(57)【要約】【課題】  カラーブレークや表示ずれを起こさずマルチカラー表示を行う。【解決手段】    所定の文字や図形を表示させる少なくとも１つのセグメント電極を備えた第１の液晶セルと、有効表示領域のほぼ全域を表示させる全面電極を備えた第２の液晶セルと、第１、第２の液晶セルを含む２層構造パネルにおける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任意の数の光源を発光させ、その発光に同期させて２層構造パネルの複数の表示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、制御回路が、第１の液晶セルに形成された電極と、第２の液晶セルに形成された電極が画定する複数の表示領域を、サブフレームのいずれか１つのみで透光状態とするか、もしくは全てのサブフレームにおいて遮光状態とするよう制御する液晶表示素子を作製する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の文字や図形を表示させる少なくとも１つのセグメント電極を備え、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、
有効表示領域のほぼ全域を表示させる全面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の液晶層とを含む第２の液晶セルと、
前記第１、第２の液晶セルを含む２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任意の数の光源を発光させ、その発光に同期させて前記２層構造パネルの複数の表示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、
前記制御回路が、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電極が画定する複数の表示領域を、前記サブフレームのいずれか１つのみで透光状態とするか、もしくは全てのサブフレームにおいて遮光状態とするよう制御する液晶表示素子。
【請求項２】
さらに、
前記複数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る請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記光源がＬＥＤを有する請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示素子を含む投射型表示装置であって、
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。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示素子を含む投射型表示装置であって、
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。
【請求項６】
所定の文字や図形を表示させる少なくとも１つのセグメント電極を備え、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、有効表示領域のほぼ全域を表示させる全面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の液晶層とを含む第２の液晶セルと、
前記第１、第２の液晶セルを含む２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任意の数の光源を発光させ、その発光に同期させて前記２層構造パネルの複数の表示領域の透光および遮光の状態を制御する制御回路と
を有する液晶表示素子の駆動方法であって、
あるサブフレームで透光状態とされた表示領域は、他のサブフレームでは遮光状態となるよう制御される液晶表示素子の駆動方法。
【請求項７】
さらに、
前記１つのフレームが第１のサブフレームと第２のサブフレームを含み、
前記光源の発光色が第１の色と第２の色を含み、
前記第１の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のフレームにおいて前記第２の色を透過させる請求項６記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項８】
前記光源が平行光を出射する構造である請求項６または７記載の液晶表示素子の駆動方法を用いた投射型表示装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項６または７記載の液晶表示素子の駆動方法を用いた投射型表示装置の駆動方法であって、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
ネガ表示において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。
【０００４】
ＦＳＬＣＤの使用において、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。
【０００５】
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駆動の液晶表示素子を提案している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０８５０６２号公報
【特許文献２】特開２００４−０２９１５４号公報
【特許文献３】特開２００４−２９４８２４号公報
【特許文献４】特開２００２−３０３８４６号公報
【特許文献５】特開２００６−３３０６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。そのため、液晶セルの物理的な厚みによって、表示領域を斜めから見た場合視差が生じる。これにより、表示をさせたいセグメントが立体的に見えたり２重写りしたりする現象が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、視認性を向上させた液晶表示素子、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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少なくとも１つのセグメント電極を備え、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、有効表示領域のほぼ全域を表示させる全面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の液晶層とを含む第２の液晶セルと、前記第１、第２の液晶セルを含む２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任意の数の光源を発光させ、その発光に同期させて前記２層構造パネルの複数の表示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、前記制御回路が、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電極が画定する複数の表示領域を、前記サブフレームのいずれか１つのみで透光状態とするか、もしくは全てのサブフレームにおいて遮光状態とするよう制御する液晶表示素子が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、所定の文字や図形を表示させる少なくとも１つのセグメント電極を備え、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、有効表示領域のほぼ全域を表示させる全面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の液晶層とを含む第２の液晶セルと、前記第１、第２の液晶セルを含む２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任意の数の光源を発光させ、その発光に同期させて前記２層構造パネルの複数の表示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、前記制御回路が、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電極が画定する複数の表示領域を、前記サブフレームのいずれか１つのみで透光状態とするか、もしくは全てのサブフレームにおいて遮光状態とするよう制御する液晶表示素子の駆動方法であって、あるサブフレームで透光状態とされた表示領域は、他のサブフレームでは遮光状態となるよう制御される液晶表示素子の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
液晶表示素子の視認性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。図示のように、実施例による液晶表示部１０１は、２つのＴＮ（ツイストネマチック）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。
【００１３】
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方向を決め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。
【００１４】
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つの座標軸があるが、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設定する。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。
【００１５】
図３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、例えば図示のような電極ａ〜ｄ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ｅ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。
【００１６】
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が同期して駆動するよう同期コントローラ２０が装備される。
【００１７】
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か非駆動状態の場合、バックライトの光を遮光することが可能である。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施例１）
図５に、実施例１による液晶表示素子の駆動方法の表を示す。実施例１は、代表的なネガ表示である黒背景にカラーのセグメント表示を行う態様である。図５に示した表は、各サブフレームでのＲＧＢ（ＢＬ）各ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦ状態と、表示セルに設けられたａ〜ｄのセグメント電極および背景表示セルに設けられた全面電極ｅ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。全面電極ｅはセグメント電極ａ〜ｄ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ａ〜ｄがそのまま表示領域と重なる。また表中の電極ｅの表示色は、セグメント電極以外の背景の表示領域の色となる。
【００２０】
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、ＴＮ液晶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（駆動状態と定義する）を表す。各電極のＯＦＦとは、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液晶セルの液晶分子がＴＮ配向を維持できる電圧を印加した状態（非駆動状態と定義する）を指す。
【００２１】
図６に、実際の表示を示す。実施例１では、全面電極ｅをサブフレームいずれにおいてもＯＦＦ状態に設定することで、背景（セグメント電極ａ〜ｄと重ならない部分）を黒表示にする。ａ〜ｄのセグメントには、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ｅと、表示セルにおける各セグメント電極ａ〜ｄ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。
【００２２】
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。図５の表では、図６に示すように、電極ａが白（Ｗ）、電極ｂが赤（Ｒ）、電極ｃが黄（Ｙ）、電極ｄが黒（ＢＫ）を表示するように電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御する例を示した。
【００２３】
（実施例２）
図７に、実施例２による液晶表示素子の駆動方法の表を示す。実施例２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。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。
【００２４】
図８に、実際の表示を示す。実施例２では、バックライトが白の発光をしているサブフレームにおいて、全面電極ｅをＯＮに設定することにより背景を白表示にする。液晶表示部における透光／遮光状態の制御方法は実施例１と同様である。
【００２５】
全面電極ｅがＯＮの状態であると、電極ｅとセグメント電極ａ〜ｄのいずれかとが重なり合う表示部分において、セグメント表示が電極ｅの表示の影響でカラーブレーク現象を生じる可能性が考慮される。発明者らは、電極ｅをＯＮにするサブフレームにおいて、セグメント電極ａ〜ｄのうち白表示以外の色の表示をさせたい電極をＯＮ状態に設定することで、電極の重なり部分においてバックライトの発光を遮光し、カラーブレークを防ぐ方法を発案した。例えば、電極ａは全てのサブフレームにおいて電極ｅと同じＯＮ／ＯＦＦ状態であるので黒表示（遮光状態）となる。
【００２６】
他の色を表示させたい場合は、その色がバックライトから発光しているサブフレームにおいて、電極ｅと異なる状態（一方がＯＮ状態で他方がＯＦＦ状態）になるように駆動電圧の設定を行えばよい。
【００２７】
図７の表では、図８に示すように、電極ａが黒（ＢＫ）、電極ｂが赤（Ｒ）、電極ｃが黄（Ｙ）、電極ｄが白（Ｗ）を表示するように電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御する例を示した。実施例１と同様に、図示した色表示以外にも赤緑青のＬＥＤ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表示させることが可能である。
【００２８】
（実施例３）
図９に、実施例３による液晶表示素子の駆動方法を示す。実施例３は、所望の色の背景にカラーのセグメント表示を行う態様である。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。
【００２９】
図１０に、実際の表示を示す。図１０では、例として背景色が青の表示を示している。背景色に青を表示するために、バックライトが青を発光しているサブフレームにおいて電極ｅをＯＮ状態にする。液晶表示部における透光／遮光状態の制御方法は実施例１と同様である。
【００３０】
カラーブレークを防ぐ対策は実施例２と同様である。
【００３１】
図９の表では、図１０に示すように、電極ａが白（Ｗ）、電極ｂが赤（Ｒ）、電極ｃが黒（ＢＫ）、電極ｄが青（ＢＬ）を表示するように電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御する例を示した。実施例１と同様に、図示した色表示以外にも赤緑青のＬＥＤ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表示させることが可能である。
【００３２】
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とが可能である。これによりカラーブレークや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。
【００３３】
また、表示の明るさはバックライト側で調整できるため、液晶セルに加える電圧は、最も応答速度が速くなる条件（全ＯＮ／全ＯＦＦ）で良く、液晶の応答速度を著しく低下させる中間調表示を行う必要がないこともメリットとして挙げられる。
【００３４】
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１１Ａおよび図１１Ｂに、投射型表示装置の例を示す。
【００３５】
図１１Ａ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される。
【００３６】
図１１Ｂ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１２に、一例として、２層構造パネルに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。
【００４０】
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。
【００４１】
さらには、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。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は実施例による液晶表示素子の主要部分である液晶セル構造の断面図である。
【図２】図２は、偏光板の透過軸および液晶セルのラビング方向を表す平面図である。
【図３】図３は、２つの液晶セルの電極パターン例である。
【図４】図４は、実施例によるフィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動方法の概念図である。
【図５】図５は、実施例１による液晶表示素子の駆動方法の表である。
【図６】図６は、実施例１による表示例である。
【図７】図７は、実施例２による液晶表示素子の駆動方法の表である。
【図８】図８は、実施例２による表示例である。
【図９】図９は、実施例３による液晶表示素子の駆動方法の表である。
【図１０】図１０は、実施例３による表示例である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂは、実施例を適用した投射型表示装置の例である。
【図１２】図１２は、２層構造パネルに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表す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
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、ｅ  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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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