(57)【要約】【課題】表現力豊かな表示を実現することができる二層ＳＴＮ型液晶表示装置を提供する。【解決手段】二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、光学補償用液晶セル２でも表示できるようにその光学補償用液晶セル２の一対の基板２１，２２に表示用電極２４，２５を形成し、２つの表示用液晶セル１，２００を、それぞれ、それらの液晶層に印加する電圧を３値以上選択できるマルチプレックス駆動し、表示可能な階調数を増やす。また、２つの表示用液晶セル１，２００間にスペーサ４０を挟み、両眼視差を生じさせ、裸眼で立体的に見える表示を可能にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示用電極を有するＳＴＮ型の表示用液晶セルに、この表示用液晶セルの液晶分子ねじれ方向とは逆方向に液晶分子をねじれ配列させたＳＴＮ型の光学補償用液晶セルを重ね、これら２つの液晶セルを挟んで一対の偏光板を配置した二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、前記光学補償用液晶セルでも表示できるようにその光学補償用液晶セルの一対の基板に表示用電極を形成し、２つの表示用液晶セルを、それぞれ、それらの液晶層に印加する電圧を３値以上選択できるマルチプレックス駆動することを特徴とする二層ＳＴＮ型液晶表示装置。
【請求項２】
前記２つの液晶セル間にスペーサを挟むことを特徴とする二層ＳＴＮ型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二層ＳＴＮ型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数字、文字、図形、さらに画像をドットマトリックス表示する単純（パッシブ）マトリクス駆動の液晶表示装置として、ＴＮ（ツイステッドネマティック）型とＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）型がある。
【０００３】
ＴＮ型では、偏光板を通過した直線偏光は９０度ねじった液晶層を通過する時に液晶分子の旋回性により、その偏光方向が９０度ねじられる。この液晶の旋回性を利用し電圧のＯＮ／ＯＦＦで光を通過（明）／遮断（暗）し、画像等を表示する。
【０００４】
ＳＴＮ型はＴＮ型よりも液晶層を大きくねじったタイプで、そのねじり角は２００〜２７０度ぐらいである。この大きなねじれによって液晶の閾値特性が急峻になるため、ＴＮ型に比べマルチプレックス駆動（時分割駆動）に適する。
【０００５】
しかしＳＴＮ型は、ＴＮ型に比べ液晶分子間のピッチが１／２〜１／３と狭くなっているため、直線偏光は液晶のねじれに追従できず、さらに液晶の複屈折性（位相のズレ）によって楕円偏光状態へと変換されてしまう。このような液晶の旋回性と複屈折性による楕円偏光は、背景色を付けてしまう。
【０００６】
表示は見やすくなければならない。それには背景色と表示色のコントラストが高い方が有利である。それは、白背景に黒表示（ノーマリーホワイトモード）もしくは黒背景に白表示（ノーマリーブラック）であり、表示品位を上げるためにはＳＴＮ型の着色化現象という課題を解決しなければならなかった。
【０００７】
このようなＳＴＮ型の着色化現象を解消するため、ＳＴＮ型の表示用液晶セルの入射側または出射側にＳＴＮ型の光学補償用液晶セルを配置したものが、二層ＳＴＮ型液晶表示装置である。
【０００８】
図４は従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置の断面図であり、ここでは表示用液晶セルの入射側に光学補償用液晶セルを配置したものを示す。
【０００９】
この二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、２つのＳＴＮ型液晶セル１，２を積層すると共に、この２つのＳＴＮ型液晶セル１，２を挟んで一対の偏光板３，４を配置したもので、図において下側（光入射側）の液晶セル１は表示用とされ、上側（光出射側）の液晶セルは光学補償用とされている。以下、表示用の液晶セル１を単に「表示セル」といい、光学補償用の液晶セル２を単に「補償セル」という。
【００１０】
表示セル１は、スペーサを兼ねた枠状のシール材１０を介して重合接着した一対の透明な基板１１，１２間に液晶１３を封入したもので、両基板１１，１２の互い対向する面に、それぞれ、透明な表示用電極１４，１５が形成され、その上に配向膜１６，１７が形成されている。表示用電極１４，１５は一方が走査電極、他方が信号電極である。
【００１１】
補償セル２は、スペーサを兼ねた枠状のシール材２０を介して重合接着した一対の透明な基板２１，２２間に液晶２３を封入したもので、両基板２１，２２の互い対向する面に、それぞれ、配向膜２６，２７が形成されている。
【００１２】
表示セル１および補償セル２の配向膜１６，１７および２６，２７は、ポリイミド樹脂等からなる水平配向膜の膜面をラビング処理したもので、表示セル１の両基板１１，１２面の配向膜１６，１７の配向処理方向（ラビング方向）は互いに２００〜２７０度ずれており、補償セル２の両基板２１，２２面の配向膜２６，２７の配向処理方向も同じ角度ずれている。
【００１３】
表示セル１と補償セル２の液晶１３，２３には同一のネマチック液晶が用いられており、表示セル１と補償セル２のうち、一方のセルの液晶には左旋回性の光学活性物質（カイラル液晶等）が混入され、他方のセルの液晶には右旋回性の光学活性物が混入され、表示セル１と補償セル２の液晶分子は、互いに逆方向に同じねじれ角（２００〜２７０度）でねじれ配列している。
【００１４】
表示セル１と補償セル２とは、それぞれのリタデーションΔｎ・ｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の層圧ｄとの積：位相差）の値が略等しくなるように設計されている。
【００１５】
表示セル１と補償セル２とは、互いに隣接する側の基板１２，２１面における液晶分子の配向方向が略直交するように積層されている。
【００１６】
一対の偏光板３，４のうち、上偏光板（光出射側偏光板）３の透過軸方向は、この上偏光板３側の表示セル１の上基板１１面の配向処理方向に対して３５〜５０度ずれており、下偏光板（光入射側偏光板）４の透過軸方向は、上偏光板３の透過軸方向に対して略直交している。
【００１７】
図４において、３１は、表示セル１の表示用電極１４，１間に電圧（表示データに基づく表示駆動電圧）を印加すると共に、印加する電圧を３値以上選択できる駆動回路であり、二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、表示セル１を高デューティでマルチプレックス駆動することによって表示駆動され、３段階以上の階調表示を行うことができる。
【００１８】
二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、ＳＴＮ型の表示セル１における前述の着色を補償セル２によって光学補償するもので、表示セル１と補償セル２の液晶分子ねじり方向を互いに逆方向にし、かつ両セル１，２のリタデーションΔｎ・ｄの値を略等しくしておけば、表示セル１と補償セル２の液晶層の旋光分散現象によって生じる各波長ごとの楕円偏光の楕円の軸が略一致するため、特定の波長域の光の漏れによる着色を解消することができる。
【００１９】
なお、このような従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平２−２２００９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、ＳＴＮ型の表示用液晶セルの着色化現象を解消してコントラストを高め、３段階以上の階調表示を実現した。しかし、表示を表示用液晶セルのみに依存している点で一層構造のＳＴＮ型液晶表示装置と変わらず、しかも表示用液晶セルにおける液晶分子の配向変化で得ることができる階調数には限りがある。このため、従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置でさらに表現力豊かな表示を実現することは困難であった。
【００２１】
本発明は、さらに表現力豊かな表示を実現することができる二層ＳＴＮ型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するため、本発明は、表示用電極を有するＳＴＮ型の表示用液晶セルに、この表示用液晶セルの液晶分子ねじれ方向とは逆方向に液晶分子をねじれ配列させたＳＴＮ型の光学補償用液晶セルを重ね、これら２つの液晶セルを挟んで一対の偏光板を配置した二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、前記光学補償用液晶セルでも表示できるようにその光学補償用液晶セルの一対の基板に表示用電極を形成し、２つの表示用液晶セルを、それぞれ、それらの液晶層に印加する電圧を３値以上選択できるマルチプレックス駆動することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明においては、前記２つの液晶セル間にスペーサを挟むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれは、表示用電極を有するＳＴＮ型の表示用液晶セルに、光学補償機能を持ち、表示用電極を形成したＳＴＮ型の表示用液晶セルを重ねて二層ＳＴＮ型液晶表示装置にするから、例えば２つの表示用液晶セルが、それぞれ、ｎ（ｎ＝３以上の整数、例えば４，８，１６）階調表示を行う場合、表示可能な階調数をｎからｎ2（１６，６４，２５６）に増やすことができる。このように、それぞれの表示用液晶セルの階調数は増やすことなく、表示可能な階調数を大幅に増やし、階調の表示能力を高めることで、二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、表示品位を下げることなく、さらに表現力豊かな表示を実現することができる。
【００２５】
また、２つの表示用液晶セル間にスペーサを挟むことにより、奥行きができ、両眼視差を生じるので、裸眼で立体的に見える表示が可能になり、このことでも二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、さらに表現力豊かな表示を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００２７】
図１は二層ＳＴＮ型液晶表示装置の断面説明図である。なお、図１において、図４に示した従来の液晶表示装置と対応するものについては同符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
この二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、表示セル１の光出射側に積層する補償セル２でも表示できるようにしたものである。この表示可能な補償セル２を第二表示セル２００として、以下の説明を行う。
【００２９】
第二表示セル２００は、両基板２１，２２の互い対向する面に、それぞれ、表示セル１の表示用電極１４，１５と同じ透明な表示用電極２４，２５（一方が走査電極、他方が信号電極）を形成したもので、配向膜２６，２７は表示用電極２４，２５の上に形成されている。
【００３０】
なお、表示セル１と第二表示セル２００の液晶１３，２３の分子は、従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置と同様に、互いに逆方向に同じねじり角（２００〜２７０度）でねじり配列しており、表示セル１と第二表示セル２００とは、それぞれのリタデーションΔｎ・ｄの値が略等しくなるように設計されている。また、表示セル１と第二表示セル２００の互いに隣接する側の基板１２，２１面における液晶分子の配向方向は互いに略直交しており、一対の偏光板３，４の透過軸方向も従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置と同じ方向にしてある。
【００３１】
図１において、３２は、第二表示セル２００の表示用電極２４，２５間に電圧（表示データに基づく表示駆動電圧）を印加すると共に、印加する電圧を３値以上選択できる第二駆動回路であり、第二表示セル２００は表示セル１と同様に、高デューティでマルチプレックス駆動される。また、３０は、階調設定信号やネガ／ポジ切換信号、さらに２Ｄ／３Ｄ切換信号を含む各種表示形態設定信号に基づき、駆動回路３１と第二駆動回路３２を制御する制御部である。
【００３２】
表示セル１と第二表示セル２００とは、これらの相互間に枠状のスペーサ４０を挟んで積層され、所定の層間ギャップ４１を隔てて対向させている。
【００３３】
上記のように本実施の形態では、表示セル１に、光学補償機能を持ち、表示用電極２４，２５を形成した第二表示セル２００を重ねて二層ＳＴＮ型液晶表示装置を構成したもので、この二層ＳＴＮ型液晶表示装置は、駆動回路３１と第二駆動回路３２を同期させながら、表示セル１と第二表示セル２を、それぞれ、高デューティで同時にマルチプレックス駆動することによって表示駆動され、３段階以上の階調表示を行う。また、表示セル１の表示における着色は第二表示セル２００によって補償され、第二表示セル２００の表示における着色は表示セル１によって補償される。つまり表示セル１と第二表示セル２００とは、互いに光学補償をし合う関係にある。
【００３４】
また、本実施の形態では、表示セル１および第二表示セル２００の表示用電極１４，１５間（液晶１３）および表示用電極２４，２５間（液晶２３）に印加する電圧には、少なくとも、液晶１３，２３分子の配向を変化させる際に必要な臨界電圧である閾値以下の非選択電圧（０ボルトでも可）と、閾値より十分に大きい選択電圧と、これら非選択電圧と選択電圧の中間電圧の３値を含み、階調数ｎが「３」から１づつ増えるのに伴って用意する中間電圧の数が１づつ増やされる。
【００３５】
図２は図１の二層ＳＴＮ型液晶表示装置による階調表示方法を示す模式図である。例えば下記の表１に示すように、表示セル１の液晶１３に、０，１，２，３（但し、０＝非選択電圧、３＝選択電圧、１，２＝中間電圧）の４種類の異なるレベルの電圧を選択的に印加できる駆動回路３１を設け、表示セル１によって黒、濃い灰、薄い灰、白の４階調を表示するようにし、第二表示セル２００の液晶２３に、０'、１'、２'、３'（但し、０'＝非選択電圧、３'＝選択電圧、１'，２'＝中間電圧）ボルトの４種類の異なるレベルの電圧を選択的に印加できる第二駆動回路３２を設け、第二表示セル２００によって黒、濃い灰、薄い灰、白の４階調を表示するようにしておき、表示セル１と第二表示セル２００の液晶１３，２３に、それぞれ、異なるレベルの電圧を印加することによって、図２に示すように、４階調の各段階をさらに４段階に区分して表示することができる。従って、表示可能な階調数が４から１６に増えて、１６階調を表示することができる。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
図３は図１の二層ＳＴＮ型液晶表示装置によるネガポジ表示方法を示す模式図である。本実施の形態では、図３の（Ａ）に示すように、表示セル１と第二表示セル２００の液晶１３，２３に電圧を印加しない時（表示セル１と第二表示セル２００がＯＦＦの状態）には、下偏光板（光入射側偏光板）４を透過し、表示セル１を出射した直線偏光が上偏光板（光出射側偏光板）３によって遮断（吸収）されるため、黒表示となり、図３の（Ｂ）に示すように、表示セル１の液晶１３のみに電圧を印加した時（表示セル１がＯＮ、第二表示セル２００がＯＦＦの状態）には、表示セル１を出射した偏光が上偏光板３を通過するため、白表示となる。また、図３の（Ｃ）に示すように、表示セル１と第二表示セル２００の液晶１３，２３に電圧を印加した時（表示セル１と第二表示セル２００がＯＮの状態）には、下偏光板（光入射側偏光板）４を透過した直線偏光がそのまま上偏光板３に入射するため、黒表示となり、図３の（Ｄ）に示すように、第二表示セル２００の液晶２３にのみに電圧を印加した時（表示セル１がＯＦＦ、第二表示セル２００がＯＮの状態）には、表示セル１を出射した偏光が上偏光板３を通過するため、白表示となる。
【００３８】
従って、第二表示セル２００をＯＦＦにし、表示セル１の表示画像をＯＮ（白）表示し、その他の背景部分をＯＦＦ（黒）で表示させるとネガ表示が得られる。表示セル１の表示画像をＯＮ（白）表示し、第二表示セル２００をＯＮにするとポジ表示が得られる。つまりポジ表示とネガ表示とを切換えることができる。
【００３９】
また、部分的にポジ表示とネガ表示とを切換えることもできる。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、表示セル１と第二表示セル２００間にスペーサ４０を挟むことにより、奥行きができ、両眼視差を生じるので、裸眼で立体的に見える表示が可能になる。所謂３Ｄ表示が可能になる。また、通常の平面表示（所謂２Ｄ表示）と３Ｄ表示とを切換えることができる。
【００４１】
ここで、表示セル１と第二表示セル２００間に、前述の枠状のスペーサ４０に変えて、表示セル１と第二表示セル２００の液晶１３，２３とは異なる屈折率を有する透明な板状のスペーサを挟むことでも、裸眼で立体的に見える３Ｄ表示が可能になる。
【００４２】
以上のように本実施の形態は、表示用電極１４，１５を有するＳＴＮ型の表示用液晶セル１に、この表示用液晶セル１の液晶分子ねじれ方向とは逆方向に液晶分子をねじれ配列させたＳＴＮ型の光学補償用液晶セル２を重ね、これら２つの液晶セル１，２を挟んで一対の偏光板３，４を配置した二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、前記光学補償用液晶セル２でも表示できるようにその光学補償用液晶セル２の一対の基板２１，２２に表示用電極２４，２５を形成し、２つの表示用液晶セル１，２００を、それぞれ、それらの液晶層に印加する電圧を３値以上選択できるマルチプレックス駆動するもので、表示用電極１４，１５を有するＳＴＮ型の表示用液晶セル１に、光学補償機能を持ち、表示用電極２４，２５を形成したＳＴＮ型の表示用液晶セル２００を重ねて二層ＳＴＮ型液晶表示装置にすることにより、それぞれの表示用液晶セル１，２００の階調数は増やすことなく、表示可能な階調数を大幅に増やし、階調の表示能力を高めることができるので、二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、表示品位を下げることなく、さらに表現力豊かな表示を実現することができる。また、ポジ表示とネガ表示を切換えることもできる。
【００４３】
また、２つの表示用液晶セル１，２００間にスペーサ４０を挟むことにより、奥行きができ、両眼視差を生じるので、裸眼で立体的に見える表示が可能になり、このことでも二層ＳＴＮ型液晶表示装置において、さらに表現力豊かな表示を実現することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、第二表示セル２００を表示セル１の光入射側に配置した二層ＳＴＮ型液晶表示装置で本発明の一実施の形態を説明したが、第二表示セル２００は表示セル１の光出射側に配置してもよい。本発明は実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る二層ＳＴＮ型液晶表示装置の断面説明図である。
【図２】図１の二層ＳＴＮ型液晶表示装置による階調表示方法を示す模式図である。
【図３】図１の二層ＳＴＮ型液晶表示装置によるネガポジ表示方法を示す模式図である。
【図４】従来の二層ＳＴＮ型液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  表示セル（ＳＴＮ型の表示用液晶セル）
２  補償セル（ＳＴＮ型の光学補償用液晶セル）
３，４  偏光板
１１，１２  基板
１４，１５  表示用電極
２１，２２  基板
２４，２５  表示用電極
４０  スペーサ
２００  第二表示セル（表示用電極を有するＳＴＮ型の光学補償用液晶セル）
【図１】
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【図２】
2009258470.tif 000005
【図３】
2009258470.tif 000006
【図４】
2009258470.tif 000007