(57)【要約】【課題】  より容易に中間調を表現することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  当該液晶表示装置は、光源と、前記光源の光軸上に、相互に離れて対向配置される一対の偏光板と、前記一対の偏光板の間に配置される第１および第２の液晶セルと、前記第１および第２の液晶セル各々に接続し、印加する実効電圧を変化させることができる電源と、を備え、前記一対の偏光板、ならびに、前記第１および第２の液晶セルの特性が、電圧無印加時、ノーマリブラック状態になるように設定されており、前記第１および第２の液晶セル各々は、平面視において、相互に重なる表示パターンを有し、前記電源は、前記第１および第２の液晶セルを、それぞれ異なる実効電圧で駆動して、前記表示パターンを表示させる。【選択図】  図２−１
2019015929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の光軸上に、相互に離れて対向配置される一対の偏光板と、
前記一対の偏光板の間に配置される第１および第２の液晶セルと、
前記第１および第２の液晶セル各々に接続し、印加する実効電圧を変化させることができる電源と、
を備え、
前記一対の偏光板、ならびに、前記第１および第２の液晶セルの特性が、電圧無印加時、ノーマリブラック状態になるように設定されており、
前記第１および第２の液晶セル各々は、平面視において、相互に重なる表示パターンを有し、
前記電源は、前記第１および第２の液晶セルを、それぞれ異なる実効電圧で駆動して、前記表示パターンを表示させる、液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１および第２の液晶セルは、一方が垂直配向型の液晶セルであり、他方がインプレーンスイッチング型の液晶セルである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１および第２の液晶セルは、両方が垂直配向型の液晶セルである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１および第２の液晶セルは、相互にリタデーションが異なる請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１および第２の液晶セルは、一体的に形成されており、
電極が片面に形成された第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置され、電極が片面に形成された第２の基板と、
前記第１および第２の基板の間に配置され、電極が両面に形成された第３の基板と、
前記第１および第３の基板に挟持される第１の液晶層と、
前記第２および第３の基板に挟持される第２の液晶層と、
を有する、請求項１〜４いずれか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、複数の液晶セルを含む液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数枚の液晶セルを積層して用いる液晶表示装置が開発されている（たとえば特許文献１〜４）。このような液晶表示装置を利用すれば、たとえば、所望の表示領域に種々の異なる表示パターンを表示させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０６６６２６号公報
【特許文献２】特開２００３−０４３４４９号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５３４４号公報
【特許文献４】特開２００８−１５８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、所定の表示パターンの多階調表示をより容易に行うことができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の主な観点によれば、光源と、前記光源の光軸上に、相互に離れて対向配置される一対の偏光板と、前記一対の偏光板の間に配置される第１および第２の液晶セルと、前記第１および第２の液晶セル各々に接続し、印加する実効電圧を変化させることができる電源と、を備え、前記一対の偏光板、ならびに、前記第１および第２の液晶セルの特性が、電圧無印加時、ノーマリブラック状態になるように設定されており、前記第１および第２の液晶セル各々は、平面視において、相互に重なる表示パターンを有し、前記電源は、前記第１および第２の液晶セルを、それぞれ異なる実効電圧で駆動して、前記表示パターンを表示させる、液晶表示装置、が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
複数の液晶セルのセグメントパターンが、平面視において重なるように、当該液晶セルを積層し、個々の液晶セルのリタデーションを比較的小さく設定することにより、その表示パターンの多階調表示がより容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａは、参考例による液晶表示装置を示す断面図であり、図１Ｂは、当該液晶表示装置の、印加電圧に対する光透過率の依存性を示すグラフである。
【図２−１】および、
【図２−２】図２Ａは、実施例による液晶表示装置の基本的な構成を示す断面図であり、図２Ｂは、その液晶表示装置の表示パターンを例示する平面図であり、図２Ｃは、シミュレーションを行ったサンプルについて、それらを構成する液晶セルのセル厚ないしリタデーションをまとめたテーブルであり、図２Ｄは、実施例による液晶表示装置の変形例の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１Ａは、参考例による液晶表示装置を示す断面図である。便宜のため、各構成要素の相対的なサイズや位置関係は、実際のものと異なっている。
【０００９】
参考例による液晶表示装置１１０は、第１の液晶セル１０と、一対の偏光板３１，３２と、光源４０と、電源５０と、を備える。光源４０の光軸上に、相互に間隔を空けて対向する一対の偏光板３１，３２が配置される。一対の偏光板３１，３２の間に、第１の液晶セル１０が配置される。
【００１０】
第１の液晶セル１０は、いわゆる、セグメント型の電極構造を有する、ＶＡ方式（垂直配向型）の液晶セルである。第１の液晶セル１０は、主に、対向配置された下側基板１１および上側基板１２と、下側基板１１および上側基板１２に挟持される液晶層１７と、を備える。
【００１１】
下側基板１１および上側基板１２は、ガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。具体的には、０．７ｍｍ厚ソーダライムガラス基板である。下側基板１１と上側基板１２との間隙は、図示しない枠状のシール材に含有するロット状又は球状のスペーサーと、基板面内に均一に分散配置される球状スペーサーにより保持される。下側基板１１と上側基板１２の間隙ｄ１（セル厚ともいう）は、たとえば２μｍ〜６μｍである。
【００１２】
下側基板１１の一面側（上側基板１２との対向面側）に、コモン電極１３が設けられている。上側基板１２の一面側（下側基板１１との対向面側）に、所望の文字や図形等の平面形状を有するセグメント電極（表示電極）１４が設けられている。これらの電極１３，１４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって形成される。
【００１３】
下側配向膜１５は、下側基板１１の一面側に下側電極１３を覆うように設けられている。同様に、上側配向膜１６は、上側基板１２の一面側に上側電極１４を覆うように設けられている。これらの配向膜１５，１６としては、液晶層１７の配向状態を垂直配向（基板法線方向）に規制する垂直配向膜が用いられる。各配向膜には、ラビング処理等の一軸配向処理が、相互に反平行となるように施されている。
【００１４】
液晶層１７は、下側基板１１と上側基板１２との間に、図示しない枠状のシール材に囲まれて設けられている。液晶層１７を構成する液晶部材が、下側基板１１、上側基板１２、および、枠状のシール材により画定される空間に充填されている。液晶層１７を構成する液晶部材には、たとえば複屈折Δｎが０．１５程度のネガ型液晶材料が用いられる。
【００１５】
電圧無印加時において、液晶層１７を構成する液晶分子の配向方向は、下側基板１１および上側基板１２の各基板面に対してほぼ垂直となる。液晶分子のプレチルト角は、約８９．５°である。上下電極間に電圧が印加されると、液晶分子の配向方向は、下側基板１１および上側基板１２の各基板面に対して水平となるように変化する。
【００１６】
一対の偏光板３１，３２、および、第１の液晶セル１０の特性は、電圧無印加時、ノーマリブラック状態になるように設定される。一対の偏光板３１，３２は、それらの吸収軸が相互に直交するように配置される（クロスニコル配置される）。また、それらの吸収軸が液晶セル１０の液晶分子配向方向に対して４５°傾くように配置される。
【００１７】
第１の液晶セル１０は、電源５０により、たとえば、フレーム周波数１５０Ｈｚでマルチプレックス駆動（１／６４Ｄｕｔｙ，１／９Ｂｉａｓ）される。電源５０は、たとえば最大２４Ｖまで駆動電圧（振幅）を可変することができる。
【００１８】
図１Ｂは、参考例による液晶表示装置において、その液晶セルのセル厚を２μｍ，３μｍ，４μｍ，６μｍにしたときの、駆動電圧に対する光透過率の変化を示すグラフである。横軸は、液晶セルを駆動する電圧（振幅）値（Ｖ）を示し、縦軸は、液晶表示装置（一対の偏光板および液晶セル）に入射する光の強度と出射される光（透過光）の強度との比率、つまり液晶表示装置の透過率（％）を示す。
【００１９】
このグラフによれば、液晶セルのセル厚ｄ１が厚くなる（リタデーションΔｎ×ｄ１が大きくなる）にしたがって、駆動電圧に対する光透過率の変化（電気光学特性の急峻性）も大きくなることがわかる。セル厚が厚い（リタデーションが大きい）と、低い駆動電圧で高い光透過率を実現できる一方で、中程度の電圧を印加して中程度の光透過率を実現すること、つまり中間調状態では、その階調数を多くすると駆動電圧刻み幅が小さくなり、それらの階調を正確に表現することが難しい。逆に、セル厚が薄い（リタデーションが小さい）と、中間調階調数が多くても階調の表現が容易になる一方で、高い電圧を印加しなければ高い光透過率を実現できない。
【００２０】
発明者らは、より容易に中間調の多階調化を実現することができる液晶表示装置について検討を行った。
【００２１】
図２Ａは、実施例による液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。便宜のため、各構成要素の相対的なサイズや位置関係は、実際のものと異なっている。
【００２２】
実施例による液晶表示装置１００は、参考例による液晶表示装置１１０（図１Ａ参照）において、第１の液晶セル１０と表側の偏光板３２との間に、もう１枚の液晶セル（第２の液晶セル）２０を挿入した構成を有する。具体的には、光源４０側から、一方の偏光板（裏側偏光板）３１、第１の液晶セル（裏側液晶セル）１０、第２の液晶セル（表側液晶セル）２０、および、他方の偏光板（表側偏光板）３２が、順番に並んで配置される。
【００２３】
第２の液晶セル２０は、対向配置された下側基板２１（電極２３および配向膜２５含む）および上側基板２２（電極２４および配向膜２６含む）と、上側基板２１および下側基板２２に挟持される液晶層２７と、を備える。各構成要素２１〜２７は、第１の液晶セル１０の各構成要素１１〜１７とそれぞれ同様の構造・構成を有している。第２の液晶セル２０は、第１の液晶セル１０と同様に、セグメント型の電極構造を有する、ＶＡ方式の液晶セルである。
【００２４】
下側基板２１および上側基板２２は、ガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。具体的には、０．７ｍｍ厚ソーダライムガラス基板である。下側基板２１と上側基板２２の間隙ｄ２は、たとえば２μｍ〜６μｍである。
【００２５】
下側基板２１の一面側（上側基板２２との対向面側）に、コモン電極２３が設けられている。上側基板２２の一面側（下側基板２１との対向面側）に、所望の文字や図形等の平面形状（図２Ｂ参照）を有するセグメント電極（表示電極）２４が設けられている。
【００２６】
下側配向膜２５は、下側基板２１の一面側に下側電極２３を覆うように設けられている。同様に、上側配向膜２６は、上側基板２２の一面側に上側電極２４を覆うように設けられている。これらの配向膜２５，２６としては、液晶層２７の配向状態を垂直配向（基板法線方向）に規制する垂直配向膜が用いられている。各配向膜には、ラビング処理等の一軸配向処理が、相互に反平行となるように施されている。
【００２７】
液晶層２７は、下側基板２１と上側基板２２との間に設けられている。液晶材料には、たとえば複屈折Δｎが０．１５程度のネガ型液晶材料が用いられる。
【００２８】
電圧無印加時において、液晶層２７を構成する液晶分子の配向方向は、下側基板２１および上側基板２２の各基板面に対してほぼ垂直となる。液晶分子のプレチルト角は、約８９．５°である。電圧印加時において、液晶分子の配向方向は、下側基板２１および上側基板２２の各基板面に対してほぼ水平となる。
【００２９】
偏光板３１，３２、ならびに、第１および第２の液晶セル１０，２０の特性は、電圧無印加時、ノーマリブラック状態になるように設定される。一対の偏光板３１，３２は、クロスニコル配置され、それらの吸収軸が液晶セル１０，２０の液晶分子配向方向に対して４５°傾くように配置される。なお、第１および第２の液晶セル１０，２０は、液晶分子配向方向が同じ方向を向くように配置される。
【００３０】
光源４０には、たとえば蛍光灯やＬＥＤライトなどを用いることができる。または、導光板を用いたエッジライト型バックライトユニットを用いてもよい。
【００３１】
第１および第２の液晶セル１０，２０各々は、電源５０により、たとえば、フレーム周波数１５０Ｈｚでマルチプレックス駆動（１／６４Ｄｕｔｙ，１／９Ｂｉａｓ）される。電源５０は、たとえば最大２４Ｖまで駆動電圧（振幅）を可変することができる。
【００３２】
図２Ｂは、液晶表示装置１００を、表側偏光板３２側から見た際の平面図である。第１の液晶セル１０を駆動（電圧印加状態）すると、セグメント電極（表示電極）１４の形状に対応する文字や図形、たとえば円形状のセグメントパターン（表示パターン）Ｓ１が表示される。同様に、第２の液晶セル２０を駆動（電圧印加状態）すると、セグメント電極（表示電極）２４の形状に対応する文字や図形、たとえば円形状のセグメントパターン（表示パターン）Ｓ２が表示される。
【００３３】
セグメントパターンＳ１，Ｓ２は、平面視において、重なって配置されており、それぞれ同じ形状で、同じ位置に設けられる。なお、第１および第２の液晶セル１０，２０は、セグメントパターンＳ１，Ｓ２のほかに、相互に重ならない表示パターンを有していてもかまわない。第１および第２の液晶セル各々が表示するセグメントパターンＳ１，Ｓ２を、まとめて、表示パターンＳと表記する。
【００３４】
第１および第２の液晶セル１０，２０のセル厚ｄ１，ｄ２を変化させた３つのサンプルを準備する。３つのサンプルは、どれも、第１および第２の液晶セル１０，２０のリタデーションの合計が約９００ｎｍに設定される。
【００３５】
図２Ｃは、３つのサンプルのパラメータをまとめたテーブルである。第１のサンプル（Ｓａｍｐｌｅ１）は、第１の液晶セルのセル厚ｄ１が４μｍ（リタデーションが６００ｎｍ）、第２の液晶セルのセル厚ｄ２が２μｍ（リタデーションが３００ｎｍ）に設定されている。第２のサンプル（Ｓａｍｐｌｅ２）は、セル厚ｄ１，ｄ２がともに３μｍ（リタデーションが４５０ｎｍ）に設定されている。第３のサンプル（Ｓａｍｐｌｅ３）は、セル厚ｄ１が６μ（リタデーションが９００ｎｍ）、セル厚ｄ２が０μｍに設定されている。第３のサンプルは、すなわち、第１の液晶セルのみで構成される液晶表示装置であり、参考例による液晶表示装置（図１Ａ参照）に対応する。
【００３６】
これらの３つのサンプルについて、表示パターンＳ（図２Ｂ参照）を４階調（２ビット階調）で表現する場合を想定する。各サンプルは、最大輝度（３／３階調）において、光源の光強度の２４％の光強度（光透過率が２４％）になるように設定される。また、２／３階調および１／３階調において、それぞれ光源の光強度の１６％および８％の光強度（光透過率が１６％および８％）になるように設定される。なお、いずれのサンプルにおいても、０／３階調を表現（光透過率がほぼ０％、つまり黒表示ないし暗表示）する場合には、各液晶セルに、１５．０Ｖ以下の電圧を印加する、ないし、電圧無印加とする。
【００３７】
第１のサンプルにおいて、表示パターンＳを３／３階調で表現する場合、第１の液晶セルを１８．５Ｖ〜１９．０Ｖ程度の電圧で駆動し、第２の液晶セルを約２０．０Ｖの電圧で駆動する。２／３階調を表現する場合、第１の液晶セルを１８．５Ｖ〜１９．０Ｖ程度の電圧で駆動し、第２の液晶セルを約１５．０Ｖ以下の電圧で駆動する（電圧無印加としてもよい）。１／３階調を表現する場合、第１の液晶セルを約１５．０Ｖ以下の電圧で駆動し（電圧無印加としてもよい）、第２の液晶セルを約２０．０Ｖの電圧で駆動する。
【００３８】
第２のサンプルにおいて、表示パターンＳを３／３階調で表現する場合、一方の液晶セルを約２０．０Ｖの電圧で駆動し、他方の液晶セルを約１８．０Ｖの電圧で駆動する。２／３階調を表現する場合、両方の液晶セルを約１８．０Ｖの電圧で駆動する。１／３階調を表現する場合、一方の液晶セルを約１８．０Ｖの電圧で駆動し、他方の液晶セルを約１５．０Ｖ以下の電圧で駆動する（電圧無印加としてもよい）。
【００３９】
第３のサンプルにおいて、表示パターンＳを３／３階調で表現する場合、第１の液晶セルを約１８．５Ｖの電圧で駆動する。２／３階調を表現する場合、第１の液晶セルを約１７．５Ｖ程度の電圧で駆動する。１／３階調を表現する場合、第１の液晶セルを約１６．５Ｖの電圧で駆動する。
【００４０】
単一の液晶セルを用いた第３のサンプルでは、階調を１段階変化させるために、液晶セルの駆動電圧を１Ｖ程度変化させる。一方、複数の液晶セルを用いた第１および第２のサンプルでは、階調を１段階変化させるために、いずれかの液晶セルの駆動電圧を２Ｖ以上変化させる。
【００４１】
単一の液晶セルを用いた液晶表示装置よりも、複数の液晶セルを用いた液晶表示装置のほうが、１階調の調整のために制御する電圧レンジが広いため、階調の調整が容易となる。複数の液晶セルを用いた液晶表示装置における、このような階調制御の容易性は、２ビット以上のより細かい階調を表現する場合において、より顕著に現れるであろう。
【００４２】
図２Ｄは、実施例による液晶表示装置の変形例１０１を示す断面図である。第１および第２の液晶セル１０，２０は、図２Ａに示すように別々に設けてもかまわないが、図２Ｄに示すように一体的に設けてもかまわない。
【００４３】
変形例１０１は、一対の偏光板３１，３２の間に配置される第３の液晶セル３３を含む。第３の液晶セル３３は、基板１１，１２、電極１３，１４、配向膜１５，１６および液晶層１７を含む第１の液晶セル１０と、基板１２，２１、電極２３，２４、配向膜２５，２６および液晶層２７を含む第２の液晶セル２０と、が一体化した構成とみなすことができる。
【００４４】
具体的に、片面にコモン電極１３，２３が設けられた基板１１，２１が、間隔をあけて、相互に対向して配置されており、それら基板１１，２１の間に、両面にセグメント電極１４，２４が設けられた基板１２が挿入されている。液晶層１７が基板１１，１２の間に挟まれて配置されており、液晶層２７が基板１２，２１に挟まれて配置されている。
【００４５】
以上、実施例およびその変形例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、第１および第２の液晶セルは、電圧無印加時に、ノーマリブラック状態を実現できれば、どのような特性・駆動方式の液晶セルを用いてもかまわない。第１および第２の液晶セルは、一方がＶＡ駆動方式の液晶セルで構成され、他方がいわゆるＩＰＳ（インプレーンスイッチング）駆動方式の液晶セルで構成されてもよい。この場合、ＩＰＳ方式の液晶セルは、電圧無印加時の液晶分子配向方位が、偏光板の吸収軸と平行ないし直交するように配置する。
【００４６】
また、実施例では、液晶セルをマルチプレックス駆動するに際し、駆動電圧（印加電圧の振幅）を変化させたが、デューティ比（パルス幅）やフレームレート周波数を変化させて、液晶セルに印加する実効的な電圧値を変化させてもよい。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は自明であろう。
【符号の説明】
【００４７】
１０…第１の液晶セル、１１，１２…基板、１３，１４…電極（セグメント型）、１５，１６…配向膜、１７…液晶層、２０…第２の液晶セル、２１，２２…基板、２３，２４…電極（セグメント型）、２５，２６…配向膜、２７…液晶層、３１，３２…偏光板、４０…光源、５０…電源、１０１，１０２…実施例による液晶表示装置、１１０…参考例による液晶表示装置。
【図１】
2019015929.tif 000003
【図２−１】
2019015929.tif 000004
【図２−２】
2019015929.tif 000005