(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の第１の透明電極を備えた第１の基板と、
前記第１の基板と略平行に配置された、所定形状の第２の透明電極を備えた第２の基板であって、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に表示を行う単数または複数の表示単位が画定され、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向しない位置に背景領域が画定される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に電圧を印加することで、配向状態を切り替えることのできる液晶層と、
前記第１の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された第１の偏光板と、
前記第１の偏光板の前記第１の基板が配置された側とは反対側に配置されたフロントライトと、
前記第２の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された、偏光状態にしたがって入射光を透過させ、または反射する透過・反射板と、
前記透過・反射板の前記第２の基板が配置された側とは反対側に配置された第２の偏光板と、
前記第２の偏光板の前記透過・反射板が配置された側とは反対側に配置されたバックライトと、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、
１つの画像を表示する期間を１フレームとするとき、１フレームを複数のサブフレームに時分割し、少なくとも１つのサブフレームで前記フロントライトを発光させ、少なくとも１つのサブフレームで前記バックライトを発光させ、その発光に同期させて、前記液晶層の配向状態の切り替えを制御することのできる制御回路と
を有し、
前記透過・反射板は、前記第１の偏光板、及び電圧無印加時の前記液晶層を透過する偏光状態の光を反射し、前記第２の偏光板を透過する偏光状態の光を透過させる液晶表示素子。
【請求項２】
所定形状の第１の電極を備えた第１の基板と、
前記第１の基板と略平行に配置された、所定形状の第２の電極を備えた第２の基板であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する位置に表示を行う単数または複数の表示単位が画定され、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向しない位置に背景領域が画定される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、配向状態を切り替えることのできる液晶層と、
前記第１の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された第１の偏光板と、
前記第１の偏光板の前記第１の基板が配置された側とは反対側に配置された第１の光源と、
前記第２の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された、偏光状態にしたがって入射光を透過させ、または反射する透過・反射板と、
前記透過・反射板の前記第２の基板が配置された側とは反対側に配置された第２の偏光板と、
前記第２の偏光板の前記透過・反射板が配置された側とは反対側に配置された第２の光源と、
前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、
１つの画像を表示する期間を１フレームとするとき、１フレームを複数のサブフレームに時分割し、あるサブフレームにおいて、前記第１の光源から出射された光で表示を行い、他のサブフレームにおいて、前記第２の光源から出射された光で表示を行い、かつ、前記表示単位の各々は、１フレームでは高々１つのサブフレームにおいて、前記第１または第２の光源から出射された光で表示が行われるように、前記第１の光源の発光、前記第２の光源の発光、及び、前記液晶層の配向状態の切り替えを制御することのできる制御回路と
を有し、
前記透過・反射板は、前記第１の偏光板、及び電圧無印加時の前記液晶層を透過する偏光状態の光を反射し、前記第２の偏光板を透過する偏光状態の光を透過させる液晶表示素子。
【請求項３】
前記フロントライトもしくは前記バックライト、または、前記第１の光源もしくは第２の光源は、複数色の光を選択的に出射することができる請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板が、それぞれ第１の方向、及び、前記第１の方向と直交する第２の方向に透過軸を有する直線偏光板である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記透過・反射板の反射軸の方向と前記第１の方向とが平行な方向である請求項４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記第１の偏光板が右円偏光を透過する円偏光板であり、前記第２の偏光板が左円偏光を透過する円偏光板である、または、前記第１の偏光板が左円偏光を透過する円偏光板であり、前記第２の偏光板が右円偏光を透過する円偏光板である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記第１及び第２の偏光板が、それぞれ直線偏光板と１／４波長板を含んで構成される請求項６に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記液晶層は、電圧無印加状態で前記第１の基板と前記第２の基板との間に垂直配向して挟持される請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
更に、前記第２の基板と前記透過・反射板との間、または前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に配置された補償液晶層を含み、
前記液晶層及び前記補償液晶層は、電圧無印加状態で相互に逆方向にねじれ水平配向する液晶分子を含み、
前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向と、前記補償液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向とが直交し、
前記液晶層と前記補償液晶層とのリタデーションが等しい
請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
前記液晶層と前記補償液晶層の液晶分子のねじれ角が７０°〜２４０°である請求項９に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
更に、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に配置された位相差板を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
前記制御回路が、前記第１または第２の光源が、１フレーム中のすべてのサブフレームにおいて、相互に異なる色の光を発光するように制御する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項１３】
所定形状の第１の電極を備えた第１の基板と、前記第１の基板と略平行に配置された、所定形状の第２の電極を備えた第２の基板であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する位置に表示を行う単数または複数の表示単位が画定され、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向しない位置に背景領域が画定される第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、配向状態を切り替えることのできる液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された第１の偏光板と、前記第１の偏光板の前記第１の基板が配置された側とは反対側に配置された第１の光源と、前記第２の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された、偏光状態にしたがって入射光を透過させ、または反射する透過・反射板と、前記透過・反射板の前記第２の基板が配置された側とは反対側に配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板の前記透過・反射板が配置された側とは反対側に配置された第２の光源と、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、１つの画像を表示する期間を１フレームとするとき、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前記第１または第２の光源を発光させ、その発光に同期させて、前記液晶層の配向状態の切り替えを制御することのできる制御回路とを有し、前記透過・反射板は、前記第１の偏光板、及び電圧無印加時の前記液晶層を透過する偏光状態の光を反射し、前記第２の偏光板を透過する偏光状態の光を透過させる液晶表示素子の駆動方法であって、
あるサブフレームにおいて、前記第１の光源から出射された光で表示を行う工程と、
他のサブフレームにおいて、前記第２の光源から出射された光で表示を行う工程と
を含み、前記表示単位の各々は、１フレームでは高々１つのサブフレームにおいて、前記第１または第２の光源から出射された光で表示が行われる液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１４】
前記制御回路が、前記第１または第２の光源が、１フレーム中のすべてのサブフレームにおいて、相互に異なる色の光を発光するように制御する請求項１３に記載の液晶表示素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）、及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セグメントタイプ、ドットマトリックスタイプ、及び両者を複合したタイプの液晶表示素子において、表示に用いるセグメント部またはドット部以外の領域（非表示領域）の表示色を調整し、表示の見易さやデザイン性を向上させることが行われている。
【０００３】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、非表示領域の色調を調整することの可能な液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
【０００４】
図８（Ａ）を参照する。液晶表示素子は、略平行に対向配置される上側基板５０ａ及び下側基板５０ｂ、及び、その間に挟持される液晶層５５を含んで構成される。上側基板５０ａ及び下側基板５０ｂは、たとえば平板なガラス基板（上側及び下側ガラス基板５１ａ、５１ｂ）、その対向面上に、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材で形成され、所定のパタンを有する電極（上側及び下側透明電極５２ａ、５２ｂ）、及び各電極上に形成された配向膜（上側及び下側配向膜５３ａ、５３ｂ）を備える。液晶層５５は、たとえば正の誘電率異方性（Δε＞０）をもつネマティック液晶で形成されるツイストネマティック液晶層であり、上側及び下側配向膜５３ａ、５３ｂのラビング方向によって定まるツイスト角は、たとえば９０°である。
【０００５】
上側基板５０ａ及び下側基板５０ｂの外側に、一対の上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂが、ラビング方向に沿って直交ニコル状態に配置される。上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂは、それぞれ面内方向に透過軸を有し、透過軸の方向に偏光する光だけを透過させる。電圧を印加しない状態で、入射光の偏光方向は液晶分子の配向に従って回転し、偏光板を透過してノーマリホワイト表示を行う。図８（Ａ）には、透過軸の方向を矢印で示した。
【０００６】
マルチカラーバックライト５６が、下側偏光板５４ｂの外側に配置される。マルチカラーバックライト５６は、複数の色の光を出射することが可能なバックライトであり、たとえばＲＧＢマルチカラーＬＥＤ光源を用いる。
【０００７】
上側及び下側透明電極５２ａ、５２ｂ間に接続される電圧印加手段で、液晶層５５に電圧を印加することによって、液晶分子が水平方向から垂直方向に立ち上がることにより、入射光の偏光方向は液晶層の影響を受けないようになり、クロス偏光子により遮光される。
【０００８】
マルチカラーバックライト５６から発せられ、液晶層５５を通過した光が、上側偏光板５４ａを透過するとき、発せられた光の色によって「明」表示、上側偏光板５４ａに遮蔽されるときに「暗」表示が行われる。
【０００９】
「暗」表示を用いて、表示部を黒表示するノーマリホワイトタイプの液晶表示素子においては、バックライトの発光色を変化させることのできるマルチカラーバックライトを用いることで、非表示領域の色調を任意に変化させることが可能である。
【００１０】
図８（Ｂ）を参照する。図８（Ｂ）に示す液晶表示素子は、図８（Ａ）に示すそれと比較した場合、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂに代えて、上側及び下側カラー偏光板５４ｃ、５４ｄを用いている点、及び、マルチカラーバックライト５６の代わりに白色バックライト５７を使用している点において異なる。
【００１１】
白色バックライト５７は、たとえば冷陰極蛍光管（ｃｏｌｄ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｌａｍｐ；ＣＣＦＬ）を用いて構成される。無機白色ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）、有機白色ＬＥＤ等を用いて構成される場合もある。
【００１２】
なお、上側及び下側カラー偏光板５４ｃ、５４ｄは直交ニコル配置されている。
【００１３】
図８（Ａ）の上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂは、たとえばニュートラルグレー色調の偏光板であるが、図８（Ｂ）の上側及び下側カラー偏光板５４ｃ、５４ｄは、たとえば色素により染色したカラー偏光板である。白色バックライト５７から出射した光を、上側及び下側カラー偏光板５４ｃ、５４ｄを透過させることにより、上側及び下側カラー偏光板５４ｃ、５４ｄによって定められる色に、背景色を設定することができる。
【００１４】
図８（Ｃ）を参照する。図８（Ｃ）に示す液晶表示素子は、図８（Ａ）に示すそれと比較した場合、上側偏光板５４ａと上側基板５０ａとの間に、位相差板５８が挿入されている点において異なる。位相差板５８を挿入することによって、非表示領域の色調を調整することが可能である。
【００１５】
非表示領域の色調の調整は、液晶層の厚さ、液晶分子のねじれ度合いの調整、偏光板、位相差板の組み合わせ等によって行うことができる。
【００１６】
なお、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示した液晶表示素子については、素子完成後は、非表示領域の色を変えることはできない。
【００１７】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、ドット部またはセグメント部の色調を調整することの可能な液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
【００１８】
図９（Ａ）を参照する。図９（Ａ）に示す液晶表示素子は、図８（Ａ）に示すそれと比較した場合、上側及び下側基板５０ａ、５０ｂ間に、エリアカラーフィルタ６０とブラックマスク５９が配置されている点、及び、マルチカラーバックライト５６の代わりに白色バックライト５７を使用している点において異なる。
【００１９】
エリアカラーフィルタ６０は、たとえば赤色部６０ｒ、緑色部６０ｇ、青色部６０ｂ、及び白色部６０ｗを含んで構成される。図示の液晶表示素子においては、白色バックライト５７から発せられた光が、エリアカラーフィルタ６０の異なる色の領域（各色部６０ｒ，ｇ，ｂ，ｗ）を透過することで、複数色の表示が可能になる。
【００２０】
ブラックマスク５９は、色領域の境界を覆い、コントラストや色純度を高めるために配置される。
【００２１】
図９（Ｂ）を参照する。図９（Ｂ）に示す液晶表示素子は、図８（Ａ）に示すそれと比較した場合、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂが平行ニコル配置されている点において異なる。マルチカラーバックライト５６から発せられた光が、下側偏光板５４ｂで偏光され、電圧無印加時の液晶分子の配向状態に従って偏光方向を回転すると、上側偏光板５４ａの偏光方向と直交することとなり、遮光される。すなわち本図に示す液晶表示素子は、マルチカラーバックライトを用いたノーマリブラックタイプの液晶表示素子である。電圧印加時の発光色によって、複数色による表示を行うことができる。
【００２２】
たとえばセグメント表示を行う液晶表示素子において、表示領域の色をセグメント単位で独立して変える方法として、フィールドシーケンシャル（ｆｉｅｌｄ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ；ＦＳ）駆動法が周知である。
【００２３】
図１０（Ａ）は、ＦＳ駆動を行うことの可能な液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図であり、図１０（Ｂ）は、液晶表示素子の表示部を示す平面図である。
【００２４】
図１０（Ａ）を参照する。図１０（Ａ）に示す液晶表示素子は、図９（Ｂ）に示すそれに、バックライト同期駆動回路７５が加入されている。
【００２５】
ＦＳ駆動においては、マルチカラーバックライト５６は、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順に時分割発光を繰り返す。バックライト同期駆動回路７５は、たとえばマルチカラーバックライト５６と上側及び下側透明電極５２ａ、５２ｂとの間に接続され、マルチカラーバックライト５６の発光タイミングに同期させて、液晶セルのスイッチング（光を透過させる／させないのオンオフ）を行う。
【００２６】
ＦＳ駆動法においては、画像データをＲ、Ｇ、Ｂの各色データに分解し、これを時間軸上で合成（加法混色）することにより表示を行う。マルチカラーバックライト５６の発光を、人間の目には分解できないほど高速に切り替えることで、人間の目にその混色画像を認識させる。
【００２７】
図１０（Ｂ）を参照する。液晶表示素子の表示は、たとえば７セグメントの表示部３０で行われる。表示部３０は、表示単位（各セグメント）３１〜３７、及び背景領域３８を含んで構成される。表示単位３１〜３７の各々には、それぞれ独立に駆動可能な電極が対応して設けられている。それらの電極に選択的に電圧を印加することにより、電極に対応する液晶層の液晶分子の配向状態を変化させ、たとえば「０」〜「９」の各数字を表示することができる。また、表示単位３２、３３、３５、及び３６の点灯によって、「１１」を表示することも可能である。
【００２８】
本明細書においては、たとえば各数字の表示に用いられる表示単位を表示領域と呼び、それ以外の表示単位及び背景領域を非表示領域と呼ぶ。たとえば、数字の「７」を表示するとき、表示領域とは、表示単位３１〜３３を意味し、非表示領域とは、表示単位３４〜３７、及び背景領域３８を意味する。
【００２９】
図１１は、ＦＳ駆動方式を用いた液晶表示素子における表示制御の一例を示すタイミングチャートである。図１１を参照して、ＦＳ方式の液晶駆動方法を説明する。
【００３０】
ＦＳ駆動法では、前述のように、マルチカラーバックライト５６が、たとえばＲ、Ｇ、Ｂの順に時分割発光を繰り返す。Ｒ、Ｇ、Ｂの各々が、順次１回ずつ発光する期間を１フレームという。１フレームは、たとえば１６．７ｍｓである。フレーム単位で、１つの画像が表示される。Ｒ、Ｇ、Ｂの光を加法混色するためには、１フレームはたとえば２０ｍｓ以下（フレーム周波数が５０Ｈｚ以上）であることが望ましい。
【００３１】
１フレームは複数（３つ）のサブフレーム（ｓｕｂ−ｆｒａｍｅ；ＳＢ）に分割される。１ＳＢは、たとえば５．５７ｍｓである。
【００３２】
「マルチカラーバックライト」の段を参照する。１つのＳＢは、発光期間とブランク期間とに分けられる。それぞれのＳＢ（ＳＢ１〜ＳＢ３）の発光期間に、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれか１つの発光が行われる。図１１に示すタイミングチャートにおいては、ＳＢ１、ＳＢ２、及びＳＢ３の各発光期間に、それぞれＲ、Ｇ、及びＢの発光が行われる。
【００３３】
液晶表示素子においては、印加電圧に対する液晶層の応答に要する時間は、マルチカラーバックライトの発光色の切り替えに要する時間よりも長い。ブランク期間とは、いずれの色の光も発光されない期間であり、印加された電圧によって液晶層の液晶分子が、ある程度配向状態を変化させるのに必要な時間である。
【００３４】
「表示単位３１」の段を参照する。以下用いる「表示単位３１」、「表示単位３２」等の表記は、図１０（Ｂ）に示した各表示単位を表すものとする。また、本図では、駆動タイミングチャートの表示単位の行における「ＯＮ」は、液晶表示素子が光を透過する状態にあることを示し、「ＯＦＦ」は、液晶表示素子が光を透過しない状態にあることを示す。
【００３５】
表示単位３１は、ＳＢ１及びＳＢ２において光が透過される。したがって、ＲとＧの混色である黄（Ｙ）が観察者に認識される。
【００３６】
「表示単位３２」の段を参照する。表示単位３２は、ＳＢ１及びＳＢ３において光が透過される。したがって、ＲとＢの混色であるマゼンダ（Ｍ）が観察者に認識される。
【００３７】
「表示単位３７」の段を参照する。表示単位３７は、ＳＢ２において光が透過される。したがって、Ｇが観察者に認識される。
【００３８】
しかし、２色以上の加法混色により得られる表示部分から視線を逸らせた場合、液晶表示素子に振動が加わった場合等には、通常は観察者の目に認識されない各ＳＢの画像が分離して観察される現象、いわゆるカラーブレーク現象が生じることがある。カラーブレーク現象は周囲が暗いとき顕著に起こる。カラーブレーク現象の発生は、観察者の心理に及ぼす影響からも好ましくない。
【００３９】
そこで本願発明者らは、ＳＢごとに所望の色の光を形成して発光させ、あるＳＢで透光状態とされた表示単位は他のＳＢでは遮光状態とすることによって、カラーブレーク現象を防止した液晶表示素子の駆動方法を提案した。（たとえば、特許文献１参照。）
図１２は、先の提案による液晶駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【００４０】
「マルチカラーバックライト」の段を参照する。図示した１フレームにおいて、ＳＢ１では、複数色の光源の同時点灯により白、ＳＢ２ではオレンジ、そしてＳＢ３では単光源発光による青色の光が出射される。なお、本図においては、５．５７ｍｓの１ＳＢ期間のうち、ブランク期間を３ｍｓとした。
【００４１】
「表示単位３１」の段を参照する。表示単位３１においては、ＳＢ１のみが透光状態とされる。したがって、白色による表示が行われる。
【００４２】
「表示単位３２」の段を参照する。表示単位３２においては、すべてのＳＢで遮光状態とされる。したがって、表示色は黒となる。
【００４３】
「表示単位３７」の段を参照する。表示単位３７においては、ＳＢ２のみが透光状態とされる。したがって、オレンジ色による表示が行われる。
【００４４】
特許文献１記載の液晶表示素子の駆動方法によれば、フレームごとにマルチカラーバックライトの点灯色を変えることが可能であるため、多様な色表示が可能である。
【００４５】
しかしながら、上述の技術では、表示領域と非表示領域とを、それぞれ別個独立に、かつ、液晶表示素子の製造後に任意の色調に制御することは困難である。マイクロカラーフィルタを用いたフルドットマトリクス液晶表示素子であれば、外観的には実質的な非表示領域と表示領域の色調整を独立して行えるように見せるのは可能ではあるが、マイクロカラーフィルタの使用によりコストが高くなる。
【００４６】
特にセグメントタイプや、セグメントとドットの複合タイプの液晶表示素子の場合は、低コストが求められるため、マイクロカラーフィルタ等カラーフィルタを用いないことが好ましい。（たとえば、特許文献２参照。）
【００４７】
【特許文献１】特開２００５−０７０４４０号公報
【特許文献２】特開昭４９−０７４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４８】
本発明の目的は、ＦＳ駆動法を用いたカラー表示において、カラーブレーク現象の防止された、多様な色表示の可能な液晶表示素子、及びそ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】
【００４９】
本発明の一観点によれば、所定形状の第１の透明電極を備えた第１の基板と、前記第１の基板と略平行に配置された、所定形状の第２の透明電極を備えた第２の基板であって、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に表示を行う単数または複数の表示単位が画定され、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向しない位置に背景領域が画定される第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に電圧を印加することで、配向状態を切り替えることのできる液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された第１の偏光板と、前記第１の偏光板の前記第１の基板が配置された側とは反対側に配置されたフロントライトと、前記第２の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された、偏光状態にしたがって入射光を透過させ、または反射する透過・反射板と、前記透過・反射板の前記第２の基板が配置された側とは反対側に配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板の前記透過・反射板が配置された側とは反対側に配置されたバックライトと、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、１つの画像を表示する期間を１フレームとするとき、１フレームを複数のサブフレームに時分割し、少なくとも１つのサブフレームで前記フロントライトを発光させ、少なくとも１つのサブフレームで前記バックライトを発光させ、その発光に同期させて、前記液晶層の配向状態の切り替えを制御することのできる制御回路とを有し、前記透過・反射板は、前記第１の偏光板、及び電圧無印加時の前記液晶層を透過する偏光状態の光を反射し、前記第２の偏光板を透過する偏光状態の光を透過させる液晶表示素子が提供される。
また他の観点によれば、所定形状の第１の電極を備えた第１の基板と、前記第１の基板と略平行に配置された、所定形状の第２の電極を備えた第２の基板であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する位置に表示を行う単数または複数の表示単位が画定され、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向しない位置に背景領域が画定される第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、配向状態を切り替えることのできる液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された第１の偏光板と、前記第１の偏光板の前記第１の基板が配置された側とは反対側に配置された第１の光源と、前記第２の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された、偏光状態にしたがって入射光を透過させ、または反射する透過・反射板と、前記透過・反射板の前記第２の基板が配置された側とは反対側に配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板の前記透過・反射板が配置された側とは反対側に配置された第２の光源と、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、１つの画像を表示する期間を１フレームとするとき、１フレームを複数のサブフレームに時分割し、あるサブフレームにおいて、前記第１の光源から出射された光で表示を行い、他のサブフレームにおいて、前記第２の光源から出射された光で表示を行い、かつ、前記表示単位の各々は、１フレームでは高々１つのサブフレームにおいて、前記第１または第２の光源から出射された光で表示が行われるように、前記第１の光源の発光、前記第２の光源の発光、及び、前記液晶層の配向状態の切り替えを制御することのできる制御回路とを有し、前記透過・反射板は、前記第１の偏光板、及び電圧無印加時の前記液晶層を透過する偏光状態の光を反射し、前記第２の偏光板を透過する偏光状態の光を透過させる液晶表示素子が提供される。
【００５０】
また、本発明の他の観点によれば、所定形状の第１の電極を備えた第１の基板と、前記第１の基板と略平行に配置された、所定形状の第２の電極を備えた第２の基板であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する位置に表示を行う単数または複数の表示単位が画定され、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向しない位置に背景領域が画定される第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、配向状態を切り替えることのできる液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された第１の偏光板と、前記第１の偏光板の前記第１の基板が配置された側とは反対側に配置された第１の光源と、前記第２の基板の前記液晶層が配置された側とは反対側に配置された、偏光状態にしたがって入射光を透過させ、または反射する透過・反射板と、前記透過・反射板の前記第２の基板が配置された側とは反対側に配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板の前記透過・反射板が配置された側とは反対側に配置された第２の光源と、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することのできる電圧印加手段と、１つの画像を表示する期間を１フレームとするとき、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前記第１または第２の光源を発光させ、その発光に同期させて、前記液晶層の配向状態の切り替えを制御することのできる制御回路とを有し、前記透過・反射板は、前記第１の偏光板、及び電圧無印加時の前記液晶層を透過する偏光状態の光を反射し、前記第２の偏光板を透過する偏光状態の光を透過させる液晶表示素子の駆動方法であって、あるサブフレームにおいて、前記第１の光源から出射された光で表示を行う工程と、他のサブフレームにおいて、前記第２の光源から出射された光で表示を行う工程とを含み、前記表示単位の各々は、１フレームでは高々１つのサブフレームにおいて、前記第１または第２の光源から出射された光で表示が行われる液晶表示素子の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、ＦＳ駆動法を用いたカラー表示において、カラーブレーク現象の防止された、多様な色表示の可能な液晶表示素子、及びその駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本願発明者は、特願２００６−００５１５６号において、多様な色表示を可能とする、新規な構造の液晶表示素子を提案した（特願２００６−００５１５６号  発明の詳細な説明［００２８］段〜［０１１６］段）。本発明は、当該出願に係る発明について、更に考察を深めたものである。
【００５３】
図１は、図２〜図６を参照して詳説する実施例による液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
【００５４】
図１に示す液晶表示素子は、略平行に対向配置される上側基板５０ａ及び下側基板５０ｂ、及び、その間に挟持される液晶層５５を含んで構成される。上側基板５０ａ及び下側基板５０ｂは、たとえば平板なガラス基板（上側及び下側ガラス基板５１ａ、５１ｂ）、その対向面上に、ＩＴＯ等の透明導電材で形成され、所定のパタンを有する電極（上側及び下側透明電極５２ａ、５２ｂ）、及び各電極上に形成された配向膜（上側及び下側配向膜５３ａ、５３ｂ）を備える。
【００５５】
上側基板５０ａ及び下側基板５０ｂの外側に、一対の上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂが配置される。上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂは、たとえば直線偏光板、円偏光板、または楕円偏光板である。上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂは、それぞれ面内方向に透過軸を有し、透過軸の方向に偏光する光だけを透過させる。円偏光板、楕円偏光板の場合は、さらに内側に位相差板を備える。
【００５６】
上側透明電極５２ａと下側透明電極５２ｂとの間には、電圧印加手段６８が接続されている。電圧印加手段６８は、両電極５２ａ、５２ｂ間に任意の電圧を印加し、液晶層５５の液晶分子の配向状態を変えることができる。
【００５７】
下側基板５０ｂと、下側偏光板５４ｂとの間に、偏光分離透過・反射板６７が配置される。偏光分離透過・反射板６７は、入射光を、その偏光状態に従って透過または反射する。偏光分離透過・反射板６７としては、たとえば（株）３Ｍ製のＤ−ＢＥＦ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｅｎｈａｎｅ  ｆｉｌｍ）や（株）日東電工製の輝度向上フィルムＰＣＦ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｉｌｍ）等に用いられている広帯域コレステリックフィルムを使用することができる。
【００５８】
マルチカラーフロントライト６６、及びマルチカラーバックライト５６が、それぞれ上側偏光板５４ａ、下側偏光板５４ｂの外側に配置される。マルチカラーフロントライト６６、及びマルチカラーバックライト５６は、複数の色の光を選択的に出射することが可能なライトであり、たとえば側方にＲＧＢマルチカラーＬＥＤ光源を有し、入射する光を液晶層に向かって照射する。カラー光源としては、有機ＬＥＤ、無機ＬＥＤ、ＣＣＦＬ、ＦＥランプ等を用いて構成することが可能である。出射光色の変化は、互いに異なる発光色の単色光源を複数用いる構成で実現してもよいし、発光色を変化することのできる単一光源を用いる構成で実現してもよい。マルチカラーフロントライト６６は、液晶層からの光は透過させる。
【００５９】
マルチカラーバックライト５６は、ドット、セグメント等の表示領域の表示を制御する。マルチカラーフロントライト６６は、非表示領域の色表示を実現するのに用いられる。
【００６０】
同期回路７４は、マルチカラーバックライト５６の点消灯、マルチカラーフロントライト６６の点消灯、及び液晶層５５のスイッチング（液晶分子の配向状態の変化、透光状態と遮光状態の切り替え）を同期させて行うための回路である。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マルチカラーフロントライト６６またはマルチカラーバックライト５６を発光させ、その発光に同期させて、液晶層５５のスイッチングを行うことができる。
【００６１】
液晶層５５のスイッチングによって表示を行う。上側透明電極５２ａと下側透明電極５２ｂとで、上側基板５０ａ側に、たとえば図１０（Ｂ）に示したような７セグメントの表示部（表示を行う単数または複数の表示単位、及び背景領域）を画定することができる。表示単位は、上側透明電極５２ａと下側透明電極５２ｂとが対向する位置に画定され、背景領域は、上側透明電極５２ａと下側透明電極５２ｂとが対向しない位置に画定される。
【００６２】
上側及び下側基板５０ａ、５０ｂ、液晶層５５、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ、偏光分離透過・反射板６７で構成される液晶セルは、マルチカラーバックライト５６から発光される光に対して、ノーマリブラックタイプの液晶セルである。
【００６３】
このような液晶表示素子において、マルチカラーフロントライト６６、及びマルチカラーバックライト５６の発光色を制御することにより、表示領域と非表示領域を異なる色調で別個独立に表現することが可能となる。
【００６４】
以下、液晶表示素子の具体的な構成と動作について説明する。図２〜図４に示した液晶表示素子においては、図１における偏光分離透過・反射板６７として、（株）３Ｍ製のＤ−ＢＥＦを用いた。Ｄ−ＢＥＦは面内方向に反射軸を有し、反射軸方向に偏光する光を反射する。また、図５及び図６に示した液晶表示素子においては、図１における偏光分離透過・反射板６７として、（株）日東電工製の輝度向上フィルムＰＣＦに用いられている広帯域コレステリックフィルムを使用した。広帯域コレステリックフィルムは、たとえば右円偏光を反射し、左円偏光を透過する。その逆を行う広帯域コレステリックフィルムもある。
【００６５】
図２は、第１の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【００６６】
液晶層５５は、負の誘電率異方性（Δε＜０）をもつ液晶材料を用いて形成し、垂直配向型の液晶表示素子とした。本図には、電圧無印加時の液晶分子の配向状態を示した。また、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂとして、直線偏光板を用いた。図には、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂの透過軸の方向を矢印で示してある。
【００６７】
上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂは直交ニコル配置とした。更に、Ｄ−ＢＥＦ６９の反射軸と、下側偏光板５４ｂの透過軸とが直交するように（下側からの光がＤ−ＢＥＦ６９を透過するように）、両者を配置した。上側及び下側基板５０ａ、５０ｂ、液晶層５５、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ、Ｄ−ＢＥＦ６９で構成される液晶セルは、マルチカラーバックライト５６から発光される光を、電圧無印加状態で偏光状態を変えずに透過させ、上側偏光板５４ａで遮光するノーマリブラックタイプの液晶セルである。
【００６８】
第１の実施例による液晶表示素子の動作を説明する。第１の実施例による液晶表示素子の液晶分子は、前述のように、電圧無印加時には、上側及び下側基板５０ａ、５０ｂにほぼ垂直に配向している。このため、液晶層に入射した光は偏光方向を変化させることなく液晶層を透過する。
【００６９】
一方、電圧印加時には、非表示領域での液晶分子の配向状態は電圧無印加時と変わらないが、表示領域においては電圧無印加時から液晶分子が上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂの透過軸に対して面内方向４５°の方向に向かって倒れ、液晶層に入射した光には複屈折効果が与えられる。液晶層は１／２波長板と同等な効果を有することとなり、入射光は、偏光方向を９０°変化させて液晶層から出射する。
【００７０】
まず、電圧無印加時の動作について説明する。
【００７１】
マルチカラーフロントライト６６から出射した光は、上側偏光板５４ａの透過軸方向に偏光方向を有する直線偏光となって液晶層５５に入射する。光は液晶層５５を偏光状態を変えることなく透過し、Ｄ−ＢＥＦ６９に入射する。Ｄ−ＢＥＦ６９の反射軸方向は、上側偏光板５４ａの透過軸方向と平行である。このため、液晶層５５を透過したマルチカラーフロントライト６６の光は、Ｄ−ＢＥＦ６９でほぼ１００％反射され、再び液晶層５５及び上側偏光板５４ａを透過する。透過した光は、観察者に視認される。
【００７２】
マルチカラーバックライト５６から出射した光は、下側偏光板５４ｂの透過軸方向に偏光方向を有する直線偏光となってＤ−ＢＥＦ６９に入射する。Ｄ−ＢＥＦ６９の反射軸方向と下側偏光板５４ｂの透過軸方向とは直交するため、直線偏光は、Ｄ−ＢＥＦ６９を透過して、液晶層５５に入射する。液晶層５５では、偏光方向は変化しない。このため、液晶層５５を出射した光は、下側偏光板５４ｂと直交ニコル配置された上側偏光板５４ａに吸収される。
【００７３】
したがって、電圧無印加時においては、表示部の全領域において、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認されることになる。
【００７４】
次に、電圧印加時の動作について説明する。
【００７５】
マルチカラーフロントライト６６から出射した光は、非表示領域においては、電圧無印加時と同じ理由で観察者に視認される。
【００７６】
一方、表示領域においては、マルチカラーフロントライト６６から出射した光は、上側偏光板５４ａの透過軸方向に偏光方向を有する直線偏光となって液晶層５５に入射する。液晶分子の配向状態は、電圧無印加時から変化しているので、液晶層５５に入射した光は偏光方向を９０°変化させて液晶層５５を出射する。液晶層５５を出射する直線偏光の偏光方向と、Ｄ−ＢＥＦ６９の反射軸方向とは直交している（Ｄ−ＢＥＦ６９の透過軸方向と平行である）。このため、液晶層５５を出射した直線偏光は、Ｄ−ＢＥＦ６９、次いで下側偏光板５４ｂを透過して、マルチカラーバックライト５６側に伝播し、散乱等により消失する。このため、マルチカラーフロントライト６６から出射した光は、観察者に視認されることはない。
【００７７】
マルチカラーバックライト５６から出射した光は、非表示領域においては、電圧無印加時と同じ理由で観察者に視認されない。
【００７８】
一方、表示領域においては、マルチカラーバックライト５６から出射した光は、下側偏光板５４ｂの透過軸方向に偏光方向を有する直線偏光となって、Ｄ−ＢＥＦ６９を透過し、液晶層５５に入射する。液晶層５５では、偏光方向が９０°変化される。このため、液晶層５５を出射した光は、上側偏光板５４ａを透過し、観察者に視認される。
【００７９】
したがって、電圧印加時には、非表示領域においては、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、表示領域においては、マルチカラーバックライト５６から発せられた光が観察者に視認されることになる。
【００８０】
このように、第１の実施例による液晶表示素子は、マルチカラーフロントライト６６で非表示領域の色調を、マルチカラーバックライト５６で表示領域の色調を、それぞれ独立に表現することができる。また、ライト５６及び６６から出射される光の色を選択することにより、それぞれ表示領域及び非表示領域の表示色を選択することができる。
【００８１】
上述のように、第１の実施例による液晶表示素子は、マルチカラーフロントライト６６とマルチカラーバックライト５６とが同時に点灯している場合であっても、任意の一箇所については一方の光のみが観察者に視認される。液晶表示素子が単純マトリクス駆動のようなオン／オフの２値動作を行うのであれば、両者の同時点灯が混色を生じさせることはほぼない。
【００８２】
図３は、第２の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。第１の実施例においては、垂直配向型の液晶セルを用いた。第２の実施例においては、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ側にそれぞれ配置した補償セル（上側セル）７０及び駆動セル（下側セル）７１を含んで構成される２層構造の液晶セルを用いた点において、第１の実施例による液晶表示素子と異なっている。
【００８３】
補償セル７０及び駆動セル７１の液晶層５５は、ともに正の誘電率異方性（Δε＞０）をもつ同じ液晶材料を用いて形成し、各セル７０、７１をそれぞれ、左ねじれ角９０°、右ねじれ角９０°の水平配向型液晶表示素子とした。各セル７０、７１の液晶層５５の厚さ方向の中央における液晶分子配向方向は互いに直交するようにし、また、両セル７０、７１の液晶層５５の厚さは等しくした。本図には、電圧無印加時の液晶分子の配向状態を示してある。
【００８４】
表示動作は、駆動セル（下側セル）７１への電圧印加のみで行い、補償セル（上側セル）７０への通電は行わなかった。
【００８５】
補償セル７０、駆動セル７１、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ、Ｄ−ＢＥＦ６９で構成される液晶セルは、マルチカラーバックライト５６から発光される光に対して、ノーマリブラックタイプの液晶セルである。
【００８６】
第２の実施例による液晶表示素子の動作を説明する。前述のように、補償セル７０には通電を行わないため、補償セル７０の液晶分子は、常に、左ねじれ角９０°の状態を保つ。したがって、補償セル７０に入射した光は偏光方向を左向きに９０°変化させて補償セル７０を出射する。
【００８７】
駆動セル７１は、電圧無印加時においては、入射光を偏光方向を右向きに９０°変化させて出射する。すなわち、駆動セル７１において、光は補償セル７０においてと逆向きに偏光方向を９０°変化される。そこで光は、２層構造の液晶セルに入射するときと等しい偏光方向で２層構造の液晶セルを出射することになる。
【００８８】
しかし、電圧印加時においては、非表示領域での液晶分子の配向状態は電圧無印加時と変わらないが、表示領域においては電圧無印加時から駆動セル７１の液晶分子の配向状態が変化（上側及び下側基板５０ａ、５０ｂにほぼ垂直に配向）し、駆動セル７１に入射した光は、偏光方向を変化させることなく駆動セル７１から出射する。そこで光は、２層構造の液晶セルに入射するときと偏光方向を９０°異ならせて、２層構造の液晶セルを出射することになる。
【００８９】
したがって、電圧無印加時、及び電圧印加時であっても非表示領域においては、２層構造の液晶セル（補償セル７０及び駆動セル７１）によって、光は、偏光方向を変化されない。一方、電圧印加時、表示領域においては、光は、偏光方向を９０°変化されて、２層構造の液晶セルから出射する。
【００９０】
したがって、第２の実施例による液晶表示素子は、第１の実施例による液晶表示素子と同様に動作し、電圧無印加時においては、表示部の全領域において、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、電圧印加時には、非表示領域においては、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、表示領域においては、マルチカラーバックライト５６から発せられた光が観察者に視認されることになる。
【００９１】
本願発明者が、様々なねじれ角の液晶セルを検討した結果、補償セル７０及び駆動セル７１のねじれ角が７０°〜２４０°のとき、第２の実施例による液晶表示素子は、実用上有効に作用することがわかった。
【００９２】
なお、補償セル（上側セル）７０を、これと同等の光学的機能を有する液晶性ポリマ配向位相差板である（株）ポラテクノ社製のＴｗｉｓｔａｒに置き換えても同様の効果が得られた。
【００９３】
図４は、第３の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【００９４】
第３の実施例による液晶表示素子は、上側基板５０ａと上側偏光板５４ａとの間に、位相差板７２を備えた液晶表示素子である。
【００９５】
液晶分子のねじれ角、液晶層の厚さ、位相差板の位相差値、及び遅相軸の方位を適切に定めることにより、上側及び下側基板５０ａ、５０ｂ、液晶層５５、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ、Ｄ−ＢＥＦ６９、及び位相差板７２で構成される液晶セルを、マルチカラーバックライト５６から発光される光に対して、ノーマリブラックタイプの液晶セルとした。ここで位相差板７２は色調を調整する役割を果たす。
【００９６】
構成の詳細は以下の通りである。
【００９７】
液晶層５５の厚さを６μｍとし、液晶材料として、（株）大日本インキ製のＲＤＰ００３３３を用いた。液晶分子は、ねじれ角が左ねじれ２４０°であるねじれ水平配向とした。位相差板７２として、位相差値６００ｎｍの一軸光学異方性の位相差板を用いた。また、位相差板７２の遅相軸、上側偏光板５４ａの透過軸、Ｄ−ＢＥＦ６９の透過軸、及び下側偏光板５４ｂの透過軸が、それぞれ液晶層５５の中央分子配向方向となす角を１４０°、９５°、７０°、７０°とした。
【００９８】
本図には、電圧無印加時の液晶分子の配向状態を示した。また、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂの透過軸の方向、位相差板７２の遅相軸の方向、及びＤ−ＢＥＦ６９の透過軸の方向を矢印で示した。
【００９９】
第３の実施例においては、１枚の位相差板７２を用いたが、複数の位相差板を用いることもできる。また、一軸光学異方性の位相差板に限らず、二軸光学異方性の位相差板を使用してもよい。
【０１００】
なお、液晶分子のねじれ角は、１８０°〜２４０°とするのが好ましい。
【０１０１】
図５は、第４の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【０１０２】
第４の実施例による液晶表示素子は、図２に示す第１の実施例による液晶表示素子と類似している。第１の実施例による液晶表示素子は、液晶層５５を挟持する上側及び下側基板５０ａ、５０ｂのそれぞれ外側に、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂが配置され、更にその外側に、それぞれマルチカラーフロントライト６６及びマルチカラーバックライト５６が配置されていた。そして、入射光を、その偏光状態に従って透過または反射する偏光分離透過・反射板として、Ｄ−ＢＥＦを、下側基板５０ｂと下側偏光板５４ｂとの間に挿入した。
【０１０３】
第４の実施例による液晶表示素子は、まず、偏光分離透過・反射板６７として、Ｄ−ＢＥＦではなく広帯域コレステリックフィルムを、下側基板５０ｂと下側偏光板５４ｂとの間に配置した点において、第１の実施例による液晶表示素子と異なる。
【０１０４】
また、第１の実施例による液晶表示素子においては、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂとして直線偏光板を用いたが、第４の実施例による液晶表示素子においては、上側偏光板５４ａとしては、上側直線偏光板５４ｅと上側１／４波長板５４ｇとを組み合わせた、上方からの光に対する円偏光板を採用し、下側偏光板５４ｂとしては、下側直線偏光板５４ｆと下側１／４波長板５４ｈとを組み合わせた、下方からの光に対する円偏光板を採用した。なお、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂは、ともにライト６６、５６側に直線偏光板、液晶セル側に１／４波長板を配置して形成し、直線偏光板の透過軸と、１／４波長板の遅相軸とのなす角は±４５°とした。上側及び下側直線偏光板５４ｅ、５４ｆの透過軸は互いに直交させた。ただし、直線偏光板５４ｅ、５４ｆの透過軸の方位は、上側及び下側基板５０ａ、５０ｂに対しては任意でよい。
【０１０５】
また、１／４波長板５４ｇ、５４ｈの機能は、複数の波長板の組み合わせ（たとえば１／４波長板と１／２波長板との組み合わせ）を用いて実現してもよい。
【０１０６】
第４の実施例による液晶表示素子においては、上側偏光板５４ａを右円偏光板とし、下側偏光板５４ｂを左円偏光板とした。また、広帯域コレステリックフィルム７３は、右円偏光を反射し、左円偏光を透過するものとした。
【０１０７】
以下、ｘ成分がｙ成分に対して遅相となる円偏光を右円偏光、進相となる円偏光を左円偏光とする。
【０１０８】
これとは逆に、上側偏光板５４ａを左円偏光板、下側偏光板５４ｂを右円偏光板、広帯域コレステリックフィルム７３を、左円偏光を反射し、右円偏光を透過するものとしてもよい。上側偏光板５４ａと下側偏光板５４ｂの円偏光方向を逆向きとし、広帯域コレステリックフィルム７３が透過する円偏光方向と、下側偏光板５４ｂの円偏光方向とを一致させる。
【０１０９】
なお、広帯域コレステリックフィルムと円偏光板を貼り合わせた構成を採用する、（株）日東電工製ＮＩＰＯＣＳや（株）メルク製ＴＲＡＮＳＭＡＸは、通常、バックライト上、または液晶セルの下側に貼り合わせられて使用される。この場合、広帯域コレステリックフィルムがライト側に配置される。本実施例においては、偏光板がライト側に配置される点において、これと異なる。
【０１１０】
液晶層５５は、負の誘電率異方性（Δε＜０）をもつ液晶材料を用いて形成し、垂直配向型の液晶表示素子とした。本図には、電圧無印加時の液晶分子の配向状態を示した。また、電圧印加時の液晶層５５のリタデーションは１／２波長（たとえば、ｘ成分が１／２波長遅相）とした。
【０１１１】
マルチカラーフロントライト６６から出射した光は、上側直線偏光板５４ｅの透過軸方向に偏光する光となって上側１／４波長板５４ｇに入射し、ｘ成分が１／４波長だけ遅相を受けて右円偏光となる。
【０１１２】
電圧無印加時には、液晶層５５に入射した光は偏光状態を変化させず液晶層５５を出射する。マルチカラーフロントライト６６から発せられ、上側１／４波長板５４ｇを出射した右円偏光は、右円偏光のまま液晶層５５を出射し、広帯域コレステリックフィルム７３で反射される。反射光は右円偏光のまま液晶層を透過し、上側１／４波長板５４ｇでｙ成分が１／４波長遅相を受ける。このため、入射光と同じ偏光成分の直線偏光となり、上側直線偏光板５４ｅで透過され、観察者に視認される。逆に、マルチカラーバックライト５６から出射した光は、下側１／４波長板５４ｈでｘ成分が１／４波長進相を受け、左円偏光のまま液晶層を透過し、上側１／４波長板５４ｇで１／４波長遅相を受けるので、下側偏光板の偏光軸を９０°回転した直線偏光となり、上側直線偏光板５４ｅで遮光され、観察者に視認されない。
【０１１３】
電圧印加時には、液晶層５５の液晶分子の配向状態が変化するため、表示領域の液晶層５５に入射した右円偏光は左円偏光となって液晶層５５を出射する。また、左円偏光は右円偏光となって液晶層５５を出射する。
【０１１４】
マルチカラーフロントライト６６から出射された光は、非表示領域においては、電圧無印加時と同様に観察者に視認される。表示領域においては、ｘ成分が１／４波長遅相、１／２波長遅相され、左円偏光となって広帯域コレステリックフィルム７３を透過し、下側１／４波長板５４ｈで１／４波長進相を受け、下側直線偏光板５４ｆを透過するため、観察者に視認されない。
【０１１５】
一方、マルチカラーバックライト５６から出射した光は、下側１／４波長板５４ｈ、液晶層５５、上側１／４波長板５４ｇで、それぞれ１／４波長進相、１／２波長遅相、１／４波長遅相を受けて、上側直線偏光板５４ｅに入射するため、これを透過し、観察者に視認される。
【０１１６】
上側及び下側基板５０ａ、５０ｂ、液晶層５５、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ、広帯域コレステリックフィルム７３で構成される液晶セルは、マルチカラーバックライト５６から発光される光に対して、ノーマリブラックタイプの液晶セルである。なお、液晶セルと上側または下側偏光板５４ａ、５４ｂとの間には、視角補償板等の位相差板（位相差フィルム）は使用しなかったが、必要に応じて適宜使用することも可能である。
【０１１７】
第４の実施例による液晶表示素子の動作は、第１の実施例による液晶表示素子の動作と同様である。したがって、電圧無印加時においては、表示部の全領域において、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、電圧印加時には、非表示領域においては、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、表示領域においては、マルチカラーバックライト５６から発せられた光が観察者に視認されることになる。
【０１１８】
第４の実施例による液晶表示素子も、第１の実施例による液晶表示素子と同様の効果を奏することができる。
【０１１９】
図６は、第５の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。第４の実施例においては、垂直配向型の液晶セルを用いた。第５の実施例においては、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ側にそれぞれ配置したツイストネマチック補償セル（上側セル）７０及びツイストネマチック駆動セル（下側セル）７１を含んで構成される２層構造のツイストネマチック液晶セルを用いた点において、第４の実施例による液晶表示素子と異なっている。
【０１２０】
補償セル７０及び駆動セル７１の液晶層５５は、ともに正の誘電率異方性（Δε＞０）をもつ同じ液晶材料を用いて形成し、各セル７０、７１をそれぞれ、左ねじれ角９０°、右ねじれ角９０°の水平配向型液晶表示素子とした。各セル７０、７１の液晶層５５の厚さ方向の中央における液晶分子配向方向は互いに直交するようにし、また、両セル７０、７１の液晶層５５の厚さは等しくした。本図には、電圧無印加時の液晶分子の配向状態を示してある。両セル７０、７１の液晶層５５のリタデーションは、ともに１波長とした。
【０１２１】
表示動作は、駆動セル（下側セル）７１への電圧印加のみで行い、補償セル（上側セル）７０への通電は行わなかった。
【０１２２】
補償セル７０、駆動セル７１、上側及び下側偏光板５４ａ、５４ｂ、広帯域コレステリックフィルム７３で構成される液晶セルは、マルチカラーバックライト５６から発光される光に対して、ノーマリブラックタイプの液晶セルである。
【０１２３】
第５の実施例による液晶表示素子の動作を説明する。前述のように、補償セル７０には通電を行わないため、補償セル７０は偏光回転子として機能する。したがって、補償セル７０に入射した右円偏光は左円偏光となって補償セル７０を出射する。また、左円偏光は右円偏光となって補償セル７０を出射する。
【０１２４】
駆動セル７１は、電圧無印加時においては、補償セルと逆の回転方向を示す偏光回転子として機能する。また、電圧印加時においても、非表示領域ではそれと同様である。しかし、表示領域においては電圧無印加時から駆動セル７１の液晶分子の配向状態が変化（上側及び下側基板５０ａ、５０ｂにほぼ垂直に配向）し、駆動セル７１に入射した光は、偏光状態を変化させることなく駆動セル７１から出射する。
【０１２５】
したがって、電圧無印加時、及び電圧印加時であっても非表示領域においては、２層構造の液晶セル（補償セル７０及び駆動セル７１）に入射した光は、右円偏光ならば右円偏光のまま、左円偏光ならば左円偏光のまま、２層構造の液晶セルを出射する。一方、電圧印加時、表示領域においては、右円偏光は左円偏光となって、左円偏光は右円偏光となって、２層構造の液晶セルから出射する。
【０１２６】
したがって、第５の実施例による液晶表示素子は、第４の実施例による液晶表示素子と同様に動作し、電圧無印加時においては、表示部の全領域において、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、電圧印加時には、非表示領域においては、マルチカラーフロントライト６６から発せられた光が観察者に視認され、表示領域においては、マルチカラーバックライト５６から発せられた光が観察者に視認されることになる。
【０１２７】
本願発明者が、様々なねじれ角の液晶セルを検討した結果、補償セル７０及び駆動セル７１のねじれ角が７０°〜２４０°のとき、第５の実施例による液晶表示素子は、実用上有効に作用することがわかった。
【０１２８】
なお、補償セル（上側セル）７０を、これと同等の光学的機能を有する液晶性ポリマ配向位相差板である（株）ポラテクノ社製のＴｗｉｓｔａｒに置き換えても同様の効果が得られた。
【０１２９】
以上、実施例に沿って説明したが、本願発明に係る液晶表示素子はこれらの実施例に限定されるものではない。たとえば図３及び図６には、補償セル７０の上側及び下側基板５０ａ、５０ｂがそれぞれ上側及び下側透明電極５２ａ、５２ｂを備える液晶表示素子を図示したが、補償セル７０に電圧を印加しない場合は、これらは必要ではない。また、実施例においては、補償セル７０を上方に、駆動セル７１を下方に配置したが、これらの配置は逆でもよい。
【０１３０】
また、すべての実施例において、ノーマリブラックタイプの液晶セルを用い、マルチカラーバックライトで表示領域の表示を行い、マルチカラーフロントライトで、非表示領域の表示を行った。ノーマリホワイトタイプの液晶セルを用い、マルチカラーバックライトで非表示領域の表示を行い、マルチカラーフロントライトで、表示領域の表示を行ってもよい。
【０１３１】
更に、実施例においては、セグメントタイプの液晶表示素子について説明したが、セグメント表示とドット表示をともに行うことのできる液晶表示素子や、フルドットタイプの液晶表示素子であってもよい。
【０１３２】
また、位相差板（位相差フィルム）は、上側基板５０ａと上側偏光板５４ａとの間、下側基板５０ｂと下側偏光板５４ｂとの間の一方または双方に挿入することが可能である。
【０１３３】
図７を参照して、実施例による液晶表示素子の駆動方法について説明する。駆動する液晶表示素子は、たとえば図１〜図６を参照して説明した液晶表示素子である。
【０１３４】
実施例による駆動方法においては、１フレームを１６．７ｍｓとし、それぞれ５．５７ｍｓである３つのＳＢ（ＳＢ１〜ＳＢ３）に分けた。各ＳＢの最初の３ｍｓをブランク期間とし、残りの２．５７ｍｓを発光期間とした。
【０１３５】
本図の表示単位の列について「ＯＮ」とは、上側及び下側透明電極５２ａ、５２ｂ間に電圧を印加したことを示し、「ＯＦＦ」は、電圧無印加状態であることを示す。また、マルチカラーフロントライト及びマルチカラーバックライトの列について、「ＯＮ」は点灯を示し、「ＯＦＦ」は消灯を示す。両ライトの同時点灯は行わなかった。
【０１３６】
なお、マルチカラーフロントライト、マルチカラーバックライト、及び液晶層のスイッチングは、同期回路を用いて同期させた。これにより、表示部における照明光の混色を避けることができる。
【０１３７】
ＳＢ１の行を参照する。ＳＢ１においては、マルチカラーフロントライト６６から青色の光を出射した。また、マルチカラーバックライト５６はＯＦＦとし、発光を行わなかった。
【０１３８】
前述のように、表示単位３１〜３７においては、両電極５２ａ、５２ｂ間に電圧が印加されていないとき（「ＯＦＦ」のとき）、マルチカラーフロントライト６６からの光で表示が行われる。また、両電極５２ａ、５２ｂ間に電圧が印加されているとき（「ＯＮ」のとき）、マルチカラーバックライト５６からの光で表示が行われる。したがって、「ＯＦＦ」である表示単位３１、３４、及び３７は、青色の光で表示が行われ、「ＯＮ」である表示単位３２、３３、３５、及び３６は青色の光で表示は行われない。
【０１３９】
ＳＢ２の行を参照する。ＳＢ２においては、マルチカラーフロントライト６６をＯＦＦとし、発光を行わなかった。また、マルチカラーバックライト５６からは赤色の光を出射した。したがって、「ＯＮ」である表示単位３５及び３６は、赤色の光で表示が行われ、「ＯＦＦ」である表示単位３１〜３４、及び３７は赤色の光で表示は行われない。
【０１４０】
ＳＢ３の行を参照する。ＳＢ３においては、マルチカラーフロントライト６６をＯＦＦとし、発光を行わなかった。また、マルチカラーバックライト５６からは黄色の光を出射した。したがって、「ＯＮ」である表示単位３２及び３３は、黄色の光で表示が行われ、「ＯＦＦ」である表示単位３１、３４〜３７は、黄色の光で表示は行われない。
【０１４１】
これを表示単位ごとに見ると、表示単位３１、３４、及び３７は、青色で表示が行われ、表示単位３２、及び３３は、黄色で表示が行われる。また、表示単位３５、及び３６は、赤色で表示が行われる。
【０１４２】
なお、背景領域３８に対応する液晶層については電圧は印加されないため、背景領域３８は、常にマルチカラーフロントライト６６からの光、すなわち青色の光で表示が行われる。
【０１４３】
本願発明者が、図７に示す駆動方法で液晶表示素子を駆動したところ、図１０（Ｂ）に示すような表示部において、「１１」の数字が、左側の「１」は赤色で、右側の「１」は黄色で表示された。
【０１４４】
実施例による液晶表示素子の駆動方法においては、ＳＢ１において、マルチカラーフロントライト６６を点灯し、非表示領域の表現を行った。また、ＳＢ２及びＳＢ３において、マルチカラーバックライト５６を点灯し、表示領域の表現を行った。ＳＢ１、ＳＢ２、及びＳＢ３の点灯色を、それぞれ青、赤、及び黄としたため、非表示領域は青で、表示領域は赤及び黄で表現された。
【０１４５】
マルチカラーフロントライト６６及びマルチカラーバックライト５６からは、任意の色の光を出射することができるため、表示領域、非表示領域ともに、多様な色表示が可能である。また、実施例に見るように、表示領域については、複数色による表示が可能である。たとえば表示領域表現用のＳＢを３つ設け、各ＳＢでマルチカラーバックライト５６から異なる色の光を出射すれば、表示領域を３色で表示することができる。したがって表示単位の数によっては、表示単位ごとに異なる色での表示も可能である。
【０１４６】
なお、たとえば液晶セルがノーマリブラックの場合、すべてのＳＢを通じてマルチカラーフロントライトを消灯することにより背景領域を黒色で表示することができる。また、ある表示単位について、すべてのＳＢを通じて照明光での表示を行わないように、同期回路を用いて制御することにより、その表示単位を黒色で表示することができる。このため、非表示領域表現用のＳＢも含め、１フレームをｎ個のＳＢに分けたとき、非表示領域色も含め、ｎ＋１色での表示が可能である。
【０１４７】
更に、各表示単位及び背景領域は、高々１つのＳＢにおいてのみライトからの光で表示が行われるため、カラーブレークを防止することができる。
【０１４８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。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。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
セグメントタイプ、セグメント表示とドット表示の複合タイプ、フルドットタイプの液晶表示素子、及びその駆動方法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】図２〜図６を参照して詳説する実施例による液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
【図２】第１の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【図３】第２の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【図４】第３の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【図５】第４の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【図６】第５の実施例による液晶表示素子を示す概略的な分解斜視図である。
【図７】実施例による液晶表示素子の駆動方法について説明するための図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、非表示領域の色調を調整することの可能な液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、ドット部またはセグメント部の色調を調整することの可能な液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図である。
【図１０】（Ａ）は、ＦＳ駆動を行うことの可能な液晶表示素子の内部構成例を示す概略的な分解斜視図であり、（Ｂ）は、液晶表示素子の表示部を示す平面図である。
【図１１】ＦＳ駆動方式を用いた液晶表示素子における表示制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】先の提案による液晶駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１５１】
３０  表示部
３１〜３７  表示単位
３８  背景領域
５０ａ  上側基板
５０ｂ  下側基板
５１ａ  上側ガラス基板
５１ｂ  下側ガラス基板
５２ａ  上側透明電極
５２ｂ  下側透明電極
５３ａ  上側配向膜
５３ｂ  下側配向膜
５４ａ  上側偏光板
５４ｂ  下側偏光板
５４ｃ  上側カラー偏光板
５４ｄ  下側カラー偏光板
５４ｅ  上側直線偏光板
５４ｆ  下側直線偏光板
５４ｇ  上側１／４波長板
５４ｈ  下側１／４波長板
５５  液晶層
５６  マルチカラーバックライト
５７  白色バックライト
５８  位相差板
５９  ブラックマスク
６０  エリアカラーフィルタ
６０ｒ  赤色部
６０ｇ  緑色部
６０ｂ  青色部
６０ｗ  白色部
６６  マルチカラーフロントライト
６７  偏光分離透過・反射板
６８  電圧印加手段
６９  Ｄ−ＢＥＦ
７０  補償セル
７１  駆動セル
７２  位相差板
７３  広帯域コレステリックフィルム
７４  同期回路
７５  バックライト同期駆動回路
【図１】
0004846369.tif 000002
【図２】
0004846369.tif 000003
【図３】
0004846369.tif 000004
【図４】
0004846369.tif 000005
【図５】
0004846369.tif 000006
【図６】
0004846369.tif 000007
【図７】
0004846369.tif 000008
【図８】
0004846369.tif 000009
【図９】
0004846369.tif 000010
【図１０】
0004846369.tif 000011
【図１１】
0004846369.tif 000012
【図１２】
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