JP5052933B2 - Liquid crystal display element, projection display device using the same, and driving method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示素子、それを用いた投射型表示装置およびそれぞれの駆動方法に関し、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(LCD)、それを用いた投射型表示装置およびそれぞれの駆動方法に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element, a projection display apparatus using the same, and a driving method thereof, and more particularly to a field sequential (FS) drive type liquid crystal display element (LCD), a projection display apparatus using the same, and each The present invention relates to a driving method.
液晶表示素子では一般に、黒背景に白表示をさせたものをネガ表示、白背景に黒表示をさせたものをポジ表示と呼んでいる。 In a liquid crystal display element, generally, a display with white display on a black background is called negative display, and a display with black display on a white background is called positive display.
ネガ表示に黒背景に白以外の色を表示させるカラー表示液晶表示素子や、ポジ表示において白背景に黒以外の色を表示させるカラー表示液晶表示素子の駆動方法として、フィールドシーケンシャル(FS)駆動方式が知られている。特許文献1〜特許文献4は、表示セグメントを白黒以外のカラー色にしたFS駆動方式の液晶表示素子を提案している。
Field sequential (FS) driving method as a driving method of a color display liquid crystal display element that displays a color other than white on a black background in negative display or a color display liquid crystal display element that displays a color other than black on a white background in positive display It has been known.
FSLCDの使用において、一般的にはいわゆる時間分割混色法を用いる。その際、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。 In the use of FSLCD, a so-called time division color mixing method is generally used. In this case, for example, when the surrounding environment is dark or the LCD vibrates, or when the observer's line of sight moves at high speed, each color display state is observed separately in human eyes during mixed color display, so-called color break phenomenon And the display quality is significantly reduced.
特許文献5は、表示セグメントと背景色の両方とも任意のカラー表示を行い、カラーブレークを起こさないFS駆動(以下、カラーブレークレス駆動方法と呼ぶ)の液晶表示素子を提案している。
特許文献5に記載の液晶表示素子の場合、2つの液晶セルを用いる。一方の液晶セルが通常のセグメント表示をし、他方の液晶セルが所謂反転パターンを表示する。複数のサブフレームの内、1つのサブフレームのみでバックライトの色を透光するように2つの液晶セルとバックライトを同期駆動する。従って、カラーブレークレス駆動方法では、表示できる色が制限される。
In the case of the liquid crystal display element described in
カラーブレークレス駆動方式においては、同時表示色数は、1フレームのサブフレーム分割数によって決定される。 In the color breakless driving method, the number of simultaneously displayed colors is determined by the number of subframe divisions of one frame.
一般的なフレーム周波数60Hzの駆動を想定した時、1フレームは約16.7msとなる。このフレームを分割することで、その分割数に対する表示色が得られるが、現在利用されている液晶材料の応答速度の限界から、フレームの分割は実用上3程度までに制限される。 Assuming driving at a general frame frequency of 60 Hz, one frame is about 16.7 ms. By dividing this frame, a display color corresponding to the number of divisions can be obtained. However, the division of the frame is practically limited to about 3 due to the limit of the response speed of currently used liquid crystal materials.
フレームの分割数が3であることは、遮光状態の黒を含め、4色表示が可能であることとなる。この場合、黒以外の3色はバックライトユニットの制御により任意の色を割り当てることが可能だが、同時表示色は黒を含め4を超えることが出来ない。 When the number of divided frames is 3, four-color display is possible including black in a light-shielded state. In this case, it is possible to assign arbitrary colors to the three colors other than black by controlling the backlight unit, but the simultaneous display color cannot exceed 4 including black.
さらに背景色に任意色を表示可能とする場合、この4色のうち1色を背景用に割り当てる必要があり、ドット、意匠等を表示する領域における同時使用色数はさらに制限される。 Further, when an arbitrary color can be displayed as the background color, it is necessary to assign one of the four colors for the background, and the number of simultaneously used colors in the area where dots, designs, etc. are displayed is further limited.
本発明の目的は、この表示色数の少なさを補い、表示品質を落とさず同時表示色数の増加を可能とする液晶表示素子、それを用いた投射型表示装置およびそれぞれの駆動方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element that compensates for the small number of display colors and can simultaneously increase the number of display colors without degrading display quality, a projection display device using the liquid crystal display element, and a driving method thereof. It is to be.
本発明の一観点によれば、対向する第1の一対の基板と、該第1の一対の基板間に保持された第1の液晶層とを含み、前記第1の一対の基板が、所定の文字や図形を表示させる少なくとも一対の第1の画素電極を備え、該第1の画素電極に印加する電圧を調整することで該第1の液晶層の配向状態を制御可能な第1の液晶セルと、対向する第2の一対の基板と、該第2の一対の基板間に保持された第2の液晶層とを含み、前記第2の一対の基板が、前記第1の液晶セルにおける所定の文字や図形を完全に包含する第2の画素電極を備え、該第2の画素電極に印加する電圧を調整することで該第2の液晶層の配向状態を制御可能な第2の液晶セルと、前記第1、第2の液晶セルを含む層構造パネルにおける前記基板の法線方向に関して両側に配置された2枚のクロスポラライザーと、複数の色の発光が可能な光源と、1フレームを複数のサブフレームに時分割し、各サブフレーム内で所定の色の光を発光させ、その発光に同期させて前記第1および第2の液晶セルを含む構造体の複数の画素領域の透光および遮光の状態を制御する制御回路とを有し、前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層の液晶分子のねじれ角が等しく、前記第1の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位と、前記第2の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位とは互いに直交し、前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層のリターデーション(Δnd)とが等しく、前記第1の液晶セルに形成された電極と、前記第2の液晶セルに形成された第2の画素電極により画定される所定の表示領域の各々を画定する前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルの双方が駆動状態もしくは非駆動状態の場合に、該表示領域の各々が遮光状態となり、前記第1、第2の液晶セルの少なくとも一方の液晶セルの液晶層の配向状態を、駆動状態と非駆動状態の中間の駆動状態に制御することで階調表示を行う液晶表示素子が提供される。
According to one aspect of the present invention, a first pair of substrates facing each other and a first liquid crystal layer held between the first pair of substrates, the first pair of substrates being a predetermined pair A first liquid crystal comprising at least a pair of first pixel electrodes for displaying the characters and figures, and capable of controlling an alignment state of the first liquid crystal layer by adjusting a voltage applied to the first pixel electrodes. A cell, a second pair of substrates opposed to each other, and a second liquid crystal layer held between the second pair of substrates, wherein the second pair of substrates is a portion of the first liquid crystal cell. A second liquid crystal having a second pixel electrode that completely includes a predetermined character or figure, and capable of controlling an alignment state of the second liquid crystal layer by adjusting a voltage applied to the second pixel electrode; Cell and a layered structure panel including the first and second liquid crystal cells arranged on both sides with respect to the normal direction of the substrate. Two cross-polarizers, a light source capable of light emission of multiple colors, one frame is time-divided into multiple sub-frames, light of a predetermined color is emitted within each sub-frame, and the light emission is synchronized And a control circuit for controlling light transmission and light shielding states of a plurality of pixel regions of the structure including the first and second liquid crystal cells, and the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell. The twist angles of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the liquid crystal layer are equal, the orientation direction of the liquid crystal layer center molecule in the first liquid crystal cell is orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal layer center molecule in the second liquid crystal cell, and The retardation (Δnd) of the liquid crystal layer in each of the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell is equal, and the electrode formed in the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell formed in the second liquid crystal cell Defined by pixel electrodes When both the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell defining each predetermined display area are in a driving state or a non-driving state, each of the display areas is in a light shielding state, and the first, There is provided a liquid crystal display element that performs gradation display by controlling the alignment state of the liquid crystal layer of at least one liquid crystal cell of the second liquid crystal cell to a drive state intermediate between a drive state and a non-drive state.
本発明の他の観点によれば、対向する第1の一対の基板と、該第1の一対の基板間に保持された第1の液晶層とを含み、前記第1の一対の基板が、所定の文字や図形を表示させる少なくとも一対の第1の画素電極を備え、該第1の画素電極に印加する電圧を調整することで該第1の液晶層の配向状態を制御可能な第1の液晶セルと、対向する第2の一対の基板と、該第2の一対の基板間に保持された第2の液晶層とを含み、前記第2の一対の基板が、前記第1の液晶セルにおける所定の文字や図形を完全に包含する第2の画素電極を備え、該第2の画素電極に印加する電圧を調整することで該第2の液晶層の配向状態を制御可能な第2の液晶セルと、前記第1、第2の液晶セルを含む層構造パネルにおける前記基板の法線方向に関して両側に配置された2枚のクロスポラライザーと、複数の色の発光が可能な光源と、1フレームを複数のサブフレームに時分割し、各サブフレーム内で所定の色の光を発光させ、その発光に同期させて前記第1および第2の液晶セルを含む構造体の複数の画素領域の透光および遮光の状態を制御する制御回路とを有し、前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層の液晶分子のねじれ角が等しく、前記第1の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位と、前記第2の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位とは互いに直交し、前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層のリターデーション(Δnd)とが等しい液晶表示素子の駆動方法であって、前記第1、第2の液晶セルの少なくとも一方の液晶セルの液晶層の配向状態を、駆動状態と非駆動状態の中間の駆動状態に制御することで階調表示を行う液晶表示素子の駆動方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a first pair of substrates facing each other and a first liquid crystal layer held between the first pair of substrates, wherein the first pair of substrates includes: A first pixel electrode that includes at least a pair of first pixel electrodes that display predetermined characters and graphics, and that can control an alignment state of the first liquid crystal layer by adjusting a voltage applied to the first pixel electrode. A liquid crystal cell; a second pair of substrates facing each other; and a second liquid crystal layer held between the second pair of substrates, wherein the second pair of substrates is the first liquid crystal cell. A second pixel electrode that completely includes the predetermined characters and figures in FIG. 2, and a second voltage that can control an alignment state of the second liquid crystal layer by adjusting a voltage applied to the second pixel electrode. On both sides with respect to the normal direction of the substrate in a layer structure panel including a liquid crystal cell and the first and second liquid crystal cells Two cross-polarizers installed, a light source capable of emitting a plurality of colors, and a frame divided into a plurality of sub-frames to emit light of a predetermined color within each sub-frame, by synchronizing have a control circuit for controlling the state of permeability light and shielding of a plurality of pixel areas of the structure including the first and second liquid crystal cell, the second liquid crystal and the first liquid crystal cell The twist angles of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the cell are equal, and the orientation direction of the center molecule of the liquid crystal layer in the first liquid crystal cell is orthogonal to the orientation direction of the center molecule of the liquid crystal layer in the second liquid crystal cell, A method of driving a liquid crystal display element in which the retardation (Δnd) of the liquid crystal layer in the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell is the same, wherein at least one of the first and second liquid crystal cells Alignment of liquid crystal layer There is provided a driving method of a liquid crystal display element that performs gradation display by controlling the state to a driving state intermediate between a driving state and a non-driving state.
FS駆動方式の液晶表示素子の表示品質を保ちつつ、マルチカラー表示を可能とする。 Multi-color display is possible while maintaining the display quality of the FS drive type liquid crystal display element.
図1に、実施例による液晶表示素子の主要部分である液晶表示部101の断面図を示す。ここでは、TN(ツイストネマチック)液晶セルを用いた例を説明する。図示のように、実施例による液晶表示部101は、2つのTN液晶セル(背面セル1a、前面セル1b)がガラス基板の法線方向に積層配置された液晶セル構造(2層構造パネルSPと呼ぶこととする)を含む。2層構造パネルSPの上下にはクロスポラライザー2a、2b(透過軸方向が交差する偏光板)が配置される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid
TN液晶セル1a(1b)の配向膜として、日産化学工業(株)製の水平配向膜SE410を用いる。一対のガラス製透明基板3a1、3a2(3b1、3b2)に形成された配向膜にレーヨン製のラビング布を使用してラビング処理しプレチルト角を付与する。この配向膜と電極を有する一対の透明基板の電極側を向かい合わせ、直径2μmのギャップコントロール材を介してシール材4aで貼り合わせる。そしてメルク(株)製の複屈折率Δnが0.24で誘電率異方性が正の液晶材料にツイストを付与するカイラル材を添加したものを注入して1つの液晶セルを作製する。 As the alignment film of the TN liquid crystal cell 1a (1b), a horizontal alignment film SE410 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is used. The alignment films formed on the pair of glass transparent substrates 3a1, 3a2 (3b1, 3b2) are rubbed using a rayon rubbing cloth to give a pretilt angle. The electrode sides of the pair of transparent substrates having the alignment film and the electrodes are faced to each other and bonded together with a sealing material 4a through a gap control material having a diameter of 2 μm. Then, one liquid crystal cell is manufactured by injecting a liquid crystal material having a birefringence Δn of 0.24 and a positive dielectric anisotropy added to Merck Co., Ltd. and adding a chiral material imparting twist.
図2に、偏光板の透過軸および液晶セルのラビング方向を示す。図中には4つの座標系が示されているが、左から順に、ポラライザー2a、TN液晶セル1a、TN液晶セル1b、ポラライザー2bに対応する。なお、液晶表示素子は図中裏面から観察されるものとする。液晶のねじれ(ツイスト)の方向についてはバックライトの進行方向を基準とする。2層構造パネルの2つの液晶セルの違いは、液晶のツイスト方向が逆向きであることである。図示のように、背面液晶セル1aの液晶分子が右ねじれ90°、前面液晶セル1bの液晶分子が左ねじれ90°となるようにラビングを施す。さらに、液晶セル1a、1bそれぞれの厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子(液晶中央分子)の配向方向が互いに90°の角度を為す。また、偏光板2a、2bは互いにクロスニコルになるように透過軸または吸収軸を直交して配置する。また、液晶中央分子の配向方向と45°の角度を為すように偏光板2a、2bを配置する。 FIG. 2 shows the transmission axis of the polarizing plate and the rubbing direction of the liquid crystal cell. Although four coordinate systems are shown in the figure, they correspond to the polarizer 2a, the TN liquid crystal cell 1a, the TN liquid crystal cell 1b, and the polarizer 2b in this order from the left. In addition, a liquid crystal display element shall be observed from the back surface in the figure. The direction of twist of the liquid crystal (twist) is based on the traveling direction of the backlight. The difference between the two liquid crystal cells of the two-layer structure panel is that the twist direction of the liquid crystal is opposite. As shown in the figure, rubbing is performed so that the liquid crystal molecules of the rear liquid crystal cell 1a are twisted to 90 ° and the liquid crystal molecules of the front liquid crystal cell 1b are twisted to 90 °. Further, the alignment directions of the liquid crystal molecules (liquid crystal central molecules) located in the center with respect to the thickness direction of each of the liquid crystal cells 1a and 1b make an angle of 90 ° with each other. Further, the polarizing plates 2a and 2b are arranged with their transmission axes or absorption axes orthogonal to each other so as to be crossed Nicols. Further, the polarizing plates 2a and 2b are arranged so as to form an angle of 45 ° with the alignment direction of the liquid crystal central molecule.
図3A、図3Bに、2つの液晶セルの電極パターン例を示す。液晶セル1a、1bは、それぞれ液晶層に電圧を印加し表示をさせるための透明電極を有する。一方のセル(表示セルと呼ぶ)はセグメント表示をするためのセグメント電極、例えば図示の電極a〜d、e1〜e7、のような構成を有し、他方のセル(背景表示セルとよぶ)は有効表示領域全てを表示する全面電極fを有する。なお、表示セルと背景表示セルはどちらのセルが上(背面側)であっても構成として可能である。 3A and 3B show examples of electrode patterns of two liquid crystal cells. Each of the liquid crystal cells 1a and 1b has a transparent electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer for display. One cell (referred to as a display cell) has a configuration such as segment electrodes for displaying a segment, for example, electrodes a to d and e1 to e7 shown in the figure, and the other cell (referred to as a background display cell) A full-surface electrode f for displaying the entire effective display area is provided. The display cell and the background display cell can be configured regardless of which cell is on the upper side (back side).
図4に、実施例によるフィールドシーケンシャル(FS)駆動方法の概念図を示す。液晶セルが2枚重なった2層構造パネルを含む液晶表示部101の背面に例えばR(赤)G(緑)B(青)がそれぞれ独立して発光可能なバックライト光源LS(発光ダイオードLEDや冷陰極型蛍光ランプCCFLなど)が装備され、2層構造パネルのドライバ10aとバックライトドライバ10bが同期して作動するよう同期コントローラ20が装備される。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a field sequential (FS) driving method according to the embodiment. For example, R (red), G (green), and B (blue) can independently emit light on the back surface of the liquid
上記のようなFS駆動方式の液晶表示素子は、2層構造パネルSPの2つの液晶セルが共に駆動状態(背景表示セルの液晶分子を立ち上がらせるのに十分な電圧が印加されている状態)か非駆動状態(スタティック駆動においては電圧無印加状態を表し、マルチプレックス駆動においては、TN液晶セルの液晶層が電圧無印加時の旋光性およびTN配向を維持できる電圧を印加した状態)の場合、バックライトの光を遮光することが可能である。 In the FS drive type liquid crystal display element as described above, are the two liquid crystal cells of the two-layer structure panel SP both in a drive state (a state in which a voltage sufficient to raise the liquid crystal molecules of the background display cell is applied)? In a non-driving state (state in which no voltage is applied in static driving, and in multiplex driving, a state in which the liquid crystal layer of the TN liquid crystal cell is applied with a voltage capable of maintaining optical rotation and TN alignment when no voltage is applied) It is possible to block the light of the backlight.
図5に、階調表示の概念図を示す。実施例においては制御上簡単な例として、背景表示セルを駆動状態にするか、もしくは非駆動状態にしておき、表示セルに印加する電圧を制御して、所望のトーンの階調表示を行うように制御する例を挙げる。階調表示を行わない制御の場合、背景表示セル1bをON(またはOFF)状態し、表示セルをOFF(またはON)状態にすると、液晶表示部としては透光状態となるが、表示セルに加える電圧を調整することで、透過するバックライト光を調整し、濃淡表示を行うのが実施例のコンセプトである。図5中では1/2のバックライト光を透過するために、背景表示セルをON(またはOFF)し、表示セルを1/2ONする例を示している。なお、実施例においては、階調表示を行う場合の電圧印加状態を○/○ON(○/○には階調表示のトーンの割合が入る)と表すこととする。 FIG. 5 shows a conceptual diagram of gradation display. In the embodiment, as a simple control example, the background display cell is set to a driving state or a non-driving state, and a voltage applied to the display cell is controlled to perform gradation display of a desired tone. An example of control is given below. In the case of control without gradation display, when the background display cell 1b is turned on (or off) and the display cell is turned off (or turned on), the liquid crystal display unit is in a translucent state. The concept of the embodiment is to adjust the applied voltage to adjust the backlight light to be transmitted and display the light and shade. FIG. 5 shows an example in which the background display cell is turned ON (or turned OFF) and the display cell is turned ON by 1/2 in order to transmit 1/2 backlight light. In the embodiment, the voltage application state in the case of gradation display is represented as ◯ / ◯ ON (where ◯ / ◯ represents the proportion of the gradation display tone).
以下、実施例の態様について説明する。ここでは、駆動電圧1フレームを3つのサブフレームに分割した場合の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the embodiment will be described. Here, an example in which one frame of the driving voltage is divided into three sub-frames will be described.
(実施例1)
図6に、表示例を示す。実施例1は、代表的なポジ表示である白背景にカラーのセグメント表示を行う態様である。全面電極fは各セグメント電極より大きく、また表示領域のほぼ全面に形成された電極であるので、表中のセグメント電極がそのまま表示領域となる。また表中の電極fの表示色は、セグメント電極が画定する表示領域以外の背景表示領域の色を示す。色の濃淡については、例えば青の輝度が通常の青の1/2の場合、1/2青と色の前に分数をつけて表現する。実施例1では、a−シアン、b−マゼンタ(温度に応じて濃淡表示可能)、c−シアン、d−マゼンタ、e1−シアン、e2−2/3シアン、e3−1/3シアン、e4−黒、e5−1/3マゼンタ、e6−2/3マゼンタ、e7−マゼンタ、f−白とする。
Example 1
FIG. 6 shows a display example. In the first embodiment, color segment display is performed on a white background, which is a typical positive display. The full surface electrode f is larger than each segment electrode and is an electrode formed on almost the entire surface of the display area. Therefore, the segment electrode in the table becomes the display area as it is. The display color of the electrode f in the table indicates the color of the background display area other than the display area defined by the segment electrode. For example, when the luminance of blue is ½ that of normal blue, the color density is expressed by adding a fraction before ½ blue and the color. In Example 1, a-cyan, b-magenta (can be displayed in shades according to temperature), c-cyan, d-magenta, e1-cyan, e2-2 / 3 cyan, e3-1 / 3 cyan, e4- Black, e5-1 / 3 magenta, e6-2 / 3 magenta, e7-magenta, f-white.
図7に、実施例1による液晶表示素子の駆動方法の表を示す。図6に示した表は、各サブフレームでのRGB各LEDのON/OFF状態と、表示セルに設けられたセグメント電極a〜d、e1〜e7、および背景表示セルに設けられた全面電極fのON/OFF状態と、各電極が画定する表示領域に表示される色とを表している。LEDのONとは発光している状態を、OFFとは発光していない状態を表す。各電極のONとは、駆動状態を表す。各電極のOFFとは非駆動状態を指す。 FIG. 7 shows a table of a driving method of the liquid crystal display element according to the first embodiment. The table shown in FIG. 6 shows the ON / OFF states of the RGB LEDs in each subframe, the segment electrodes a to d and e1 to e7 provided in the display cell, and the entire surface electrode f provided in the background display cell. The ON / OFF state and the color displayed in the display area defined by each electrode. “ON” means that the LED is emitting light, and “OFF” means that it is not emitting light. ON of each electrode represents a driving state. OFF of each electrode indicates a non-driven state.
実施例1では、TN液晶セルを用いている。ツイスト方向が逆向きの2つのTN液晶セルが共にOFF状態の場合は、互いのセルが結果として光のツイストを打ち消すように作用するので、クロスポラライザーを備えた液晶表示部としては、遮光状態となる。2つのセルが共にON状態のときは、セルの液晶分子は垂直に立ち上がるので光は液晶セルをツイストせずに通過し、クロスポラライザーを備えた液晶表示部としては遮光状態となる。どちらか一方のセルがON状態の場合、ON状態のセルを光がツイストせずに通過し、OFF状態のセルでは90°ツイストする。従って液晶表示部としては透光状態となる。なお、実施例では、最適な視角特性が得られるようにツイストの方向を互いに逆向きにしているが、同じツイストの向きでも可能であろう。 In the first embodiment, a TN liquid crystal cell is used. When two TN liquid crystal cells whose twist directions are opposite to each other are both in the OFF state, each cell acts as a result to cancel the light twist. Become. When the two cells are both in the ON state, the liquid crystal molecules of the cells rise vertically, so that the light passes through the liquid crystal cell without being twisted, and the liquid crystal display unit including the cross polarizer is in a light-shielding state. When one of the cells is in the ON state, light passes through the cell in the ON state without being twisted, and the cell in the OFF state is twisted by 90 °. Therefore, the liquid crystal display unit is in a translucent state. In the embodiment, the twist directions are opposite to each other so as to obtain the optimum viewing angle characteristics. However, the same twist direction may be used.
それぞれのサブフレームでは、LEDが表示色に対応して発光しており、赤緑青それぞれのON/OFFと発光強度を調整することにより複数の色を発光させることが可能である。 In each sub-frame, the LED emits light corresponding to the display color, and a plurality of colors can be emitted by adjusting ON / OFF and emission intensity of each of red, green and blue.
バックライトが白色発光しているサブフレームにおいて全てのセグメント電極および全面電極fをON状態に設定することで、背景(セグメント電極と重ならない部分)を白表示にする。各セグメントには、各サブフレームに対応してONもしくはOFFが割り当てられる。背景表示セルにおける全面電極fと、表示セルにおける各セグメント電極が重なり合う表示領域では、どちらか一方のセルがONの場合に液晶表示部として透光状態となる。双方のセルがONもしくはOFFのときには、液晶表示部として遮光状態となる。 In the sub-frame in which the backlight emits white light, all the segment electrodes and the entire surface electrode f are set to the ON state, so that the background (portion that does not overlap with the segment electrodes) is displayed in white. Each segment is assigned ON or OFF corresponding to each subframe. In the display area where the entire surface electrode f in the background display cell and each segment electrode in the display cell overlap, the liquid crystal display unit is in a light-transmitting state when either one of the cells is ON. When both cells are ON or OFF, the liquid crystal display unit is in a light shielding state.
また、電極b、e2、e3、e5、e6などの様に、色の濃淡を表現したい場合(例えば、エアコンの温度を濃淡で表現したい場合など)には、セグメント電極に階調表示可能な実効電圧となる駆動波形を入力する。その駆動波形の入力は、ON電圧の調整や、ON波形を時分割するパルス制御など、実効電圧を操作する方法で行えば良い。 In addition, when it is desired to express color shading (for example, when it is desired to express the temperature of an air conditioner in shading) like the electrodes b, e2, e3, e5, e6, etc., it is effective to display gradation on the segment electrodes. Input a drive waveform to be a voltage. The drive waveform may be input by a method of operating the effective voltage, such as adjustment of the ON voltage or pulse control for time-dividing the ON waveform.
図7に示す表のように、液晶セルおよびバックライトを制御したカラーブレークレス液晶表示素子では、階調表示を行わない場合に比べ、サブフレーム分割数を超えた多色表示が可能となると共に、視差による色欠けや変色、2重写りなどの表示上の問題も生じない。 As shown in the table of FIG. 7, the color breakless liquid crystal display element in which the liquid crystal cell and the backlight are controlled enables multicolor display exceeding the number of subframe divisions compared to the case where gradation display is not performed. In addition, display problems such as color loss, discoloration, and double image due to parallax do not occur.
(実施例2)
図8に、表示例を示す。LEDのON/OFFおよび各電極のON/OFFの定義は実施例1と同様である。実施例2は、時間分割混色法により実施例1よりも多色表示が可能となる実施例である。但し、カラーブレーク現象を起こしても良い条件下での実施となることに注意するべきであろう。
(Example 2)
FIG. 8 shows a display example. The definitions of ON / OFF of the LED and ON / OFF of each electrode are the same as in the first embodiment. The second embodiment is an embodiment in which multicolor display is possible as compared with the first embodiment by the time division color mixing method. However, it should be noted that the operation is performed under conditions that may cause a color break phenomenon.
図9に、実施例2による液晶表示素子の駆動方法の表を示す。図9に示すように、実施例2では、a−青、b−赤または青(温度に応じて濃淡表示可能)、c−青、d−赤、e1−青、e2−シアン、e3−1/2シアン、e4−黒、e5−1/2マゼンタ、e6−マゼンタ、e7−赤、f−白とする。このように、実施例1に比べて多色表示が可能となる。 FIG. 9 shows a table of a driving method of the liquid crystal display element according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, in Example 2, a-blue, b-red or blue (can be displayed in shades depending on temperature), c-blue, d-red, e1-blue, e2-cyan, e3-1. / 2 cyan, e4-black, e5-1 / 2 magenta, e6-magenta, e7-red, f-white. In this way, multicolor display is possible as compared to the first embodiment.
上記のように、液晶表示部101は、2つの液晶セルの電極が重なり合った部分において、液晶セル双方の駆動電圧がOFF状態の場合のみならず、双方がON状態の場合であっても、バックライトの光を遮光する。これにより表示ずれなどを防止して表示品位が向上したマルチカラー液晶表示素子を提供することができる。
As described above, the liquid
さらに、液晶セルを階調表示可能に制御することでより多色の表示が可能な液晶表示素子を提供することができる。 Furthermore, a liquid crystal display element capable of displaying more colors can be provided by controlling the liquid crystal cell so that gradation display is possible.
本発明を適用できる他の表示装置として、投射型の表示装置が挙げられる。図10Aおよび図10Bに、投射型表示装置の例を示す。 As another display device to which the present invention can be applied, a projection type display device can be given. 10A and 10B show an example of a projection display device.
図10Aに示した投射型表示装置は、光の進行方向に順に位置関係を記述すると、平行光を出射する光源LS、ポラライザーX1、2層構造パネルSP、ポラライザーX2、スクリーンSCが配置された構造である。ポラライザーX1、X2はクロスニコル配置とする。 The projection display device shown in FIG. 10A has a structure in which a light source LS that emits parallel light, a polarizer X1, a two-layer structure panel SP, a polarizer X2, and a screen SC are arranged when the positional relationship is described in order in the light traveling direction. It is. The polarizers X1 and X2 are arranged in a crossed Nicols arrangement.
図10Bに示した投射型表示装置は、光の進行方向に順に位置関係を記述すると、例えば点光源である光源LS、ポラライザーX1、2層構造パネルSP、ポラライザーX2、フレネルレンズFL、スクリーンSCが配置された構造である。 The projection display device shown in FIG. 10B describes the positional relationship in the light traveling direction in order, for example, a light source LS that is a point light source, a polarizer X1, a two-layer structure panel SP, a polarizer X2, a Fresnel lens FL, and a screen SC. Arranged structure.
このように、スクリーンSCに表示を投射させる方式をとれば、観察者はスクリーンに投射された基板にほぼ垂直な光の像を見ることになるため、視角による視認性の差異が生じ難くなる。 As described above, when the display is projected onto the screen SC, the observer sees an image of light substantially perpendicular to the substrate projected onto the screen, so that it is difficult for a difference in visibility depending on the viewing angle to occur.
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、2層構造パネルSPに用いる液晶セルはTN液晶セルに限られるものではなく、垂直配向型セルやSTN(スーパーツイストネマチック)型セル、さらには強誘電性液晶セルなどにおいても、互いの液晶セルが共にON状態、OFF状態のそれぞれにおいてバックライトの光を遮光するように液晶セル条件を満足すれば、本発明が適用可能であることは当業者には自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, the liquid crystal cell used in the two-layer structure panel SP is not limited to the TN liquid crystal cell, but in the vertical alignment type cell, the STN (super twist nematic) type cell, the ferroelectric liquid crystal cell, and the like, It will be obvious to those skilled in the art that the present invention can be applied if the liquid crystal cell conditions are satisfied so that the light of the backlight is shielded in both the ON state and the OFF state.
図11に、一例として、2層構造パネルにラビング処理を施した垂直配向型液晶セルを用いた場合における、偏光板の透過軸および液晶セルのラビング方向を示す。4つの座標軸と各構造との対応関係は、左から順に、ポラライザーX1、垂直配向型液晶セルVC1、垂直配向型液晶セルVC2、ポラライザーX2である。図示のように、2つの垂直配向型液晶セルに電圧を印加した際、液晶分子が倒れこむ方向が互いに直交するような関係にラビング処理を施す。 FIG. 11 shows, as an example, the transmission axis of the polarizing plate and the rubbing direction of the liquid crystal cell when a vertically aligned liquid crystal cell in which a rubbing process is performed on a two-layer structure panel is used. The correspondence relationship between the four coordinate axes and each structure is, in order from the left, a polarizer X1, a vertical alignment liquid crystal cell VC1, a vertical alignment liquid crystal cell VC2, and a polarizer X2. As shown in the figure, when a voltage is applied to two vertically aligned liquid crystal cells, the rubbing process is performed so that the directions in which the liquid crystal molecules fall are orthogonal to each other.
また、この液晶セルにカイラル材をいれ、電圧印加時に液晶分子が倒れ込みながらツイストするような配向にする場合には、それぞれの液晶セルの液晶層に同じカイラルピッチでツイストの方向が逆になるように調整すれば良い。 In addition, when a chiral material is added to this liquid crystal cell so that the liquid crystal molecules are twisted while being tilted when a voltage is applied, the twist direction is reversed at the same chiral pitch in the liquid crystal layer of each liquid crystal cell. Adjust to.
また、表示セルに形成する電極としてセグメント電極の例を挙げたが、複数の画素(ドット)電極が並ぶドットマトリクス表示型の液晶セルでも良い。 Further, although an example of a segment electrode is given as an electrode formed in a display cell, a dot matrix display type liquid crystal cell in which a plurality of pixel (dot) electrodes are arranged may be used.
さらに、実施例においては、背景表示セルに有効表示領域全てを表示する全面電極fを備えた例を開示しているが、背景表示セルは複数の表示領域を備えた構成とすることもできる。この場合背景表示セルの複数の領域間には液晶が駆動されない領域が存在し、典型的な例としては黒表示として視認されるものとなる。この黒表示部分をマスク印刷することも可能である。マスク印刷はブラックマスクでも良いし、表示装置周辺の外装色に合わせた所望の色でも構わない。 Further, in the embodiment, an example is disclosed in which the background display cell is provided with the entire surface electrode f for displaying the entire effective display area, but the background display cell may be configured to include a plurality of display areas. In this case, there is a region where the liquid crystal is not driven between the plurality of regions of the background display cell, and a typical example is visually recognized as black display. It is also possible to mask print this black display portion. The mask printing may be a black mask or a desired color that matches the exterior color around the display device.
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。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1a、1b、VC1、VC2 液晶セル
2a、2b、X1、X2 ポラライザー(偏光板)
3a1、3a2、3b1、3b2 基板
4a、4b シール材
5a1、5a2、5b1、5b2、a、b、c、d、e1〜e7、f 電極
10a、10b ドライバ
20 同期コントローラ
101 液晶表示部
FL フレネルレンズ
LS 光源
SC スクリーン
SP 2層構造パネル
1a, 1b, VC1, VC2 Liquid crystal cells 2a, 2b, X1, X2 Polarizer
3a1, 3a2, 3b1, 3b2 Substrate 4a, 4b Sealing material 5a1, 5a2, 5b1, 5b2, a, b, c, d, e1 to e7,
Claims (11)
対向する第2の一対の基板と、該第2の一対の基板間に保持された第2の液晶層とを含み、前記第2の一対の基板が、前記第1の液晶セルにおける所定の文字や図形を完全に包含する第2の画素電極を備え、該第2の画素電極に印加する電圧を調整することで該第2の液晶層の配向状態を制御可能な第2の液晶セルと、
前記第1、第2の液晶セルを含む層構造パネルにおける前記基板の法線方向に関して両側に配置された2枚のクロスポラライザーと、
複数の色の発光が可能な光源と、
1フレームを複数のサブフレームに時分割し、各サブフレーム内で所定の色の光を発光させ、その発光に同期させて前記第1および第2の液晶セルを含む構造体の複数の画素領域の透光および遮光の状態を制御する制御回路と
を有し、
前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層の液晶分子のねじれ角が等しく、前記第1の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位と、前記第2の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位とは互いに直交し、前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層のリターデーション(Δnd)とが等しく、
前記第1の液晶セルに形成された電極と、前記第2の液晶セルに形成された第2の画素電極により画定される所定の表示領域の各々を画定する前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルの双方が駆動状態もしくは非駆動状態の場合に、該表示領域の各々が遮光状態となり、
前記第1、第2の液晶セルの少なくとも一方の液晶セルの液晶層の配向状態を、駆動状態と非駆動状態の中間の駆動状態に制御することで階調表示を行う液晶表示素子。 And at least a pair of the first pair of substrates, each including a first pair of substrates and a first liquid crystal layer held between the first pair of substrates, wherein the first pair of substrates displays a predetermined character or figure. A first liquid crystal cell comprising: a first pixel electrode, wherein the alignment state of the first liquid crystal layer can be controlled by adjusting a voltage applied to the first pixel electrode;
A second pair of substrates facing each other and a second liquid crystal layer held between the second pair of substrates, wherein the second pair of substrates is a predetermined character in the first liquid crystal cell. A second liquid crystal cell including a second pixel electrode that completely includes a figure and a figure, and capable of controlling an alignment state of the second liquid crystal layer by adjusting a voltage applied to the second pixel electrode;
Two cross-polarizers disposed on both sides with respect to the normal direction of the substrate in the layer structure panel including the first and second liquid crystal cells;
A light source capable of emitting multiple colors;
A plurality of pixel regions of the structure including the first and second liquid crystal cells in which one frame is time-divided into a plurality of subframes, light of a predetermined color is emitted in each subframe, and the light emission is synchronized with the light emission And a control circuit for controlling the state of light transmission and light shielding,
The twist angles of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell are equal, the orientation direction of the liquid crystal layer central molecule in the first liquid crystal cell, and the liquid crystal layer in the second liquid crystal cell The orientation directions of the central molecules are orthogonal to each other, and the retardation (Δnd) of the liquid crystal layer in the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell is equal,
The first liquid crystal cell and the first liquid crystal cell each defining a predetermined display area defined by an electrode formed in the first liquid crystal cell and a second pixel electrode formed in the second liquid crystal cell. When both liquid crystal cells 2 are in a driving state or a non-driving state, each of the display areas is in a light shielding state,
A liquid crystal display element that performs gradation display by controlling an alignment state of a liquid crystal layer of at least one liquid crystal cell of the first and second liquid crystal cells to a driving state between a driving state and a non-driving state.
前記光源が平行光を出射する構造である投射型表示装置。 It is a projection type display apparatus containing the liquid crystal display element of any one of Claims 1-4 ,
A projection display device in which the light source emits parallel light.
前記光源が放射光を発する点光源であり、
さらに、前記液晶表示素子を挟んで前記点光源とは反対側にフレネルレンズを有する投射型表示装置。 It is a projection type display apparatus containing the liquid crystal display element of any one of Claims 1-4 ,
The light source is a point light source that emits radiation;
Furthermore, a projection type display device having a Fresnel lens on the opposite side of the point light source with the liquid crystal display element interposed therebetween.
対向する第2の一対の基板と、該第2の一対の基板間に保持された第2の液晶層とを含み、前記第2の一対の基板が、前記第1の液晶セルにおける所定の文字や図形を完全に包含する第2の画素電極を備え、該第2の画素電極に印加する電圧を調整することで該第2の液晶層の配向状態を制御可能な第2の液晶セルと、
前記第1、第2の液晶セルを含む層構造パネルにおける前記基板の法線方向に関して両側に配置された2枚のクロスポラライザーと、
複数の色の発光が可能な光源と、
1フレームを複数のサブフレームに時分割し、各サブフレーム内で所定の色の光を発光させ、その発光に同期させて前記第1および第2の液晶セルを含む構造体の複数の画素領域の透光および遮光の状態を制御する制御回路と
を有し、
前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層の液晶分子のねじれ角が等しく、前記第1の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位と、前記第2の液晶セルにおける液晶層中央分子の配向方位とは互いに直交し、前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルにおける液晶層のリターデーション(Δnd)とが等しい液晶表示素子の駆動方法であって、
前記第1、第2の液晶セルの少なくとも一方の液晶セルの液晶層の配向状態を、駆動状態と非駆動状態の中間の駆動状態に制御することで階調表示を行う液晶表示素子の駆動方法。 And at least a pair of the first pair of substrates, each including a first pair of substrates and a first liquid crystal layer held between the first pair of substrates, wherein the first pair of substrates displays a predetermined character or figure. A first liquid crystal cell comprising: a first pixel electrode, wherein the alignment state of the first liquid crystal layer can be controlled by adjusting a voltage applied to the first pixel electrode;
A second pair of substrates facing each other and a second liquid crystal layer held between the second pair of substrates, wherein the second pair of substrates is a predetermined character in the first liquid crystal cell. A second liquid crystal cell including a second pixel electrode that completely includes a figure and a figure, and capable of controlling an alignment state of the second liquid crystal layer by adjusting a voltage applied to the second pixel electrode;
Two cross-polarizers disposed on both sides with respect to the normal direction of the substrate in the layer structure panel including the first and second liquid crystal cells;
A light source capable of emitting multiple colors;
A plurality of pixel regions of the structure including the first and second liquid crystal cells in which one frame is time-divided into a plurality of subframes, light of a predetermined color is emitted in each subframe, and the light emission is synchronized with the light emission Toru light and have a control circuit for controlling the state of light shielding of
The twist angles of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell are equal, the orientation direction of the liquid crystal layer central molecule in the first liquid crystal cell, and the liquid crystal layer in the second liquid crystal cell A method for driving a liquid crystal display element in which the orientation directions of the central molecules are orthogonal to each other and the retardation (Δnd) of the liquid crystal layer in the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell is equal ,
A liquid crystal display element driving method for performing gradation display by controlling an alignment state of a liquid crystal layer of at least one of the first and second liquid crystal cells to a driving state intermediate between a driving state and a non-driving state .
1フレームが少なくとも第1のサブフレームと第2のサブフレームを含み、
前記光源が少なくとも第1の色と第2の色を発光可能であり、
前記第1のサブフレームにおいて前記第1の色が透過した表示領域とは別の表示領域に、前記第2のサブフレームにおいて前記第2の色を透過させる請求項7記載の液晶表示素子の駆動方法。 A display area that is in a translucent state in one subframe is controlled to be in a light-shielding state in another subframe,
One frame includes at least a first subframe and a second subframe;
The light source is capable of emitting at least a first color and a second color;
The liquid crystal display element drive according to claim 7 , wherein the second color is transmitted in the second subframe to a display area different from the display area in which the first color is transmitted in the first subframe. Method.
前記光源が放射光を発する点光源であり、前記液晶表示素子を挟んで前記点光源とは反対側にフレネルレンズを有する投射型表示装置の駆動方法。 A method for driving a projection display device using the liquid crystal display element according to any one of claims 7 to 9 ,
A driving method of a projection display device, wherein the light source is a point light source that emits radiated light, and has a Fresnel lens on the opposite side of the point light source across the liquid crystal display element.
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