JP5058648B2

JP5058648B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP5058648B2
Application number: JP2007086680A
Authority: JP
Inventors: 宜久岩本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008242370A

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、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。特にセグメント表示型やセグメント表示＋ドット表示型の液晶表示素子において、マルチカラー表示が比較的容易に行えることがＦＳ駆動方式の特徴として挙げられる。

ＦＳＬＣＤにおいて、画像のちらつきなどが無く良好な表示状態を実現するには、液晶表示素子の応答時間を少なくとも１フレーム時間、ＲＧＢの混色表示を実現するには１／３フレーム時間以下にする必要がある。一般的な液晶表示素子のフレーム時間は、例えば１フレーム時間約１６．７ｍｓ、１／３フレーム時間が約５．５ｍｓ（フレーム周波数が約６０Ｈｚの場合の例）である。

セグメント表示型や、セグメント表示＋ドットマトリクス表示型の液晶表示素子の場合、駆動信号を時間分割して、分割した各信号に同期して、対応する表示用電極を選択的に駆動して、駆動電圧の平均値で表示を行うマルチプレックス駆動方式を適用するのが一般的である。しかし、マルチプレックス駆動方式では、独立した各々の電極に一定期間中連続した駆動電圧を印加して駆動するスタティック駆動方式に比べてＯＮ／ＯＦＦ比が小さいために応答速度が遅い傾向があり、ＦＳ駆動を適用する場合、走査線本数が多くなるほど表示が暗くなったり色純度が低下したりするなどの表示品質の劣化が著しくなる。

出願人らは特開２００５−３０１０２６号公報で、セグメント表示又はセグメント＋ドットマトリクス表示タイプの表示素子においてスタティック駆動にて動作させる高速応答可能な液晶セル（ここでは高速応答液晶セルと呼ぶこととする）と、通常の応答速度にてマルチプレックス駆動で動作する液晶セル（ここでは通常液晶セルと呼ぶこととする）およびマルチカラーバックライトを組み合わせ、それらを同期駆動させてマルチカラー表示可能なフィールドシーケンシャル駆動液晶表示素子を提案している。

この提案は、高速応答液晶セルをスタティック駆動させることにより高速応答を可能にしてカラー表示エリア分けを行い、通常液晶セルでドット又はセグメント型の画素により所定の文字や図形を点灯させてカラー表示素子の機能を実現するものである。

特開２００５−３０１０２６号公報

特開２００５−３０１０２６号公報に記載の液晶表示素子のように、通常の白黒液晶セルと高速応答液晶セルとを組み合わせる場合、液晶セルを２枚積層するため、素子を正面からではなく斜めから観察した場合に、上下セル間で視差が発生する。高速応答セルの表示エリアが複数に分割されており、それらの間隔が狭い場合、視差により隣の表示エリアの色が見える、表示が２重になるもしくは一部が欠けることなどがある。

本発明の目的は、表示品質の劣化を防止した、マルチカラー表示可能な液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、所定の文字や図形を表示させる第１の画素電極を備え、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の液晶層とを含む第１の液晶セルと、前記第１の画素電極と重なりをもち、かつその重なりの部分よりも全方位に対して大きな領域の第１の広域電極を備え、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、セルの応答速度が前記第１の液晶セルよりも速い第２の液晶セルと、前記第１の液晶セルの外側に配置される第１の偏光板と、前記第２の液晶セルの外側に配置される第２の偏光板と、
前記第１、第２の液晶セルの間に配置される第３の偏光板と、前記第１、第２の液晶セルの基板法線方向に関して下方に配置され、複数の色の発光が可能な光源と、前記第１、第２の液晶セルの少なくとも１つと前記光源とを同期駆動させることが可能な同期機構とを有し、前記第１、第２の液晶セル、および、前記第１〜第３の偏光板が、全体としてノーマリブラックモードになるよう配置されるとともに、前記第１の液晶セルと、前記第１の偏光板と、前記第３の偏光板と、がノーマリブラックモードになるよう配置され、前記第１の液晶セルが、前記第１の画素電極とは別の領域に第２の広域電極を有し、前記第２の液晶セルが、前記第１の広域電極とは別の領域に所定の文字や図形を表示させる第２の画素電極を有し、前記第２の画素電極と前記第２の広域電極が重なりをもち、かつ該第２の広域電極は、その重なりの部分よりも全方位に対して広い領域を占め、前記第１の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第１の画素電極および前記第１の広域電極を同時に動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行い、前記第２の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第２の画素電極および前記第２の広域電極を同時に動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行う液晶表示素子、が提供される。

マルチカラー表示可能な液晶表示素子において、２つの液晶セル間の視差による表示品質の劣化を防止する。

図１に、実施例による液晶表示素子の概念図を示す。図示のように、実施例による液晶表示素子は、上面に通常液晶セルＮＣが、下面に高速応答液晶セルＦＣが、基板の法線方向に並んで配置される。液晶セルＮＣ、ＦＣの上下および中間に偏光板１ａ、１ｂ（２枚のこともある）、１ｃが配置され、液晶表示部ＤＰを構成する。液晶表示部ＤＰの下方には、マルチカラーバックライトＢＬが配置される。マルチカラーバックライトＢＬは、例えば複数のＬＥＤによって構成される。通常液晶セルＮＣ、高速応答液晶セルＦＣおよびマルチカラーバックライトＢＬは、制御回路ＳＣおよびセルドライバＤＲ１、ＤＲ２、マルチカラーバックライトドライバＤＲ３によって同期駆動することが可能である。同期駆動しない場合においても、種々のタイミング制御が可能である。図中においてＦＳ駆動されるのは、高速応答液晶セルとマルチカラーバックライトである。

図２Ａに、実施例における通常液晶セルおよび高速応答液晶セルの電極パターンを示す。図中左の通常液晶セルには、ドットマトリクス型表示エリアに画素電極０１〜２０が矩形状に形成され、セグメント型表示エリアに広域電極Ａ１が形成される。但し、通常液晶セルがノーマリホワイトモードの場合には広域電極Ａ１は不要である。その場合、対応する表示領域でのみ透光が可能なようにブラックマスクを設けることも可能である。図中右の高速応答液晶セルには、ドットマトリクス型表示エリアに広域電極Ａ２が形成され、セグメント型表示エリアにセグメント電極Ｓ１が形成される。広域電極Ａ１が画定する表示領域の大きさは、セグメント電極Ｓ１が画定する表示領域の大きさに対して全方位にわたって２ｍｍ以上大きい。また、広域電極Ａ２が画定する表示領域の大きさは、画素電極０１〜２０が画定する表示領域の大きさに対して全方位にわたって２ｍｍ以上大きい。なお、通常液晶セルにおける電極の配線方法として、広域電極Ａ１と他の画素電極とを配線上独立させる回路構成にすることも可能である。

通常液晶セルは、１／６ｄｕｔｙ、１／４ｂｉａｓマルチプレックス駆動（１フレーム内のｄｕｔｙ比およびバイアス比）で動作させる。Ｏｆｆ電圧、Ｏｎ電圧は外観観察で最適な表示状態になるように調整する。高速応答液晶セルはスタティック駆動とする。Ｏｆｆ電圧を０Ｖとし、Ｏｎ電圧を５Ｖとする。

図２Ｂに、表示例を示す。図中「ＳＴ」が黄色、ドットの横縞部分が赤で「Ｌ」を表示している。メッシュ部分は黒である。

以下、実施例における２つの液晶セルの態様について述べる。それらの態様では、１フレーム周期は約１６．７ｍｓとし、サブフレームはその半分の時間（約８．３５ｍｓ）で２つとする。液晶セルの点灯からバックライトのＬＥＤが点灯するまでの時間を３ｍｓとする。また、画素電極Ａ１が画定する表示領域が液晶表示素子の動作中は透光状態を保つように制御を行うこととする。

ＦＳ駆動させる高速応答液晶セルＦＣとバックライトＢＬは同期した駆動条件で常時１フレーム内での点灯、消灯を繰り返すが、通常液晶セルＮＣは表示状態を変化させるときに駆動信号をＦＳ駆動に同期させることが好ましい。また静止画表示が数フレーム以上にわたる場合はその間ＦＳ駆動に同期させる必要は無い。

（実施例１）
図３に、液晶セルＣＳ１を示す。セルＣＳ１は、単独の場合ノーマリブラックモードのモノドメイン垂直配向モード液晶セルである。対向配置された２枚のガラス基板間には、パターン処理された電極及び液晶分子が基板面に対してほぼ垂直に配向した液晶層を有し、液晶部ＬＣＬ１を形成する。液晶部ＬＣＬ１の液晶材料として誘電率異方性Δεが負のものを用いる。基板のラビング処理はアンチパラレルとなるように施す。ガラス基板の基板法線方向に関して両側に、クロスニコル配置の偏光板２ａ、２ｂが設けられる。偏光板２ａ、２ｂと近接する位置（偏光板の上下どちらでも良いし、一方の偏光板の近傍のみでも良い）には、視角補償板２ｃが設けられる。上から見て３時の方向を０°とし、左回りに角度を設定した場合、上側偏光板の吸収軸は約１３５°−３１５°、下側偏光板の吸収軸は４５°−２２５°に配置される。偏光板にはポラテクノ製ＳＫＮ−１８２４３Ｔを用いる。視角補償板には負の一軸光学異方性を有する「Ｃプレート」を用いる。なお、Ｃプレートの面内に、位相差を有する負の二軸光学異方性を有する「二軸フィルム」を用いても良い。液晶層の厚さは４μｍ、リタデーションは略６００ｎｍ、視角補償板の厚さ方向におけるリタデーションは略４４０ｎｍである。

図４に、液晶セルＣＳ２を示す。セルＣＳ２は、単独の場合ノーマリホワイトモードであるＴＮ（ツイストネマチック）液晶セルＣＳ２である。液晶部ＬＣＬ２の液晶層は、バックライト光の進行方向に対して右ねじれ９０°であり、液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子（液晶層中央分子）の配向方向は２７０°である。下側基板のラビング方位は３１５°であり、上側基板のラビング方向は２２５°である。ガラス基板法線方向に関して上側に配置される上側偏光板３ａの吸収軸は１３５°−３１５°である。下側偏光板３ｂの吸収軸は４５°−２２５°に配置する。液晶層の厚さは略２μｍ、リタデーションは略４４０ｎｍとする。

実施例１では、図１に示したセルの配列で、通常液晶セルにセルＣＳ１を、高速応答液晶セルにセルＣＳ２を用いる。なお、通常液晶セルの下側偏光板２ｂの吸収軸と高速液晶セルの上側偏光板３ａの吸収軸とが一致するため、偏光板２ｂもしくは３ａを省略することができる。

図６Ａに、通常液晶セルＣＳ１の動作条件を、図６Ｂに、高速応答液晶セルＣＳ２及びバックライトの動作条件を示す。ここで０はＯｆｆ状態、１はＯｎ状態を表す。この条件で液晶表示素子を動作させたところ、外観観察上、図２Ｂに示したとおりの表示が得られた。また、視角を変化させて観察したところ、基板法線を０°として、上下左右４５°の範囲内では視差による表示品位の低下は見られなかった。

２つの液晶セルの基板法線方向に関する表示領域の距離は、通常で１．４ｍｍ〜２ｍｍ程度である。液晶表示素子を左右方向に関して最大４５°の方向から見た場合、２ｍｍ〜２．８ｍｍ程度の視差が生じる。従って、上記のように、一方のセルの表示エリアを他方のセルの対応する表示領域の全方位に対して少なくとも２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上広く設定する（設計上の要求により、最大のマージンは製品毎に自ずと決まってくるであろう）と、視差による色ムラ等の表示品質の劣化は生じないものと思われる。

なお、通常液晶セルは視角特性の良い垂直配向型が表示品質向上に有効であると考えられ、実施例として挙げたが、単独でノーマリブラックタイプの液晶セルであれば垂直配向型以外の表示型液晶セルでも良い。

（実施例２）
図５に、単独の場合ノーマリホワイトモードであるフィルム補償ＳＴＮ（スーパーツイストネマチック）液晶セルＣＳ３の構造模式図を示す。セルＣＳ３中の液晶部ＬＣＬ３は、基板面から略５°のプレチルト角で傾斜した水平配向でかつ、上下基板間でバックライト光の進行方向に対して左ねじれ２４０°のＳＴＮ液晶層を有する。下側基板のラビング方向は３５５°とし、液晶層中央分子の配向方位は２３５°、上側基板のラビング方向は１１５°とする。液晶層の厚さは６μｍ、リタデーションは略９００ｎｍである。ガラスの基板法線方向に関して上側にある上側偏光板４ａの吸収軸は６０°−２４０°とし、下側偏光板４ｂの吸収軸は１３５°−３１５°とする。上側偏光板４ａと上側ガラス基板との間に、正の一軸光学異方性を示す位相差板４ｄを挿入してあり、その遅相軸は２５°、リタデーションは６００ｎｍとする。なお、偏光板はポラテクノ製ＳＫＮ−１８２４３Ｔを用い、位相差板ポリカーボネートを素材とするものを用いる。

通常液晶セルとして上記のフィルム補償ＳＴＮ液晶セルＣＳ３を用いる。

一方、高速応答液晶セルとして、図３に示したモノドメイン垂直配向液晶セルＣＳ１の構造で、セル条件を変えた液晶セル（液晶セルＣＳ４）を用いる。実施例１と異なるのは、高速応答させるためにセルのリタデーションを調整することである。液晶層の厚さは略２μｍ、リタデーションは略３００ｎｍ、視角補償板の厚さ方向におけるリタデーションは略１８０ｎｍとする。なお、上側偏光板については、通常液晶セルの下側偏光板の吸収軸と吸収軸が同じなので省略することが可能である。

図７Ａに、通常液晶セルの動作条件を、図７Ｂに高速応答液晶セル及びバックライトの動作条件を示す。図中０および１の定義はセル態様１と同様である。この条件で液晶表示素子を動作させたところ、外観観察上、図に示したとおりの表示が得られた。また、視角を変化させて観察したところ、基板法線を０°として、左右４５°の範囲内では視差による表示品位の低下は見られなかった。

なお、通常液晶セルにＳＴＮ液晶セルを用いたが、白黒表示可能な液晶セルであれば代替可能であることは自明であろう。

（実施例３）
通常液晶セルとして、単独でノーマリブラックモードのモノドメイン垂直配向液晶セルＣＳ１を用いる。高速応答液晶セルとして、実施例２で用いた単独でノーマリブラックモードの垂直配向液晶セルＣＳ４を用いる。但し、高速応答液晶セルについては下側偏光板の吸収軸を１３５°−３１５°として、上側偏光板を省く。

図８Ａに、通常液晶セルの動作条件を、図８Ｂに、高速応答液晶セル及びバックライトの動作条件を示す。図中０および１の定義はセル態様１と同様である。この条件で液晶表示素子を動作させたところ、外観観察上、図に示したとおりの表示が得られた。また、視角を変化させて観察したところ、基板法線を０°として、左右４５°の範囲内では視差による表示品位の低下は見られなかった。

なお、通常液晶セル、高速液晶セル共に垂直配向型の液晶セルに限られないが、視角特性の観点から有効な実施例として本態様を説明した。

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、通常液晶セルに画素電極０１〜２０とセグメント電極Ｓ１を設け、高速応答液晶セルに広域電極Ａ１、Ａ２を設けても良い（広域電極Ａ１、Ａ２のサイズを、各々が対応する通常液晶セルの表示エリアの全方位に対して２ｍｍ以上大きくすることは言うまでもない）。

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、実施例による液晶表示素子の概念図である。図２Ａは、実施例における通常液晶セルおよび高速応答液晶セルの電極パターンであり、図２Ｂは、表示例である。図３は、液晶セル例の概略図である。図４は、液晶セル例の概略図である。図５は、液晶セル例の概略図である。図６Ａは、通常液晶セルの動作条件の表であり、図６Ｂは、高速応答液晶セルの動作条件である。図７Ａは、通常液晶セルの動作条件の表であり、図７Ｂは、高速応答液晶セルの動作条件である。図８Ａは、通常液晶セルの動作条件の表であり、図８Ｂは、高速応答液晶セルの動作条件である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ偏光板
Ａ１、Ａ２、Ｓ１電極
ＢＬバックライト
ＤＰ液晶表示部
ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３ドライバ
ＦＣ高速応答液晶セル
ＬＣＬ１、ＬＣＬ２、ＬＣＬ３液晶部
ＮＣ通常液晶セル
ＳＣ制御回路

Claims

所定の文字や図形を表示させる第１の画素電極を備え、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の液晶層とを含む第１の液晶セルと、
前記第１の画素電極と重なりをもち、かつその重なりの部分よりも全方位に対して大きな領域の第１の広域電極を備え、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、セルの応答速度が前記第１の液晶セルよりも速い第２の液晶セルと、
前記第１の液晶セルの外側に配置される第１の偏光板と、
前記第２の液晶セルの外側に配置される第２の偏光板と、
前記第１、第２の液晶セルの間に配置される第３の偏光板と、
前記第１、第２の液晶セルの基板法線方向に関して下方に配置され、複数の色の発光が可能な光源と、
前記第１、第２の液晶セルの少なくとも１つと前記光源とを同期駆動させることが可能な同期機構と
を有し、
前記第１、第２の液晶セル、および、前記第１〜第３の偏光板が、全体としてノーマリブラックモードになるよう配置されるとともに、前記第１の液晶セルと、前記第１の偏光板と、前記第３の偏光板と、がノーマリブラックモードになるよう配置され、
前記第１の液晶セルが、前記第１の画素電極とは別の領域に第２の広域電極を有し、
前記第２の液晶セルが、前記第１の広域電極とは別の領域に所定の文字や図形を表示させる第２の画素電極を有し、
前記第２の画素電極と前記第２の広域電極が重なりをもち、かつ該第２の広域電極は、その重なりの部分よりも全方位に対して広い領域を占め、
前記第１の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第１の画素電極および前記第１の広域電極を同時に動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行い、
前記第２の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第２の画素電極および前記第２の広域電極を同時に動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行う液晶表示素子。
所定の文字や図形を表示させる第１の画素電極を備え、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の液晶層とを含む第１の液晶セルと、
前記第１の画素電極と重なりをもち、かつその重なりの部分よりも全方位に対して大きな領域の第１の広域電極を備え、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、セルの応答速度が前記第１の液晶セルよりも速い第２の液晶セルと、
前記第１の液晶セルの外側に配置される第１の偏光板と、
前記第２の液晶セルの外側に配置される第２の偏光板と、
前記第１、第２の液晶セルの間に配置される第３の偏光板と、
前記第１、第２の液晶セルの基板法線方向に関して下方に配置され、複数の色の発光が可能な光源と、
前記第１、第２の液晶セルの少なくとも１つと前記光源とを同期駆動させることが可能な同期機構と
を有し、
前記第１、第２の液晶セル、および、前記第１〜第３の偏光板が、全体としてノーマリブラックモードになるよう配置されるとともに、前記第１の液晶セルと、前記第１の偏光板と、前記第３の偏光板と、がノーマリホワイトモードになるよう配置され、
前記第２の液晶セルが、前記第１の広域電極とは別の領域に所定の文字や図形を表示させる第２の画素電極を有し、
前記第１の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第１の画素電極および前記第１の広域電極を同時に動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行い、
前記第２の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第２の画素電極を動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行う液晶表示素子。
前記第１の液晶セルが、さらに、前記第１の画素電極とは別の領域に第２の広域電極を有し、
前記第２の画素電極と前記第２の広域電極が重なりをもち、かつ該第２の広域電極は、その重なりの部分よりも全方位に対して広い領域を占め、
前記第２の画素電極により所定の文字や図形を表示させるとき、前記第２の画素電極および前記第２の広域電極を同時に動作させることにより、所定の文字や図形の明表示を行う請求項２記載の液晶表示素子。