチカラー表示が限度とされている。
なお、図14中符号dは、液晶の厚さを示している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、華やかで目立っためカラー多色化の技術が脚光を浴び気味だが実際にはカラー表示で無ければならない用途はそれほど多くは無い。
特にビジネス用途などではフルカラーの画像データを扱うよりワーブロソフトや表計算ソフトを動かす方が圧倒的に多い。
【0013】
この場合、表示出来る色数よりもむしろ表示できる文字数が重要となる。また、パソコンを常に携帯し、業務を行うビジネスマンにおいてはバッテリー駆動時間が1分でも長い事が好ましい。
即ち、ホビー用途とビジネス用途では求める色表示が異なる。
しかし、上記したようなR、G、Bのフィルターを備えたフルカラーの液晶表示パネルにおいてワープロソフトのようなモノクロ中心の画像を表示する場合には、1画素で3つのトランジスタを同時に駆動することになるので、モノクロモードで一層の高精細による文字表示や線画が得られない。このため、画数の多い漢字は潰れがちに表示されるのが現状である。しかも、カラーフィルタの光透過特性が固定されているため例えモノクロ表示を行ったとしても消費電力も低減されることはない。
【0014】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、フルカラー表示と高精細度のモノクロ表示を可能にするとともに、消費電力を低減することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
(手 段)
上記した課題は、図1〜図3及び図5に例示するように、複数の絵素領域を有する発色用のECB方式液晶パネル3と、複数の光シャッター機構5b,5c,5x,5yを有し、該複数の光シャッター機構5b,5c,5x,5yのそれぞれを前記複数の絵素領域のいずれかと一致するように前記ECB方式液晶パネル3に対向して配置された駆動用液晶パネル5と、前記ECB方式液晶パネル3の色の制御とモノクロ・カラー表示切換の制御を行うとともに、前記駆動用液晶パネル5の前記光シャッタ機構5b,5c,5x,5yを制御する制御回路7とを有し、前記制御回路7は、カラー表示するときには、前記ECB方式液晶パネル3に印加する電圧を調整して前記複数の絵素領域のそれぞれを透過する光の色を決めるとともに、前記駆動用液晶パネル5に印加する電圧を調整して前記複数の光シャッター機構5b,5c,5x,5yのそれぞれで光を透過させるか否かを決め、モノクロ表示するときには、前記ECB方式液晶パネル3に印加する電圧を調整して前記複数の絵素領域のそれぞれを透過する光の色を同じにするとともに、前記駆動用液晶パネル5に印加する電圧を調整して前記複数の光シャッター機構5b,5c,5x,5yのそれぞれで光を透過させるか否かを決め、前記ECB方式液晶パネル3には、リタデーション補正のための補償パネル8が重ねられ、該補償パネル8のリタデーションを前記ECB方式液晶パネル3のリタデーションと同じ大きさで逆の極性とすることを特徴とする液晶表示装置によって解決する。
【0016】
上記液晶表示装置において、補償パネル8として液晶パネル又は捻れ位相フィルムを用いることを特徴とする。
上記液晶表示装置において、図10に例示するように、前記駆動用液晶パネル5には前記複数の光シャッター機構5b,5c,5x,5yを構成する複数の画素電極が形成され、画素電極はゲートバス5xとドレインバス5yに囲まれた1つの領域には2つの画素電極5h,5jが存在することを特徴とする。
【0017】
(作 用)
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、TFT等の光シャッター機構を有する駆動用液晶パネルの下又は上に、層状のカラーフィルタの代わりにECB方式の液晶パネルを色表示に専用するようにし、ECB方式の液晶パネルの色の制御によってモノクロ・カラー表示の切換を可能にした。
【0018】
したがって、モノクロ時はカラー表示時の3倍の解像度で表示が可能になり、しかも、層状のカラーフィルタを使用する場合に比べてパネル透過率を3倍以上に向上し、バックライトの輝度を1/3 に落とすことにより低消費電運用を可能にした。
従来方式でも当然カラー表示もモノクロ表示も可能であるがカラーフィルタの透過特性が固定されているため、表示密度、パネル透過率は変化させることがきない。
【0019】
また、ゲートバスとドレインバスに囲まれる領域に2つの画素電極を使用することにより、カラー表示時の解像度を1〜2倍に倍、モノクロ時は1〜6倍にすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の液晶表示装置を示す構成図である。
図1において、バックライト1の上では、第1の偏向板2、発色用ECB液晶パネル3、第2の偏向板4、駆動用液晶パネル5、第3の偏向板6がそれぞれ順に張り合わされている。そして、バックライト1のON、OFFやその明るさの調整、発色用ECB液晶パネル3の駆動、或いは駆動用液晶パネル5の駆動は制御回路7によってなされる。
【0021】
発色用ECB液晶パネル3は、図2に示すように単純マトリクス構造の第1及び第2の透明電極3a,3bを有している。即ち、ストライプ状の第1の透明電極3aは第1の透明基板3c上に並列に複数本形成され、また、第1の透明電極3aに直交する方向に延びるストライプ状の第2の透明電極3bは第2の透明基板3d上で複数本並列に形成されており、第1の透明電極3aと第2の透明電極3bの交差部分は絵素領域となり、その絵素領域では電圧複屈折率によって赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかの光を透過させるようになっている。第1の透明電極3aと第2の透明電極3bの上にはそれぞれ配向膜(不図示)が形成されており、それらの配向膜の配向方向は、第1の透明基板3cと第2の透明基板3dの間に封入される液晶3eのツイスト角によって決められる。
【0022】
光のシャッターの役割を担う駆動用液晶パネル5は、図3に示すように、第1の透明基板5aの上にTFT5bをマトリクス状に複数配置したアクディブマトリクス駆動であって、それぞれのTFT5bには画素電極5cが接続されている。また、画素電極5cと対向する対向透明電極5eが第2の基板5d上に配置されている。また、画素電極5cと対向電極5eのそれぞれの表面には配向膜(不図示)が形成され、それらの配向膜の配向方向は互いに直交している。さらに、第1の透明基板5aと第2の透明基板5dの間にはTN液晶5fが封入されている。画素電極5cの各々は、ECB方式発色用パネルの赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかの絵素領域に一致するように配置され、R、G、Bの3つの絵素に対応する3つの画素電極5cにより1つの画素領域が構成される。
【0023】
なお、図3において、5xはゲートバスライン、5yはドレインバスラインを示している。
第1の偏向板2と第2の偏向板4の各々の偏向軸は、発色用ECB液晶パネル3内の液晶のツイスト角によって決める。また、第3の偏向板6の偏向軸は、液晶表示装置がノーマリーホワイトであって高透過な白の発色に有利になるように第2の偏向板4の偏向軸に対してパラレルニコルとなっている。なお、ノーマリーブラックにする場合には、クロスニコルに設定する。
【0024】
このような構成の液晶表示装置を試作し、特性を評価した。
駆動用液晶パネル5は、カラーフィルターを有しない一般的に知られた構造を有し、従来と異なる特別な特性はない。
また、発色用ECB液晶パネル3の上下にある第1及び第2の偏向板2,4の配置は、高透過な白の発色に有利なパラレルニコルとした。また、リタデーションR0 は1500nmのホモジニアス配向を有し、液晶3eのツイスト角は180度となっている。リタデーションを1500nmとしたのは、パラレルニコル下で赤、緑、青、白を得るためには0〜1500nmのリタデーション変化を必要とするからである。
【0025】
次に、発色用ECB液晶パネル3の透過率の電圧変化を図4に示す。
図4において、発色用ECB液晶パネル3の第1及び第2の透明電極3a,3b間の印加電圧を大きくしてゆくと、液晶3eの屈折率の変化によりリタデーションが減少し、そのリタデーションに応じた発色が得られる。即ち、印加電圧が0Vの場合には緑が、2.4Vの場合には赤色、2.5Vの場合には黄色が、3.2Vの場合には青が、4.4Vの場合には黒が、6Vの場合には灰色が得られたが、白色の表示は得られなかった。
【0026】
この構成の液晶パネルだけにより色表示する限り高透過な白黒表示を侍ることはできないので、灰色を白色の代わりに使用して灰黒表示にすることも考えられるが、灰色の場合の光の透過率が数%と低い。
したがって、高透過で単色表示を行うには黄色をモノクロ表示に使用する必要がある。この場合20%の光の透過率となるので、カラー表示時の2倍近い透過率が侍られる。実際に、この発色用ECB液晶パネル3を駆動用液晶パネル5と組み合わせて表示を行った結果、カラー表示は従来方式となんら変わらぬ表示を得ることができた。当然フルカラー表示が可能である。
【0027】
カラー表示時には、発色用ECB液晶パネル3において、第1の透明電極3aと第2の透明電極3bの交差領域が赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかの光を選択して透過する一種のフィルターとなるように電圧を制御回路7により印加する。電圧の印加は、カラー表示時には、第1の透明電極3aと第2の透明電極3bの交差領域で変化しないようにそれらの交差領域毎に一定とし、これにより得られるR,G,Bのカラーの配置は、通常のカラーフィルターと同様にストライプ状、モザイク状、デルタ状或いはスクウェア状にする。
【0028】
また、モノクロ表示時には、全ての第1の透明電極3bと全ての第2の透明電極3dとの間に約2.5Vの電圧を印加し、これにより全ての電極交差点で透過率最大の黄色透過フィルターを発生させる。
なお、上記した構造の液晶表示装置では、カラー表示時とモノクロ表示時の相互間の精細度の切り替えに関しては当然、灰、でも黄でも問題なく行えた。
【0029】
以上述べたように本実施形態では、ECB液晶パネル3にカラーフィルタの役割を担わせるとともに画素領域のシャッターの役割を一般的な駆動用液晶パネル5に担わせているので、フルカラー表示時は従来と同じ精細度となる。しかも、発色用ECB液晶パネル3は、カラーフィルタの役割さえ果たせばよく、表示色が常に一定であればよいので、電圧変化に対する液晶傾斜方向の応答速度を問題にする必要がなく、構成が単純で安価な単純マトリクス駆動を採用できる。
【0030】
また、カラー表示では赤、緑、青に対応する3つの絵素電極が1つの画素領域となるが、モノクロ表示では1つの絵素電極が1つの画素領域となるので、カラー表示時の3倍の精細度で高透過率表示を可能となる。
しかも、モノクロ表示時は、パネルの光透過率が大幅に向上し、単純に考えても1画素から透過してくる光量は通常のカラーフィルタを使用する場合の約3倍以上となるので、その分、制御回路7によってバックライト1の輝度を約1/3程度に落とすことができ低消費電力運用が可能となる。
(第2実施形態)
第1実施形態の改善として、発色用ECB表示パネル3の電圧無印加時のリタデーシヨンを、補償パネルを積層して相殺する方法が考えられる。その改善の原理を図5に示す。
【0031】
図5(b) に示す補償パネル8は、負のリタデーシヨンを持ち、図5(a) のECB液晶パネル3のリタデーションRo に対して−Ro として働くようにするもので、例えばポリマー膜を一軸方向に引き伸ばして形成された光学異方性フィルム、捻れ位相板がある。
これにより、ECB液晶パネル3と補償パネル8の最近接液晶分子の長袖方向は直行し、ツイスト方向が互いに逆となる。この構成では、ECB液晶パネル3の電圧無印加時のリタデーションRe は補償されて零となり、出射光の偏光状態は入射光と同じ直線偏光となるため、電圧無印加時(V=0)に明るく無彩色な白を得ることができる。
【0032】
一方、ECB液晶パネル3は電圧印加が大きくなるにつれてリタデーシヨンが減少し、実効リタデーションRe =Ro −R(v) に応じて発色する。R(v) は電圧印加時のECB液晶パネル3のリタデーションであって、印加電圧の大きさによって変化する。しかし、補償パネル8が無い場合には、図5(c) に示すように印加電圧を大きくしても白色表示は不可能である。
【0033】
ところで、図5(d) に示すように、ECB液晶パネル3の液晶分子3eが高電圧印加により完全に立つと、補償パネル8のリタデーションが1500nmなので透過光は緑を発色するはずである。
しかし、実際には図6に示すように、ECB液晶パネル3はアンカリングによる残留リタデーシヨンRrem を消せないために零にならず、緑を発色しない。
【0034】
このような不都合を解消するため、例えば図5(d) に示すように、補償パネル8のリタデーシヨンをRrem だけ大きくすることで解決する。
本構造のECB液晶パネル3の実効リタデーシヨンはR'o=1800nmとした場合に電圧特性が図7に示すようになり、5V以内で0〜1500nmのリタデーション変化が得られる。
【0035】
次に、透過率(T)−印加電圧(V)特性を図8に示し、また、色度変化を図9に示す。図9からわかるように補償パネルを利用すれば白、青、赤、緑の発色が得られる。
また、図8から補償パネル8を使用した場合に、ECB液晶パネル3の白表示時のパネル透過率はカラー発色時より大幅に高い35%以上が得られ、また、カラー時は10%程度となることわかった。しかも、白表示の場合のECB液晶パネル3の印加電圧は0Vであり、モノクロ表示時の低消費電力が可能になる。
【0036】
このパネルを第1実施形態と同様に駆動パネルと重ねて駆動した。カラー表示時は第1実施形態そのままであるが、モノクロ時は良好な白黒表示が侍られた。しかも重ねた後の総合透過率もカラー表示時の3倍以上がえられた。白色の表示は印加電圧を零にして得られる。
上記した補償パネル8として、ECBパネルに対してリタデーションが逆の液晶パネルを使用してもよいが、パネル構成が三層となるため重量や製造コストが増加する欠点がある。その表示結果は光学異方性フィルムを使用した場合と変わらぬ良好な画質が侍られた。そのリタデーションは上記した条件と合わせた。
(第3実施形態)
第1、第2実施施形態では、モノクロ表示時には精細度を3倍程度に大きくできた。しかし、それは縦あるいは横方向にのみであって縦横同時に精細度を上げることができない。これは、1つの画素電極の平面形状は長方形であり、モノクロ表示時の縦横比が通常のカラー表示時とは異なるからである。
【0037】
この対策として駆動用液晶パネル5の画素電極5cに図10のような工夫を施すことによりある程度解決できる。
即ち、図10に示すように、図3で示したゲートバス5xとドレインバス5yに囲まれる1つの領域に2つのTFT5f,5gと2つの画素電極5h,5jを設けて、モノクロ表示時はカラー表示時に比べて6倍の精細度にすることができる。なお、y方向の2画素を別々な色に配置すると、カラー時の高細度化が可能になる。
【0038】
当然のことであるが、上記実施形態の全てにおいてモノクロ通常解像度表示も可能である。この場合、縦横比が変わる問題が無いが、高透過のメリットは残ることになる。
(第4実施形態)
上記実施形態は発色用パネルの上に階調表示用のパネルにTFT駆動方式を用いている。しかし、これに別の方式を用いたとしても差し支えは無い。
【0039】
例えばSTNパネルを用いてもよい。ただし、TFT 方式に比べ階調数が減り、フルカラー表示はできなかったが256色程度の階調表示は可能であった。
【0040】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、カラー表示をECB方式の液晶パネルで行うとともに、画素の遮光、透光の制御をを通常の白黒表示用の液晶パネルで行うようにしたので、フルカラー表示は従来通りの画質を維持し、モノクロ表示時では高精細、低消費電力に変えることができる。
【0041】
また、ゲートバスとドレインバスに囲まれる領域に2つの画素電極を使用することにより、カラー表示時の解像度を1〜2倍に倍、モノクロ時は1〜6倍にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の液晶表示装置の概要構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態の液晶表示装置に使用するECB方式の液晶パネルの概要構成を示す斜視図である。
【図3】本発明の第1実施形態の液晶表示装置に使用する駆動用の液晶パネルの概要構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の第1実施形態の液晶表示装置に使用するECB方式の液晶パネルの印加電圧と光透過率を示す特性図である。
【図5】本発明の第2実施形態の液晶表示装置に使用するECB方式の液晶パネルと補償パネルの光透過状態を示す図である。
【図6】本発明の第2実施形態の液晶表示装置に使用するECB方式の液晶パネルの印加電圧とリタデーションの関係を示す特性図である。
【図7】本発明の第2実施形態の液晶表示装置に用いるECB方式の液晶パネルの印加電圧と補償パネルによりリタデーションが補償されたECB方式液晶パネルのリタデーションとの関係を示す特性図である。
【図8】本発明の第2実施形態の液晶表示装置により得られるECB方式の液晶パネルの印加電圧と光透過率の関係を示す特性図である。
【図9】本発明の第2実施形態の液晶表示装置に使用されるECB方式の液晶パネルの色度変化を示す特性図である。
【図10】本発明の第3実施形態の液晶表示装置に使用される画素電極を示す平面図である。
【図11】一般的なTN型液晶表示装置とその動作を示す分解斜視図である。
【図12】一般的なTN型液晶表示装置のノーマリーホワイトモードとノーマリーブラックモードの電圧・光透過特性を示す図である。
【図13】一般的なECB方式の液晶表示装置の原理を示す分解斜視図である。
【図14】一般的なECB方式の液晶表示装置の複屈折率による色の変化の原理を示す図である。
【符号の説明】
1 バックライト
2 第1の偏向板
3 発色用ECB液晶パネル
4 第2の偏向板
5 駆動用液晶パネル
6 第3の偏向板
7 制御回路
8 補償パネル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device that performs color and monochrome display.
[0002]
[Prior art]
Among the flat panel displays comparable to the image quality of CRT, TFT (Thin Film Transistor) -LCD is most promising at present. The market is expected to expand further by application to consumer and home appliances such as personal computers, word processors, office automation equipment, and liquid crystal televisions.
[0003]
A normally white mode TN (Twisted Nematic) type LCD that is currently most frequently used will be described with reference to FIG.
In the TN type LCD, two
[0004]
When light is incident on the liquid crystal panel having such a structure, the light passing through the upper polarizing
On the other hand, when a voltage is applied between the electrodes (not shown) of the upper and
[0005]
It is already known that the normally white mode and the normally black mode can be selected as shown in FIG. 12 by changing the directions of the two
In this way, LCDs are not display elements that emit light themselves, such as CRT (Cathode-Ray-Tube) and PDP (Plasma Display Panel), but by acting as a shutter to determine whether or not the liquid crystal transmits incident light. It is a device to display.
[0006]
The twist angle of the liquid crystal molecules changes continuously depending on the balance between the magnitude of the applied voltage and the alignment regulating force of the alignment film. For this reason, as shown in FIG. 3, the transmittance continuously changes depending on the voltage, and a subtle halftone display becomes possible.
Furthermore, color display is possible by attaching a color filter to a panel having a structure as shown in FIG. Three types of color filters, red (R), green (G), and blue (B), which are the three primary colors of light, form red, fringe, and blue picture elements, respectively. These three picture elements form one pixel. . Eight colors can be displayed by combining the brightness of the three picture elements of R, G, and B, and multi-color display can be performed by adding gradation to each picture element.
[0007]
In order to perform full color display, at least R, G, and B filters are generally provided in one pixel, and a TFT is generally formed as a switching element for each R, G, and B picture element.
For example, in the case of a 640 × 480 dot medium-definition VGA panel, the number of TFTs in a full-color liquid crystal display panel is 640 × 3 × 480 = 921600 when one transistor is adopted for each of R, G, and B in one pixel. It is necessary to manufacture a transistor on the display surface. If an arbitrary color can be displayed with one pixel, the number of transistors can be reduced to 307200, which is 1/3 of the number of transistors. In other words, it becomes possible to display three times the definition with the same manufacturing difficulty level.
[0008]
As a method for enabling multicolor display without using a color filter, there is an ECB (Electrically Controlled Birefringence) method. This method utilizes the fact that the peak of the amount of light transmitted through the liquid crystal cell has wavelength dependency due to the birefringence effect of the liquid crystal.
In the ECB type LCD, as shown in FIG. 13, light polarized in the θ direction is divided into light that vibrates in the “n⊥” direction and the “n //” direction when entering the liquid crystal layer.
[0009]
In the
[0010]
As such a
Further, when a change in voltage is observed in the liquid crystal panel, the effective retardation of the
[0011]
Such an ECB system is generally difficult to display in full color, and is limited to multicolor display of about 8 colors.
Note that the symbol d in FIG. 14 indicates the thickness of the liquid crystal.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although the technology of color multicoloring is attracting attention because it is gorgeous and conspicuous, there are not so many applications that must actually be in color display.
Especially for business use, it is overwhelmingly more often to run word software or spreadsheet software than to handle full-color image data.
[0013]
In this case, the number of characters that can be displayed is more important than the number of colors that can be displayed. For businessmen who always carry a personal computer and work, it is preferable that the battery drive time is as long as 1 minute.
That is, the desired color display is different for hobby use and business use.
However, when displaying a monochrome-centered image such as word processing software on a full-color liquid crystal display panel having R, G, and B filters as described above, one transistor drives three transistors simultaneously. Therefore, it is impossible to obtain a character display or line drawing with higher definition in the monochrome mode. For this reason, the current situation is that kanji characters with a large number of strokes tend to be crushed. In addition, since the light transmission characteristics of the color filter are fixed, power consumption is not reduced even if monochrome display is performed.
[0014]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that enables full-color display and high-definition monochrome display and can reduce power consumption. To do.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
(Means)
As shown in FIGS. 1 to 3 and 5 , the above-described problem has a coloring ECB type
[0016]
In the liquid crystal display device, a liquid crystal panel or a twisted phase film is used as the compensation panel 8.
In the liquid crystal display device, as illustrated in FIG. 10, a plurality of pixel electrodes constituting the plurality of
[0017]
(Work)
Next, the operation of the present invention will be described.
According to the present invention, an ECB liquid crystal panel is dedicated to color display instead of a layered color filter under or above a driving liquid crystal panel having an optical shutter mechanism such as a TFT. Monochrome / color display can be switched by controlling the color of the image.
[0018]
Therefore, in monochrome, it is possible to display at a resolution three times that of color display, and more than three times the panel transmittance compared to the case of using a layered color filter, and the backlight brightness is 1 Low power consumption operation is enabled by dropping to / 3.
Naturally, color display and monochrome display are possible even in the conventional method, but since the transmission characteristics of the color filter are fixed, the display density and the panel transmittance cannot be changed.
[0019]
Further, by using two pixel electrodes in a region surrounded by the gate bus and the drain bus, the resolution at the time of color display can be doubled by 1 to 2 times, and at the time of monochrome, it can be 1 to 6 times.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Accordingly, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, on the
[0021]
The coloring ECB
[0022]
As shown in FIG. 3, the driving
[0023]
In FIG. 3, 5x indicates a gate bus line, and 5y indicates a drain bus line.
The respective deflection axes of the
[0024]
A liquid crystal display device having such a configuration was prototyped and its characteristics were evaluated.
The driving
In addition, the arrangement of the first and
[0025]
Next, FIG. 4 shows the voltage change of the transmittance of the color developing ECB
In FIG. 4, when the applied voltage between the first and second transparent electrodes 3a and 3b of the ECB
[0026]
As long as color is displayed only with the liquid crystal panel of this configuration, high-transmission black and white display cannot be achieved, so it is possible to use gray instead of white to make gray display, but light transmission in the case of gray The rate is as low as several percent.
Therefore, in order to perform high-transmission monochromatic display, it is necessary to use yellow for monochrome display. In this case, since the light transmittance is 20%, the light transmittance nearly double that in color display can be obtained. Actually, as a result of displaying the color developing ECB
[0027]
At the time of color display, in the ECB
[0028]
In monochrome display, a voltage of about 2.5 V is applied between all of the first transparent electrodes 3b and all of the second
In the liquid crystal display device having the above-described structure, as a matter of course, the gray level or the yellow level can be switched between the color display and the monochrome display without any problem.
[0029]
As described above, in the present embodiment, the ECB
[0030]
In color display, three pixel electrodes corresponding to red, green, and blue form one pixel region. In monochrome display, one pixel electrode forms one pixel region, which is three times that in color display. High transmittance can be displayed with high definition.
Moreover, during monochrome display, the light transmittance of the panel is greatly improved, and even if it is simply considered, the amount of light transmitted from one pixel is about three times or more than when a normal color filter is used. Therefore, the luminance of the
(Second Embodiment)
As an improvement of the first embodiment, a method of canceling the retardation of the color developing
[0031]
The compensation panel 8 shown in FIG. 5 (b) has a negative retardation and works as -Ro with respect to the retardation Ro of the ECB
As a result, the long sleeve direction of the closest liquid crystal molecules of the ECB
[0032]
On the other hand, in the ECB
[0033]
By the way, as shown in FIG. 5 (d), when the
However, in actuality, as shown in FIG. 6, the ECB
[0034]
In order to eliminate such inconvenience, the problem is solved by increasing the retardation of the compensation panel 8 by Rrem as shown in FIG.
The effective retardation of the ECB
[0035]
Next, the transmittance (T) -applied voltage (V) characteristics are shown in FIG. 8, and the chromaticity change is shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, white, blue, red, and green colors can be obtained by using the compensation panel.
In addition, when the compensation panel 8 is used from FIG. 8, the panel transmittance during white display of the ECB
[0036]
This panel was driven to overlap with the drive panel in the same manner as in the first embodiment. In the color display, the first embodiment is maintained as it is, but in the monochrome mode, a good monochrome display is obtained. In addition, the total transmittance after overlapping was 3 times or more that in color display. A white display is obtained with zero applied voltage.
As the compensation panel 8 described above, a liquid crystal panel having a retardation opposite to that of the ECB panel may be used. However, since the panel configuration has three layers, there is a drawback in that the weight and manufacturing cost increase. As a result of the display, a good image quality that is the same as that obtained when the optically anisotropic film was used was obtained. The retardation was combined with the above conditions.
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the definition can be increased to about three times during monochrome display. However, it is only in the vertical or horizontal direction, and the definition cannot be increased simultaneously in the vertical and horizontal directions. This is because the planar shape of one pixel electrode is a rectangle, and the aspect ratio during monochrome display is different from that during normal color display.
[0037]
As a countermeasure against this, it can be solved to some extent by applying the device as shown in FIG. 10 to the pixel electrode 5c of the driving
That is, as shown in FIG. 10, two
[0038]
Of course, monochrome normal resolution display is also possible in all of the above embodiments. In this case, there is no problem of changing the aspect ratio, but the advantage of high transmission remains.
(Fourth embodiment)
In the above embodiment, the TFT drive system is used for the gradation display panel on the color development panel. However, there is no problem even if another method is used for this.
[0039]
For example, an STN panel may be used. However, the number of gradations was reduced compared to the TFT method, and full color display was not possible, but gradation display of about 256 colors was possible.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the color display is performed by the ECB type liquid crystal panel, and the pixel light shielding and light transmission control is performed by the normal liquid crystal panel for monochrome display. Maintains the same image quality as before, and can be changed to high definition and low power consumption during monochrome display.
[0041]
Further, by using two pixel electrodes in a region surrounded by the gate bus and the drain bus, the resolution at the time of color display can be doubled by 1 to 2 times, and at the time of monochrome, it can be 1 to 6 times.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of an ECB type liquid crystal panel used in the liquid crystal display device of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a driving liquid crystal panel used in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an applied voltage and light transmittance of an ECB type liquid crystal panel used in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing light transmission states of an ECB liquid crystal panel and a compensation panel used in a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between applied voltage and retardation of an ECB type liquid crystal panel used in a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied voltage of an ECB liquid crystal panel used in a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention and a retardation of an ECB liquid crystal panel whose retardation is compensated by the compensation panel.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between applied voltage and light transmittance of an ECB type liquid crystal panel obtained by the liquid crystal display device of the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing changes in chromaticity of an ECB liquid crystal panel used in a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing a pixel electrode used in a liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an exploded perspective view showing a general TN liquid crystal display device and its operation.
FIG. 12 is a diagram illustrating voltage / light transmission characteristics of a normally white mode and a normally black mode of a general TN liquid crystal display device;
FIG. 13 is an exploded perspective view showing the principle of a general ECB liquid crystal display device.
FIG. 14 is a diagram illustrating a principle of a color change due to a birefringence of a general ECB type liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の光シャッター機構を有し、該複数の光シャッター機構のそれぞれを前記複数の絵素領域のいずれかと一致するように前記ECB方式液晶パネルに対向して配置された駆動用液晶パネルと、
前記ECB方式液晶パネルの色の制御とモノクロ・カラー表示切換の制御を行うとともに、前記駆動用液晶パネルの前記光シャッタ機構を制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、カラー表示するときには、前記ECB方式液晶パネルに印加する電圧を調整して前記複数の絵素領域のそれぞれを透過する光の色を決めるとともに、前記駆動用液晶パネルに印加する電圧を調整して前記複数の光シャッター機構のそれぞれで光を透過させるか否かを決め、
モノクロ表示するときには、前記ECB方式液晶パネルに印加する電圧を調整して前記複数の絵素領域のそれぞれを透過する光の色を同じにするとともに、前記駆動用液晶パネルに印加する電圧を調整して前記複数の光シャッター機構のそれぞれで光を透過させるか否かを決め、
前記ECB方式液晶パネルには、リタデーション補正のための補償パネルが重ねられ、該補償パネルのリタデーションを前記ECB方式液晶パネルのリタデーションと同じ大きさで逆の極性とすることを特徴とする液晶表示装置。An ECB liquid crystal panel for color development having a plurality of pixel regions;
A driving liquid crystal panel having a plurality of optical shutter mechanisms, each of the plurality of optical shutter mechanisms being disposed to face the ECB type liquid crystal panel so as to coincide with any one of the plurality of pixel regions ;
A control circuit for controlling the color and monochrome / color display switching of the ECB type liquid crystal panel and controlling the optical shutter mechanism of the driving liquid crystal panel ;
When performing color display, the control circuit determines the color of light transmitted through each of the plurality of picture element regions by adjusting a voltage applied to the ECB type liquid crystal panel, and a voltage applied to the driving liquid crystal panel. To determine whether or not to transmit light by each of the plurality of optical shutter mechanisms,
For monochrome display, the voltage applied to the ECB liquid crystal panel is adjusted to make the color of light transmitted through each of the plurality of pixel regions the same, and the voltage applied to the driving liquid crystal panel is adjusted. Determine whether to transmit light by each of the plurality of optical shutter mechanisms,
A compensation panel for retardation correction is overlaid on the ECB type liquid crystal panel, and the retardation of the compensation panel is the same as the retardation of the ECB type liquid crystal panel and has a reverse polarity. .
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