(57)【要約】【課題】  ドットマトリクス表示とセグメント表示とを好適に組み合わせ可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  当該液晶表示装置は、ドットマトリクス表示を行なえるアクティブ駆動型液晶表示素子と、前記アクティブ駆動型液晶表示素子の裏面側に積層配置され、セグメント表示が可能なパッシブ駆動型液晶表示素子と、前記アクティブ駆動型液晶表示素子の表面側に配置された表面側偏光子と、前記パッシブ駆動型液晶表示素子の裏面側に配置された裏面側偏光子と、前記アクティブ駆動型液晶表示素子と前記表面側偏光子との間か、または、前記パッシブ駆動型液晶表示素子と前記裏面側偏光子との間に配置されたネガティブＣプレートと、前記ネガティブＣプレートに隣接して配置された視角補償板と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドットマトリクス表示を行なえるアクティブ駆動型液晶表示素子と、
前記アクティブ駆動型液晶表示素子の裏面側に積層配置され、セグメント表示が可能なパッシブ駆動型液晶表示素子と、
前記アクティブ駆動型液晶表示素子の表面側に配置された表面側偏光子と、
前記パッシブ駆動型液晶表示素子の裏面側に配置された裏面側偏光子と、
前記アクティブ駆動型液晶表示素子と前記表面側偏光子との間か、または、前記パッシブ駆動型液晶表示素子と前記裏面側偏光子との間に配置されたネガティブＣプレートと、
前記ネガティブＣプレートに隣接して配置された視角補償板と、
前記裏面側偏光子の裏面側に配置されたバックライトと、
を備え、
前記アクティブ駆動型液晶表示素子と前記パッシブ駆動型液晶表示素子の一方はインプレーンスイッチング型の液晶素子で形成され、他方は垂直配向型の液晶素子で形成され、
前記アクティブ駆動型液晶表示素子、前記パッシブ駆動型液晶表示素子、前記表面側偏光子、前記裏面側偏光子の特性が電圧無印加状態でノーマリブラック状態になるように設定されている、液晶表示装置。
【請求項２】
前記視角補償板は、ポジティブＡプレート、負の二軸光学異方性を有する二軸フィルム、正の二軸光学異方性を有する二軸フィルム、または、ネガティブＡプレート、のいずれかである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記視角補償板は、その面内遅相軸が、前記アクティブ駆動型液晶表示素子または前記パッシブ駆動型液晶表示素子のインプレーンスイッチング型の液晶素子の液晶分子配向方位に沿うように配置される請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
表示面の法線方向から観察した際に、前記アクティブ駆動型液晶素子の表示部と前記パッシブ駆動型液晶素子の表示部の重なる領域を備え、前記重なる領域においては、前記アクティブ駆動型液晶素子と前記パッシブ駆動型液晶素子のいずれか一方がスイッチングされ、他方はスイッチングされない駆動を行った時に、スイッチングされた側の液晶素子の表示部形状で明状態になる請求項１〜３いづれか１項記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の液晶素子が積層する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車載用の液晶表示装置（ＬＣＤ）として、ドットマトリクスの各画素にスイッチング用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置の搭載が進んでいる。アクティブ素子においては、信号電圧を供給し、素子のスイッチをオフにすると、蓄積された電圧によりほぼ全周期に亘る表示をおこなうことができる。ドットマトリクス表示は、ドットを任意に選択するアクティブ駆動により種々の形状を表示することができる。
【０００３】
水平方向、垂直方向にドットを配列したドットマトリクスの場合、水平方向、垂直方向の線はほぼ好適に表示できるが、斜め方向の線や曲線は水平方向の線と垂直方向の線との混合として表示され、エッジにギザギザ感が生じ易い。
【０００４】
セグメント電極を用いたセグメント表示型液晶表示素子は、固定パターンであるが、滑らかな輪郭（エッジ）を表示することができる。セグメント表示型液晶表示素子は、表示素子数が限られ、液晶層を挟んで配置された、交差する２方向の電極の各１電極を選んで、１画素を駆動するパッシブ(ダイレクトマルチプレックス、単純マトリクス)駆動で駆動される。パッシブ駆動では、１周期内の各画素の駆動時間は短くなる。
【０００５】
アクティブマトリクス型のドットマトリクス液晶表示素子の表面側にセグメント表示型のパッシブ駆動型液晶表示素子を積層した積層構造を有し、裏面側にバックライトを備えた液晶表示装置も提案されている（例えば特許文献１）。ドットマトリクス液晶表示素子は、バックライトで照明可能なように、透過型のＴＦＴ駆動型液晶表示素子で構成する。セグメント型液晶表示素子がドットマトリクス表示部を遮光しないように、セグメント型液晶表示素子は透過型ノーマリホワイトモードで構成する。フルドットマトリクスを用いて例えば順次変化するナビゲーション画面を表示し、その上に走行速度、ターンシグナル、警告表示等をセグメント表示することが開示されている。
【０００６】
近年、優れた表示品位を有するノーマリブラックモード液晶表示素子が広く採用されている。例えば、垂直配向した液晶層と直交配置偏光子を組み合わせることにより、黒レベルの光透過率を低減し、高いコントラストを実現できる液晶表示素子が知られている。この液晶素子は、非表示部が遮光性となる。もし、ドットマトリクス表示装置の上にノーマリブラックモードの表示素子を重ねると、非表示部の下方に配置されるドットマトリクスの表示状態が隠されてしまうことになる。このため、表示コンテンツに制限が加わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０４３４４９号（特許４８０１２９１号）公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ドットマトリクス表示とセグメント表示とを好適に組み合わせ可能な液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施例による液晶表示装置は、ドットマトリクス表示を行なえるアクティブ駆動型液晶表示素子と、前記アクティブ駆動型液晶表示素子の裏面側に積層配置され、セグメント表示が可能なパッシブ駆動型液晶表示素子と、前記アクティブ駆動型液晶表示素子の表面側に配置された表面側偏光子と、前記パッシブ駆動型液晶表示素子の裏面側に配置された裏面側偏光子と、前記アクティブ駆動型液晶表示素子と前記表面側偏光子との間か、または、前記パッシブ駆動型液晶表示素子と前記裏面側偏光子との間に配置されたネガティブＣプレートと、前記ネガティブＣプレートに隣接して配置された視角補償板と、前記裏面側偏光子の裏面側に配置されたバックライトと、を備え、前記アクティブ駆動型液晶表示素子と前記パッシブ駆動型液晶表示素子の一方はインプレーンスイッチング型の液晶素子で形成され、他方は垂直配向型の液晶素子で形成され、前記アクティブ駆動型液晶表示素子、前記パッシブ駆動型液晶表示素子、前記表面側偏光子、前記裏面側偏光子の特性が電圧無印加状態でノーマリブラック状態になるように設定されている。
【発明の効果】
【００１０】
アクティブ駆動型液晶表示素子の裏面側にノーマリブラックのパッシブ駆動型液晶表示素子を用いることができ、表示品位を向上できる。セグメント表示のパッシブ駆動型液晶表示素子を用いてシャープなエッジを実現できる。また、良好な視角特性が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１−１】図１Ａは実施例１による積層構造の下側に配置される、セグメント表示部を有するパッシブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ１を示す平面図であり、図１Ｂは実施例１による積層構造の上側に配置される、ドットマトリクス表示部を有するアクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２を示す平面図であり、図１Ｃは矩形状画素が上下左右方向に規則的に配置されたドットマトリクス表示部の画素ＰＸの配列を示す平面図である。
【図１−２】図１Ｄは実施例１によるドットマトリクス表示部の各矩形状画素ＰＸ内の３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）カラーフィルタＣＦｒ、ＣＦｇ、ＣＦｂを備えた単色電極領域ＰＥｒ、ＰＥｇ、ＰＥｂを示す平面図、図１Ｅは各単色電極領域ＰＥの構成を示す等価回路図、図１Ｆは液晶表示素子の積層構造を含む液晶表示装置の断面構造を示す断面図である。
【図２】実施例２による液晶表示装置の断面構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１Ａ〜１Ｆは、実施例１による液晶表示装置の構成を示す平面図、等価回路図、断面図である。図１Ａは、セグメント表示部１０を有するパッシブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ１を示す平面図である。有効表示領域内のセグメント表示部１０内に、固定形状のセグメント電極が配置されている。セグメント電極は滑らかに連続したエッジを有する。対向電極はセグメント電極を内包する面積を有し、セグメント電極に対応した表示を行う。エアコン用表示が例示され、中央部にエアコンの作動状態、左右両側に運転席領域、助手席領域の温度が示されている。
【００１３】
図１Ｂは、ドットマトリクス表示部２０を有するアクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２を示す平面図である。有効表示部全体にドットマトリクス表示部２０が形成されている。ドットマトリクス表示部の一部領域上にセグメント表示部１０がオーバーラップする。
【００１４】
典型的な１使用形態では、セグメント表示部１０内に配置されたドットマトリクスは独立的表示を行わず、セグメント表示部１０外で任意の表示を行う。セグメント表示部１０とセグメント表示部外のドットマトリクス表示部２０とは、例えばそれぞれ独立の表示を行う。
【００１５】
図１Ｃは、ドットマトリクス表示部２０内の、上下左右方向に規則的に配列された多数の画素ＰＸの例を示す。矩形状の画素ＰＸが垂直方向、水平方向に配列されている。各画素はカラーフィルタを備えた複数の単色領域を含む。
【００１６】
図１Ｄは、各画素ＰＸ内の赤色フィルタ領域ＣＦｒ、緑色フィルタ領域ＣＦｇ、青色フィルタ領域ＣＦｂを含む単色領域の配列例を示す。各単色領域に対応して赤色領域電極ＰＥｒ、緑色領域電極ＰＥｇ、青色領域電極ＰＥｂを含む単色領域電極ＰＥが配置される。尚、１つの画素ＰＸが垂直方向に延在する３つの単色領域を含む例を示したが、水平方向に延在する単色領域の組み合わせとしてもよく、他の形状の単色領域の組み合わせとすることもできる。
【００１７】
図１Ｅに示すように、各単色領域の単色領域電極ＰＥは、蓄積容量Ｃを備え、画像信号をスイッチングする薄膜トランジスタＴＦＴに接続されている。薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極にスイッチング信号が供給され、オンの期間に画像信号を蓄積容量Ｃに蓄積し、オフの期間蓄積された画像信号を維持する。尚、単色領域電極ＰＥはカラーフィルタＣＦで覆われる。
【００１８】
図１Ｆに示されるように、単純マトリクス駆動されるセグメント電極を有するパッシブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ１の上に、ＴＦＴを用いて任意駆動されるアクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２が配置されて積層構造を構成している。パッシブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ１は、一対のガラス基板１１，１２の間に液晶層１３を備える。アクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２は、下側ガラス基板２１の上に各画素電極に接続されるＴＦＴアレイ２５を備え、上側ガラス基板２２の上にカラーフィルタを備えた共通電極２４を備え、液晶層２３がＴＦＴアレイ２５に接続された画素電極と共通電極２４の間に配置されている。
【００１９】
パッシブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ１は、上方に外部接続端子群を有し、パッシブ駆動回路ＤＲ１に接続される。アクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２は、下方に外部接続端子群を備え、アクティブ駆動回路ＤＲ２に接続される。パッシブ駆動回路ＤＲ１は、パッシブ駆動型液晶表示素子の表示を制御する。アクティブ駆動回路ＤＲ２は、第１にパッシブ液晶表示素子領域外のアクティブ駆動型液晶表示素子の表示を制御する。
【００２０】
パッシブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ１の裏面側に第１の偏光子Ｐ１，アクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２の表面側に第２の偏光子Ｐ２が配置されている。１対の偏光子Ｐ１，Ｐ２は例えば互いに直交配置を構成する。第１の偏光子Ｐ１の裏面側にバックライト２が配置されている。
【００２１】
積層素子は、電圧無印加時に黒状態になるノーマリブラックモードとなるように液晶層配向方向や偏光子配置を設定する。例えば、表側に配置されたアクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２は有効表示面内方向に液晶分子をスイッチングするインプレーンスイッチングモード液晶素子で構成し、裏側に配置されたパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１はモノドメイン垂直配向型液晶素子で構成する。裏側偏光子Ｐ１の吸収軸と表側偏光子Ｐ２の吸収軸とを互いに直交配置する。
【００２２】
アクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２の存在を無視すると、垂直配向のパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１を直交配置偏光子Ｐ１，Ｐ２で挟んだ、高コントラスト実現可能な構造が形成される。電圧無印加時は直交配置偏光子が光を遮断し、電圧を印加して偏光子の吸収軸方向と異なる方向に液晶分子を傾斜させれば、透過光が生じる。
【００２３】
表側偏光子Ｐ２の吸収軸を水平方位にし、隣接するインプレーンスイッチング型のアクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２の電圧無印加時の液晶分子配向方位を、ＬＣＤ２の透過光が偏光子Ｐ２で遮光されるように水平方位にする。尚、裏側偏光子Ｐ１の吸収軸の方位は垂直方位になる。例えば、インプレーンスイッチング型のアクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２の電圧印加時の液晶分子配向方向は水平方向、垂直方向と４５度の角度をなす方向とし、垂直配向型液晶素子ＬＣＤ１の配向処理方向も同一方向とする。
【００２４】
任意形状の画像を表示する場合はアクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２を駆動する。アクティブ駆動型液晶表示素子ＬＣＤ２とオーバーラップしてパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１が存在する場合、パッシブ駆動型液晶表示素子の垂直配向型液晶分子は単に光を透過させる機能を果たす。
【００２５】
セグメント表示部を表示する場合は、セグメント表示素子を駆動する。駆動領域の外側は黒領域となる。シャープな境界を有する形状が表示できることを確認した。
【００２６】
なお、アクティブ駆動型液晶表示素子を垂直配向型液晶素子で形成し、パッシブ駆動型液晶表示素子をインプレーンスイッチング型の液晶素子で構成することもできる。偏光子の吸収軸配置方位は水平、垂直のみに限らない。
【００２７】
発明者の検討によれば、実施例１による液晶表示装置は、視角特性について、改善の余地がある。発明者は、引き続き、複数の液晶素子が積層する液晶表示装置について、その視角特性を改善する検討を行った。
【００２８】
図２は、実施例２による液晶表示装置の構成を示す断面図である。実施例２による液晶表示装置は、図１（特に図１Ｆ）に示す実施例１による液晶表示装置に、さらに、２枚の視角補償板（光学補償板）３１，３２を追加した構成である。
【００２９】
視角補償板３１は、たとえばパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１と裏面側偏光子Ｐ１との間に配置される。また、視角補償板３２は、視角補償板３１と裏面側偏光子Ｐ１との間に配置される。なお、視角補償板３１，３２は、アクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２と表面側偏光子Ｐ２との間に配置してもかまわない。
【００３０】
ここで、視角補償板において、面内方向であって、遅相軸方向の屈折率をｎｘ、進相軸方向の屈折率をｎｙと定義し、さらに、厚み方向の屈折率をｎｚと定義する。そして、視角補償板のＮｚファクタを（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義する。
【００３１】
このとき、Ｎｚファクタが∞である視角補償板（ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚ）を、ネガティブＣプレートと呼ぶ。Ｎｚファクタが１よりも大きい視角補償板（ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ）を、負の二軸光学異方性を有する二軸プレート、ないし、単に負の二軸プレートと呼ぶ。Ｎｚファクタがほぼ１である視角補償板（ｎｘ＞ｎｙ≒ｎｚ）を、ポジティブＡプレートと呼ぶ。さらに、Ｎｚファクタが１よりも小さい視角補償板を、主に、正の二軸光学異方性を有する二軸プレート、ないし、単に正の二軸プレートと呼ぶ。ただし、Ｎｚファクタがほぼ０である視角補償板（ｎｚ≒ｎｘ＞ｎｙ）を、ネガティブＡプレートと呼び、Ｎｚファクタが−∞である視角補償板（ｎｚ＞ｎｘ≒ｎｙ）を、ポジティブＣプレートと呼ぶ。
【００３２】
視角補償板３１には、たとえばネガティブＣプレートを用いる。以下においては、面内位相差Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ（ｄ：視角補償板の厚み）が７ｎｍ以下であれば、ネガティブＣプレートと呼ぶ。
【００３３】
視角補償板３２には、たとえばポジティブＡプレートを用いる。ポジティブＡプレートは、その遅相軸（屈折率ｎｘが定義される方位）が、インプレーンスイッチング型のアクティブ駆動型液晶素子ＬＣＤ２の電圧無印加時の液晶分子配向方位に平行（水平方位）で、裏側偏光子Ｐ１の吸収軸と直交（垂直方位）ないし表側偏光子Ｐ２の吸収軸に平行（水平方位）となるように配置されることが好ましい。
【００３４】
視角補償板３１，３２の各種パラメータを調整した際の、電圧無印加時の視角特性についてシミュレーション解析を行った。なお、垂直配向のパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１のリタデーションは、約３２０ｎｍに設定した。
【００３５】
なお、液晶素子に用いられる液晶材料は、負の誘電率異方性を有し、Δｎ＝０．０９１４である、メルク社製の液晶材料を想定した。また、偏光子は、ポラテクノ社製ＳＫＮ１８２４３Ｔを想定した。さらに、視角補償板は、ノルボルネン系環状オレフィンを材質として用いたものを想定した。
【００３６】
シミュレーション解析の結果、ネガティブＣプレート３１の厚さ方向位相差Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ（ｄ：視角補償板の厚み）が約２２０ｎｍであり、ポジティブＡプレート３２の面内位相差Ｒｅが約１４０ｎｍであるとき、視角特性が最適化された。具体的には、若干の光抜けがあるものの、全方位において光抜けが顕著に抑制され、優れた視角特性が確認された。
【００３７】
続いて、視角補償板３２を、ポジティブＡプレートに代えて、負の二軸フィルム（Ｎｚファクタ＝１．５）としたときの、電圧無印加時の視角特性についてシミュレーション解析を行った。なお、垂直配向のパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１のリタデーションは、約３６０ｎｍに設定した。
【００３８】
シミュレーション解析の結果、ネガティブＣプレート３１の厚さ方向位相差Ｒｔｈが約２２０ｎｍであり、負の二軸フィルム３２の面内位相差Ｒｅが約１００ｎｍで、厚さ方向位相差Ｒｔｈが約１００ｎｍであるとき、視角特性が最適化された。具体的には、全方位において光抜けが抑制され、優れた視角特性が確認された。
【００３９】
続いて、視角補償板３２を、負の二軸フィルムに代えて、正の二軸フィルム（Ｎｚファクタ＝０．５）としたときの、電圧無印加時の視角特性についてシミュレーション解析を行った。なお、垂直配向のパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１のリタデーションは、約２７５ｎｍに設定した。
【００４０】
シミュレーション解析の結果、ネガティブＣプレート３１の厚さ方向位相差Ｒｔｈが約２２０ｎｍであり、正の二軸フィルム３２の面内位相差Ｒｅが約２２７ｎｍで、厚さ方向位相差Ｒｔｈが０ｎｍであるとき、視角特性が最適化された。具体的には、全方位において光抜けが抑制され、優れた視角特性が確認された。
【００４１】
最後に、視角補償板３２を、正の二軸フィルムに代えて、ネガティブＡプレートとしたときの、電圧無印加時の視角特性についてもシミュレーション解析を行った。なお、垂直配向のパッシブ駆動型液晶素子ＬＣＤ１のリタデーションは、約２３０ｎｍに設定した。
【００４２】
シミュレーション解析の結果、ネガティブＣプレート３１の厚さ方向位相差Ｒｔｈが約３３０ｎｍであり、ネガティブＡプレート３２の面内位相差Ｒｅが約１２５ｎｍであるとき、視角特性が最適化された。具体的には、全方位において光抜けが抑制され、優れた視角特性が確認された。
【００４３】
インプレーンスイッチング型の液晶素子と垂直配向型の液晶素子とを積層した液晶表示装置において、ネガティブＣプレートを設けることにより、視角特性が顕著に改善されることが確認された。さらに、ポジティブＡプレート、負の二軸フィルム、正の二軸フィルム、または、ネガティブＡプレートを組み合わせることで、視角特性がより最適化されることが確認された。
【００４４】
以上、実施例に沿って本願を説明したが、これらは制限的なものではない。例えば材料、数値などは例示であって、これらに限るものではない。その他種々の変形、置換、改良等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４５】
ＬＣＤ…液晶表示素子、ＬＣＤ１…パッシブ駆動型液晶表示素子、ＤＲ１…パッシブ駆動回路、ＬＣＤ２…アクティブ駆動型液晶表示素子、ＰＸ…画素、ＤＲ２…アクティブ駆動回路、ＣＦ…カラーフィルタ、ＣＦｒ…赤色フィルタ領域、ＣＦｇ…緑色フィルタ領域、ＣＦｂ…青色フィルタ領域、ＰＥ…単色領域電極、ＴＦＴ…薄膜トランジスタ、Ｃ…蓄積容量、Ｐ１，Ｐ２…偏光子、１０…セグメント表示部、１１，１２…ガラス基板、１３…液晶層、２０…ドットマトリクス表示部、２１，２２…ガラス基板、２３…液晶層、２４…共通電極、２５…ＴＦＴアレイ、３１…光学補償板（ネガティブＣプレート），３２…光学補償板（ポジティブＡプレート，負の二軸プレート，正の二軸プレート、または、ネガティブＡプレート）。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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