(57)【要約】複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置にあって、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば、印加電圧に対する液晶分子の長軸変化方向を、夫々の液晶パネルで異ならせる。液晶パネルの重なり部において所望の明るさを実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板によって形成された空隙内に液晶材料を封入させた液晶パネルを複数枚重ね、重ねた前記液晶パネルへの電圧印加により前記液晶材料の光透過率を制御して画像表示を行う液晶表示装置において、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向が、前記複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶分子の配向状態は、前記基板に対して略平行であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数枚の液晶パネルは、所定の隙間を隔てて重ねられていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数枚の液晶パネル夫々の対向する前記基板に画素電極と共通電極とが夫々形成されており、前記画素電極が形成されている基板と前記共通電極が形成されている基板との位置関係が、前記複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記複数枚の液晶パネルの重なり箇所における印加電圧の電界方向が、前記複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶材料は、自発分極を有する液晶材料であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶材料は、強誘電性液晶材料であることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶材料は、ネマティック液晶材料であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】
フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
カラーフィルタ方式にてカラー表示を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、液晶表示装置に関し、特に、複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置に関する。
【背景技術】  近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ，ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。このような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源（バックライト）からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しなくて視認性に劣るため、特に、フルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に、カラーフィルタを用いた透過型のカラー液晶表示装置が使用されている。
カラー液晶表示装置は、現在、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子を用いたアクティブ駆動のものが広く使用されている。このＴＦＴ駆動の液晶表示装置は、表示品質は比較的高いが、液晶パネルの光透過率が現状では数％と低いので、高い画面輝度を得るためには高輝度のバックライトが必要になる。このため、バックライトによる消費電力が大きくなってしまう。また、液晶の電界に対する応答性が低く、応答速度、特に中間調における応答速度が遅いという問題がある。また、カラーフィルタを用いたカラー表示であるため、１画素を３個の副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であり、その表示色純度も十分ではない。
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している（例えば、吉原敏明，他（Ｔ．Ｙｏｓｈｉｈａｒａ，ｅｔ．ａｌ．）：アイエルシーシー９８（ＩＬＣＣ  ９８）Ｐ１−０７４  １９９８年発行、吉原敏明，他（Ｔ．Ｙｏｓｈｉｈａｒａ，ｅｔ．ａｌ．）：エーエム−エルシーディ’９９ダイジェストオブテクニカルペーパーズ（ＡＭ−ＬＣＤ’９９  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，）１８５頁  １９９９年発行、吉原敏明，他（Ｔ．Ｙｏｓｈｉｈａｒａ，ｅｔ．ａｌ．）：エスアイディ’００ダイジェストオブテクニカルペーパーズ（ＳＩＤ’００  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，）１１７６頁  ２０００年発行など参照）。
このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精細度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性（２ｍｓ以下）が必須である。
そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて１００〜１０００倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のＴＦＴ等のスイッチング素子による駆動を研究開発している（例えば、特開平１１−１１９１８９号公報など）。
自発分極を有する強誘電性液晶では、液晶分子が基板に対して略平行に並んでおり、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向が変化する。そして、強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した２枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。
ところで、近年では３Ｄ画像表示への要求も高くなっており、液晶パネルを複数枚重ねて３Ｄ画像表示を行う液晶表示装置が提案されている（伊達，他（Ｍ．Ｄａｔｅ，ｅｔ．ａｌ．）：アイディダブリュ’０３  プロシーディングスオブザテンスインターナショナルディスプレイワークショップス（ＩＤＷ’０３  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｔｈｅ  １０ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ，）１４０９頁  ２００３年発行など参照）。
【発明の開示】
このような構成の液晶表示装置にあっては、特に複数枚の液晶パネルの重なり部において所望の明るさを得られることが重要である。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置であって、所望の明るさを容易に得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
第１発明に係る液晶表示装置は、複数の基板によって形成された空隙内に液晶材料を封入させた液晶パネルを複数枚重ね、重ねた液晶パネルへの電圧印加により液晶材料の光透過率を制御して画像表示を行う液晶表示装置において、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向が、複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする。
第１発明の液晶表示装置にあっては、重ねられた複数枚の液晶パネル夫々について、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、言い換えると印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なっている。よって、広い範囲において所望の明るさが得られる。
第２発明に係る液晶表示装置は、液晶分子の配向状態が基板に対して略平行であることを特徴とする。
第２発明の液晶表示装置にあっては、液晶分子の配向状態が基板に対して略平行であり、各液晶パネルでの上述した平均的な光学軸の変化方向（液晶分子長軸の変化方向）を容易に異ならせる。
第３発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネルが所定の隙間を隔てて重ねられていることを特徴とする。
第３発明の液晶表示装置にあっては、所定の隙間を隔てて複数枚の液晶パネルを重ねる。この隙間の長さの調整により種々の立体感が調整可能である。
第４発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネル夫々の対向する基板に画素電極と共通電極とが形成されており、画素電極が形成されている基板と共通電極が形成されている基板との位置関係が、複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする。
第４発明の液晶表示装置にあっては、画素電極を形成する基板と共通電極を形成する基板との位置関係を異ならせて複数枚の液晶パネルを重ねることにより、各液晶パネルでの上述した平均的な光学軸の変化方向（液晶分子長軸の変化方向）を異ならせる。よって、この変化方向を容易に異ならせることが可能である。
第５発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネルの重なり箇所における印加電圧の電界方向が、複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする。
第５発明の液晶表示装置にあっては、複数枚の液晶パネルの重なった箇所への印加電圧の電界方向が異ならせることにより、各液晶パネルでの上述した平均的な光学軸の変化方向（液晶分子長軸の変化方向）を異ならせる。よって、この変化方向を容易に異ならせることが可能である。
第６発明に係る液晶表示装置は、液晶材料が自発分極を有する液晶材料であることを特徴とする。
第６発明の液晶表示装置にあっては、自発分極を有する液晶材料を使用する。よって、液晶分子の基板に平行な配向状態を容易に実現できる。また、高速応答が可能となって、高い動画表示特性が得られ、また、フィールド・シーケンシャル方式の表示を行える。
第７発明に係る液晶表示装置は、液晶材料が強誘電性液晶材料であることを特徴とする。
第７発明の液晶表示装置にあっては、強誘電性液晶材料を使用する。よって、自発分極値が小さい強誘電性液晶材料を用いるため、ＴＦＴ等のスイッチング素子による駆動が可能となる。
第８発明に係る液晶表示装置は、液晶材料がネマティック液晶材料であることを特徴とする。
第８発明の液晶表示装置にあっては、ネマティック液晶材料を使用する。よって、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）方式による駆動により基板に対して略平行な液晶分子の配向状態を実現できる。
第９発明に係る液晶表示装置は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うことを特徴とする。
第９発明の液晶表示装置にあっては、複数色の光を経時的に切り換えるフィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う。よって、高精細、高色純度、高速応答性を有するカラー表示が可能である。
第１０発明に係る液晶表示装置は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行うことを特徴とする。
第１０発明の液晶表示装置にあっては、カラーフィルタを用いるカラーフィルタ方式にてカラー表示を行う。よって、容易にカラー表示を行える。
【図面の簡単な説明】  第１図は液晶材料の電気光学応答特性の一例（ハーフＶ字状特性）を示す図、第２図Ａ，Ｂは液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向を示す図、第２図Ｃは２枚の液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向が異なる場合の重なり部の透過光強度を示すグラフ、第３図Ａ，Ｂは液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向を示す図、第３図Ｃは２枚の液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向が同じ場合の重なり部の透過光強度を示すグラフ、第４図は第１実施の形態（フィールド・シーケンシャル方式）による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、第５図は第１実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、第６図は第１実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、第７図は第１実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図、第８図は第２実施の形態（カラーフィルタ方式）による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、第９図は第２実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、第１０図は第２実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、第１１図は第２実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図、第１２図は第３実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、第１３図は第３実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、第１４図は液晶材料の電気光学応答特性の他の例（Ｖ字状特性）を示す図、第１５図は第３実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
強誘電性液晶を用いたフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置にあっては、液晶パネルを透過する光の入射光に対する減衰率が２０％程度と低いので、複数枚の液晶パネルを重ねて３Ｄ画像を表示する表示装置に適用できると考えられる。しかしながら、複数枚の液晶パネルを重ねた場合に、夫々の液晶パネルにおける明るさの組合せによっては、複数枚の液晶パネルの重なり部における明るさが暗くなることもあり、所望の明るさを確保するためには工夫が必要であるという課題がある。
所望の明るさを得ることが困難であって、何らかの工夫が必要であるというこのような課題は、強誘電性液晶を用いたカラーフィルタ方式の液晶表示装置においても同様であり、また、強誘電性液晶のように基板に対して液晶分子を略平行に並ばせたネマティック液晶を用いたＩＰＳ方式の液晶表示装置においても同様である。
本発明では、基板に対して液晶分子が略平行に並ぶ強誘電性液晶を用いた複数枚の液晶パネル、または基板に対して液晶分子を略平行に並ばせるネマティック液晶を用いたＩＰＳ方式の複数枚の液晶パネルを重ねて構成される液晶表示装置において、重ねられた液晶パネル夫々にあって、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向を異ならせる、言い換えれば、印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向を異ならせることにより、所望の明るさが容易に得られるようにする。
以下、上述したような本発明の手法によって、所望の明るさを実現できる理由について説明する。
画素電極（画素数８００×６００，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と、共通電極を有する共通電極基板とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を成膜した。更に、これらのポリイミド膜をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサでギャップを保持した状態で２枚の基板を重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルに、ＴＦＴ駆動時において第１図に示すようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（例えば、クラリアントジャパン製：Ｒ２３０１）を封入した。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは６ｎＣ／ｃｍ２であった。そして、封入後、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相の転移点を挟んで３ＶのＤＣ電圧を印加することで、一様な液晶配向状態を実現した。
作製した液晶パネルに、ドライバＩＣとフィールド・シーケンシャル方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネルを重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板で挾み、赤，緑，青の時分割発光が可能なＬＥＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）バックライトと組み合わせた。２枚の液晶パネルに黒表示の信号を送り、両液晶パネルの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板を調整した。
そして、上下の２枚の液晶パネルの透過光強度が最大時の０％，２０％，４０％，６０％，８０％，１００％になるような電圧Ｅを印加して、夫々の透過光強度の組合せにおける重なり部の透過光強度を測定した。この際、第２図Ａ，Ｂに示すように上下の液晶パネルにおいて、印加電圧Ｅに対する液晶分子長軸の変化方向、言い換えると液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向が異なる場合と、第３図Ａ，Ｂに示すように上下の液晶パネルにおいて、印加電圧Ｅに対する液晶分子長軸の変化方向、言い換えると液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向が同一である場合とについて、透過光強度の測定を行った。前者の場合の透過光強度の測定結果を第２図Ｃに示し、後者の場合の透過光強度の測定結果を第３図Ｃに示す。
印加電圧に対する平均的な光学軸の変化方向が異なる場合、第２図Ｃに示されているように、重なり部の透過光強度が２枚の液晶パネルにおける透過光強度の加算値とは必ずしもなっていないが、重なり部で広範囲の透過光強度が得られている。よって、各液晶パネルの透過光強度を調整することにより、所望の中間的な透過光強度を実現することが可能である。
これに対して、印加電圧に対する平均的な光学軸の変化方向が同一である場合、第３図Ｃに示されているように、何れか一方の液晶パネルの透過光強度が０％（黒表示）であるときしか透過光強度の加算効果が得られておらず、重なり部で狭い範囲での透過光強度しか得られていない。よって、中間的な透過光強度を得ることは困難である。
以上のような測定結果から、本発明のように印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、すなわち液晶分子長軸の変化方向を、重ねられた液晶パネル夫々で異ならせることにより、所望の明るさを容易に得られることが分かる。
（第１実施の形態）
第４図は本発明の第１実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、第５図は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、第６図は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第１実施の形態は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置である。
第４図において、２１ａ，２１ｂは第５図及び第６図にその構成が示されている２枚の液晶パネルであり、２２は第５図及び第６図にその構成が示されているバックライトである。
上側（表面側）の液晶パネル２１ａは、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板４ａ，共通電極３ａ，ガラス基板２ａをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ａの共通電極３ａ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ａ，４０ａ…が形成されている。ガラス基板４ａ下の画素電極４０ａ，４０ａ…の下面には配向膜１２ａが、共通電極３ａの上面には配向膜１１ａがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ａ，１２ａ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ａが形成される。なお、１４ａは液晶層１３ａの層厚を保持するためのスペーサである。
下側（背面側）の液晶パネル２１ｂは、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板２ｂ，共通電極３ｂ，ガラス基板４ｂをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ｂの共通電極３ｂ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ｂ，４０ｂ…が形成されている。ガラス基板４ｂ上の画素電極４０ｂ，４０ｂ…の上面には配向膜１２ｂが、共通電極３ｂの上面には配向膜１１ｂがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ｂ，１２ｂ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ｂが形成される。なお、１４ｂは液晶層１３ｂの層厚を保持するためのスペーサである。
このような構成をなして密着させて重ねられた２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂは一対の偏光板１，５で挟まれている。
以上のように、第１実施の形態の２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにあっては、共通電極／画素電極の上下関係を逆にしている。第１実施の形態では、２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにおいてこのような電極構成とすることにより、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるようにしている。
共通電極３ａ及び画素電極４０ａ，４０ａ…間にはデータドライバ３２ａ及びスキャンドライバ３３ａ等よりなる駆動部５０ａが接続されている。データドライバ３２ａは、信号線４２ａを介してＴＦＴ４１ａと接続されており、スキャンドライバ３３ａは、走査線４３ａを介してＴＦＴ４１ａと接続されている。ＴＦＴ４１ａはスキャンドライバ３３ａによりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０ａ，４０ａ…は、ＴＦＴ４１ａに接続されている。そのため、信号線４２ａ及びＴＦＴ４１ａを介して与えられるデータドライバ３２ａからの信号により、上側（表面側）の液晶パネル２１ａの個々の画素の透過光強度が制御される。同様に、共通電極３ｂ及び画素電極４０ｂ，４０ｂ…間にはデータドライバ３２ｂ及びスキャンドライバ３３ｂ等よりなる駆動部５０ｂが接続されている。データドライバ３２ｂは、信号線４２ｂを介してＴＦＴ４１ｂと接続されており、スキャンドライバ３３ｂは、走査線４３ｂを介してＴＦＴ４１ｂと接続されている。ＴＦＴ４１ｂはスキャンドライバ３３ｂによりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０ｂ，４０ｂ…は、ＴＦＴ４１ｂに接続されている。そのため、信号線４２ｂ及びＴＦＴ４１ｂを介して与えられるデータドライバ３２ｂからの信号により、下側（背面側）の液晶パネル２１ｂの個々の画素の透過光強度が制御される。
バックライト２２は、液晶パネル２１ｂの下層（背面）側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板６の端面に臨ませた状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は、導光及び光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤，緑，青の各色を発光するＬＥＤ素子を１チップとした１または複数個のＬＥＤを有する。そして、赤，緑，青の各サブフレームにおいては赤，緑，青のＬＥＤ素子をそれぞれ点灯させる。導光及び光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤからの光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂと、赤，緑，青の時分割発光が可能であるバックライト２２とを重ね合わせる。このバックライト２２の点灯タイミング及び発光色は、液晶パネル２１ａ，２１ｂに対する表示データに基づくデータ走査に同期して制御される。
第４図において、３１は、パーソナルコンピュータから同期信号ＳＹＮが入力され、表示に必要な各種の制御信号ＣＳを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ部３０ａ，３０ｂからは、液晶パネル２１ａで表示するための画素データＰＤａ，液晶パネル２１ｂで表示するための画素データＰＤｂが、データドライバ３２ａ，３２ｂへ出力される。画素データＰＤａ，ＰＤｂと、印加電圧の極性を変えるための制御信号ＣＳとに基づき、データドライバ３２ａ，３２ｂを介して液晶パネル２１ａ，２１ｂには電圧が印加される。
また制御信号発生回路３１からは制御信号ＣＳが、基準電圧発生回路３４、データドライバ３２ａ，３２ｂ、スキャンドライバ３３ａ，３３ｂ及びバックライト制御回路３５へそれぞれ出力される。基準電圧発生回路３４は、基準電圧ＶＲ１ａ，ＶＲ１ｂ，ＶＲ２ａ及びＶＲ２ｂを生成し、生成した基準電圧ＶＲ１ａをデータドライバ３２ａへ、基準電圧ＶＲ１ｂをデータドライバ３２ｂへ、基準電圧ＶＲ２ａをスキャンドライバ３３ａへ、基準電圧ＶＲ２ｂをデータドライバ３３ｂへそれぞれ出力する。データドライバ３２ａ，３２ｂは、画像メモリ部３０ａ，３０ｂからの画素データＰＤａ，ＰＤｂと制御信号発生回路３１からの制御信号ＣＳとに基づいて、画素電極４０ａ，４０ｂの信号線４２ａ，４２ｂに対して信号を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ３３ａ，３３ｂは、画素電極４０ａ，４０ｂの走査線４３ａ，４３ｂをライン毎に順次的に走査する。またバックライト制御回路３５は、駆動電圧をバックライト２２に与えて、バックライト２２から赤色光，緑色光，青色光をそれぞれ発光させる。
次に、液晶表示装置の動作について説明する。パーソナルコンピュータから画像メモリ部３０ａ，３０ｂへ表示用の画素データＰＤａ，ＰＤｂが入力され、画像メモリ部３０ａ，３０ｂは、この画素データＰＤａ，ＰＤｂを一旦記憶した後、制御信号発生回路３１から出力される制御信号ＣＳを受け付けた際に、この画素データＰＤａ，ＰＤｂを出力する。制御信号発生回路３１で発生された制御信号ＣＳは、データドライバ３２ａ，３２ｂと、スキャンドライバ３３ａ，３３ｂと、基準電圧発生回路３４と、バックライト制御回路３５とに与えられる。
データドライバ３２ａ，３２ｂは、制御信号ＣＳを受けた場合に、画像メモリ部３０ａ，３０ｂから出力された画素データＰＤａ，ＰＤｂに基づいて、画素電極４０ａ，４０ｂの信号線４２ａ，４２ｂに対して信号を出力する。スキャンドライバ３３ａ，３３ｂは、制御信号ＣＳを受けた場合に、画素電極４０ａ，４０ｂの走査線４３ａ，４３ｂをライン毎に順次的に走査する。データドライバ３２ａ，３２ｂからの信号の出力及びスキャンドライバ３３ａ，３３ｂの走査に従ってＴＦＴ４１ａ，４１ｂが駆動し、画素電極４０ａ，４０ｂに電圧が印加され、画素の透過光強度が制御される。バックライト制御回路３５は、制御信号ＣＳを受けた場合に駆動電圧をバックライト２２に与えてバックライト２２のＬＥＤアレイ７が有している赤，緑，青の各色のＬＥＤ素子を時分割して発光させて、経時的に赤色光，緑色光，青色光を順次発光させる。このように、液晶パネル２１ａ，２１ｂへの入射光を出射するバックライト２２（ＬＥＤアレイ７）の点灯制御と液晶パネル２１ａ，２１ｂに対する複数回のデータ走査とを同期させてカラー表示を行っている。
第１実施の形態における液晶表示装置の具体例について説明する。画素電極４０ａ，４０ａ…（４０ｂ，４０ｂ…）（画素数８００×６００，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３ａ（３ｂ）を有するガラス基板２ａ（２ｂ）とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）として成膜した。更に、これらの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４ａ（１４ｂ）でギャップを保持した状態でこれらの２枚の基板を重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）間に、第１図に示したようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（クラリアントジャパン製：Ｒ２３０１）を封入して液晶層１３ａ（１３ｂ）とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは６ｎＣ／ｃｍ２であった。そして、封入後、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相の転移点を挟んで３ＶのＤＣ電圧を印加することで、一様な液晶配向状態を実現した（配向処理）。
作製した液晶パネル２１ａ（２１ｂ）に、第４図に示したようなドライバＩＣとフィールド・シーケンシャル方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを密着させて重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板１，５で挟み、更に、赤，緑，青の単色面発光スイッチングが可能なＬＥＤアレイ７を光源としたバックライト２２を重ね合わせた。２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを密着させたので、表示領域の間隔は、ガラス基板２枚分の厚さ（０．７×２＝１．４ｍｍ）となる。
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂに黒表示の信号を送り、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板１，５を調整した。また、両液晶パネル２１ａ，２１ｂにおいて、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるように、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを配置した。
そして、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを用いて、３Ｄ感を表す画像表示を行った。液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける表示が重なった場合には、３Ｄ感を得るために、遠くに存在するものの画像は下側（背面側）の液晶パネル２１ｂで表示し、近くに存在するものの画像は上側（表面側）の液晶パネル２１ａで表示し、中間に存在するものの画像は両液晶パネル２１ａ，２１ｂの明るさを調整して奥行き感を出せるように表示した。
この際、第７図に示すような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行った。第７図（ａ）は液晶パネル２１ａ，２１ｂの各ラインの走査タイミング、第７図（ｂ）はバックライト２２の赤，緑，青各色の点灯タイミングを示す。１フレームを３つのサブフレームに分割し、例えば第７図（ｂ）に示すように第１番目のサブフレームにおいて赤色を発光させ、第２番目のサブフレームにおいて緑色を発光させ、第３番目のサブフレームにおいて青色を発光させる。一方、第７図（ａ）に示すとおり、液晶パネル２１ａ，２１ｂに対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中に、２回の画像データの書込み走査を行う。１回目のデータ書込み走査にあっては、明るい表示を実現できる極性でのデータ書込み走査を行い、２回目のデータ書込み走査では、１回目のデータ書込み走査とは極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧が印加される。これにより、１回目のデータ書込み走査に比べて暗い表示を実現でき、実質的には”黒表示”と見なせる。
結果として、明るく、かつ高精細で表示色純度に優れた３Ｄ感にあふれた画像表示を実現できた。
（第２実施の形態）
第８図は本発明の第２実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、第９図は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、第１０図は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第２実施の形態は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行う液晶表示装置である。第８図〜第１０図において、第４図〜第６図と同一または同様な部分には同一番号を付している。
共通電極３ａ，３ｂには、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタ６０ａ，６０ａ…，６０ｂ，６０ｂ…が設けられている。また、バックライト２２は、白色光を出射する１つまたは複数の白色光源素子を備えた白色光源７０と導光及び光拡散板６とから構成されている。このようなカラーフィルタ方式の液晶表示装置にあっては、白色光の時分割発光が可能な白色光源７０からの白色発光を複数色のカラーフィルタ６０ａ，６０ｂで選択的に透過させることにより、カラー表示を行う。なお、液晶パネル２１ａ，２１ｂは所定距離だけ離して重ねている。
第２実施の形態の２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにあっては、第１実施の形態と同様に、共通電極／画素電極の上下関係を逆にしており、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるようにしている。
第２実施の形態における液晶表示装置の具体例について説明する。画素電極４０ａ，４０ａ…（４０ｂ，４０ｂ…）（画素数３２０×３（ＲＧＢ）×２４０，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３ａ（３ｂ）及びＲＧＢのカラーフィルタ６０ａ，６０ａ…（６０ｂ，６０ｂ）を有するガラス基板２ａ（２ｂ）とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）として成膜した。更に、これらの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４ａ（１４ｂ）でギャップを保持した状態でこれらの２枚の基板を重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）間に、図１に示したようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示すナフタレン系液晶を主成分とする双安定型の強誘電牲液晶材料（例えば、Ａ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ，ｅｔ．ａｌ．：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，１３３，３５３（１９９１）に開示された材料）を封入して液晶層１３ａ（１３ｂ）とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは１０ｎＣ／ｃｍ２であった。
作製した液晶パネル２１ａ（２１ｂ）に、第８図に示したようなドライバＩＣとカラーフィルタ方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを２ｍｍだけ離して重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板１，５で挟み、更に、白色光源７０を有するバックライト２２を重ね合わせた。
なお、本例では、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを２ｍｍだけ離して重ねているため、表示領域の間隔は、ガラス基板２枚分の厚さ（０．７×２＝１．４ｍｍ）を加算して３．４ｍｍとなる。液晶パネル２１ａ，２１ｂの離隔距離を適宜設定して、表示領域の間隔を調整することにより、様々な奥行き感を提供できる。
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂに黒表示の信号を送り、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板１，５を調整した。また、両液晶パネル２１ａ，２１ｂにおいて、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるように、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを配置した。
そして、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを用いて、３Ｄ感を表す画像表示を行った。液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける表示が重なった場合には、３Ｄ感を得るために、遠くに存在するものの画像は下側（背面側）の液晶パネル２１ｂで表示し、近くに存在するものの画像は上側（表面側）の液晶パネル２１ａで表示し、中間に存在するものの画像は両液晶パネル２１ａ，２１ｂの明るさを調整して奥行き感を出せるように表示した。
この際、第１１図に示すような駆動シーケンスに従って、カラーフィルタ方式によるカラー表示を行った。第１１図（ａ）は液晶パネル２１ａ，２１ｂの各ラインの走査タイミング、第１１図（ｂ）はバックライト２２の点灯タイミングを示す。第１１図（ａ）に示すように、液晶パネル２１ａ，２１ｂに対して、各フレーム中に２回の画像データの書込み走査を行う。１回目のデータ書込み走査にあっては、明るい表示を実現できる極性でのデータ書込み走査を行い、２回目のデータ書込み走査では、１回目のデータ書込み走査とは極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧が印加される。これにより、１回目のデータ書込み走査に比べて暗い表示を実現でき、実質的には”黒表示”と見なせる。
結果として、明るく、かつ高精細で表示色純度に優れた３Ｄ感にあふれた画像表示を実現できた。
（第３実施の形態）
第１２図は本発明の第３実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、第１３図は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第３実施の形態は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置であり、その液晶表示装置の回路構成は第１実施の形態（第４図）と同じである。第１２図及び第１３図において、第４図〜第６図と同一または同様な部分には同一番号を付している。
但し、第１実施の形態とは異なり、２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける共通電極／画素電極の上下関係が同一である。また、第３実施の形態では液晶材料として、第１４図に示すように印加電圧に対してＶ字状の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶を使用している。
第１２図及び第１３図で示されているように、上側（表面側）の液晶パネル２１ａは、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板２ａ，共通電極３ａ，ガラス基板４ａをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ａの共通電極３ａ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ａ，４０ａ…が形成されている。ガラス基板４ａ上の画素電極４０ａ，４０ａ…の上面には配向膜１２ａが、共通電極３ａの下面には配向膜１１ａがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ａ，１２ａ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ａが形成される。下側（背面側）の液晶パネル２１ｂは、液晶パネル２１ａと同様に、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板２ｂ，共通電極３ｂ，ガラス基板４ｂをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ｂの共通電極３ｂ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ｂ，４０ｂ…が形成されている。ガラス基板４ｂ上の画素電極４０ｂ，４０ｂ…の上面には配向膜１２ｂが、共通電極３ｂの上面には配向膜１１ｂがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ｂ，１２ｂ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ｂが形成される。
第３実施の形態における液晶表示装置の具体例について説明する。画素電極４０ａ，４０ａ…（４０ｂ，４０ｂ…）（画素数８００×６００，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３ａ（３ｂ）を有するガラス基板２ａ（２ｂ）とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）として成膜した。更に、これらの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）をレーヨン製の布でラビングし、これらの２枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４ａ（１４ｂ）でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）間に、第１４図に示したようなＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（クラリアント製のＦＥＬＩＸ−４８５１／１００の強誘電性液晶物質に大日本インキ化学工業製の光重合性モノマーＵＣＬ−００３を６重量％添加した材料）を封入して液晶層１３ａ（１３ｂ）とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは２２ｎＣ／ｃｍ２であった。そして、封入後、液晶相がカイラルスメクチックＣ相を示す温度にて、±１０Ｖ，２ｋＨｚの三角波電圧を印加しながら紫外光（波長３６５ｎｍ，強度２ｍＷ／ｃｍ２）を５分間照射することで、一様な液晶配向状態を実現した。
作製した液晶パネル２１ａ（２１ｂ）に、第４図に示したようなドライバＩＣと第１５図に示すフィールド・シーケンシャル方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板１，５で挟み、更に、赤，緑，青の単色面発光スイッチングが可能なＬＥＤアレイ７を光源としたバックライト２２を重ね合わせた。２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを密着させたので、表示領域の間隔は、ガラス基板２枚分の厚さ（０．７×２＝１．４ｍｍ）となった。
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂに黒表示の信号を送り、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板１，５を調整した。
また、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの対応する画素への印加電圧の電界方向を異ならせることにより、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるようにした。
両液晶パネル２１ａ，２１ｂを用いて、第１５図に示す駆動シーケンスに従って、３Ｄ感を表す画像表示を行った。液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける表示が重なった場合には、３Ｄ感を得るために、遠くに存在するものの画像は下側（背面側）の液晶パネル２１ｂで表示し、近くに存在するものの画像は上側（表面側）の液晶パネル２１ａで表示し、中間に存在するものの画像は両液晶パネル２１ａ，２１ｂの明るさを調整して奥行き感を出せるように表示した。
結果として、明るく、かつ高精細で表示色純度に優れた３Ｄ感にあふれた画像表示を実現できた。
なお、上述した第３実施の形態では、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置について説明したが、２枚の液晶パネルにおける共通電極／画素電極の上下関係を同じにして、Ｖ字状の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶を使用する構成は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行う液晶表示装置にも適用可能であることは勿論である。
また、Ｖ字状の電気電気光学応答特性を有する液晶材料を用いたが、ハーフＶ字状の電気電気光学応答特性を有する液晶材料を用い、上下の液晶パネルで配向処理時の電界方向を変えた構成においても同様の効果が得られることは明らかである。
なお、上述した各実施の形態では、２枚の液晶パネルを重ねる場合について説明したが、３枚以上の液晶パネルを重ねた構成の液晶表示装置にも本発明を適用できることは勿論である。
また、自発分極を示す強誘電液晶材料を用いる場合を例として説明したが、自発分極を示す他の液晶材料、例えば反強誘電液晶材料を用いる場合、または、自発分極を示さないネマティク液晶材料を用いるときでも、ＩＰＳ方式により液晶分子の配向状態が基板に対して略平行である場合には、強誘電液晶材料の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
更に、透過型の液晶表示装置について説明したが、反射型または半透過型の液晶表示装置においても、本発明を同様に適用できる。反射型または半透過型の液晶表示装置の場合、バックライトなどの光源を用いなくても表示可能であるため、消費電力が少なくて済む。
【産業上の利用可能性】  以上詳述したように、本発明では、重ねられた複数枚の液晶パネル夫々について、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、言い換えると印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向を異ならせるようにしたので、複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置、特に、液晶分子が基板に対して略平行に並んでいる自発分極を示す液晶材料を用いて複数枚の液晶パネルを重ねた液晶表示装置、または、ネマティク液晶材料を用いたＩＰＳ方式による複数枚の液晶パネルを重ねた液晶表示装置などについて、所望の明るさを容易に得ることができる。
【図１】
2005106576.tif 000002
【図２Ａ】
2005106576.tif 000003
【図２Ｂ】
2005106576.tif 000004
【図２Ｃ】
2005106576.tif 000005
【図３Ａ】
2005106576.tif 000006
【図３Ｂ】
2005106576.tif 000007
【図３Ｃ】
2005106576.tif 000008
【図４】
2005106576.tif 000009
【図５】
2005106576.tif 000010
【図６】
2005106576.tif 000011
【図７】
2005106576.tif 000012
【図８】
2005106576.tif 000013
【図９】
2005106576.tif 000014
【図１０】
2005106576.tif 000015
【図１１】
2005106576.tif 000016
【図１２】
2005106576.tif 000017
【図１３】
2005106576.tif 000018
【図１４】
2005106576.tif 000019
【図１５】
2005106576.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月14日(2006.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板によって形成された空隙内に液晶材料を封入させた液晶パネルを複数枚重ね、重ねた前記液晶パネルへの電圧印加により前記液晶材料の光透過率を制御して画像表示を行う液晶表示装置において、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向が、前記複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶分子の配向状態は、前記基板に対して略平行であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数枚の液晶パネルは、所定の隙間を隔てて重ねられていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数枚の液晶パネル夫々の対向する前記基板に画素電極と共通電極とが夫々形成されており、前記画素電極が形成されている基板と前記共通電極が形成されている基板との位置関係が、前記複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記複数枚の液晶パネルの重なり箇所における印加電圧の電界方向が、前記複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ，ＰＤＡ（Personal Digital Assistants)等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。このような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
【０００３】
液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源（バックライト）からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しなくて視認性に劣るため、特に、フルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に、カラーフィルタを用いた透過型のカラー液晶表示装置が使用されている。
【０００４】
カラー液晶表示装置は、現在、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチング素子を用いたアクティブ駆動のものが広く使用されている。このＴＦＴ駆動の液晶表示装置は、表示品質は比較的高いが、液晶パネルの光透過率が現状では数％と低いので、高い画面輝度を得るためには高輝度のバックライトが必要になる。このため、バックライトによる消費電力が大きくなってしまう。また、液晶の電界に対する応答性が低く、応答速度、特に中間調における応答速度が遅いという問題がある。また、カラーフィルタを用いたカラー表示であるため、１画素を３個の副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であり、その表示色純度も十分ではない。
【０００５】
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している（例えば、非特許文献１，２，３など参照）。
【０００６】
このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精細度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性（２ｍｓ以下）が必須である。
【０００７】
そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて１００〜１０００倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のＴＦＴ等のスイッチング素子による駆動を研究開発している（例えば、特許文献１など）。
【０００８】
自発分極を有する強誘電性液晶では、液晶分子が基板に対して略平行に並んでおり、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向が変化する。そして、強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した２枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。
【０００９】
ところで、近年では３Ｄ画像表示への要求も高くなっており、液晶パネルを複数枚重ねて３Ｄ画像表示を行う液晶表示装置が提案されている（例えば、非特許文献４など参照）。
【特許文献１】特開平１１−１１９１８９号公報
【非特許文献１】吉原敏明，他：アイエルシーシー９８ (ILCC 98)  P1-074  1998年発行
【非特許文献２】吉原敏明，他：エーエム−エルシーディ’９９ダイジェストオブテクニカルペーパーズ (AM-LCD'99 Digest of Technical Papers,) 185頁  1999年発行
【非特許文献３】吉原敏明，他：エスアイディ’００ダイジェストオブテクニカルペーパーズ (SID'00 Digest of Technical Papers,）1176頁 2000年発行
【非特許文献４】伊達，他：アイディダブリュ’０３プロシーディングスオブザテンスインターナショナルディスプレイワークショップス（IDW'03 Proceedings of The 10th International Display Workshops, ）1409頁  2003年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような構成の液晶表示装置にあっては、特に複数枚の液晶パネルの重なり部において所望の明るさを得られることが重要である。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置であって、所望の明るさを容易に得ることができる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】
【００１２】
第１発明に係る液晶表示装置は、複数の基板によって形成された空隙内に液晶材料を封入させた液晶パネルを複数枚重ね、重ねた液晶パネルへの電圧印加により液晶材料の光透過率を制御して画像表示を行う液晶表示装置において、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向が、複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする。
【００１３】
第１発明の液晶表示装置にあっては、重ねられた複数枚の液晶パネル夫々について、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、言い換えると印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なっている。よって、広い範囲において所望の明るさが得られる。
【００１４】
第２発明に係る液晶表示装置は、液晶分子の配向状態が基板に対して略平行であることを特徴とする。
【００１５】
第２発明の液晶表示装置にあっては、液晶分子の配向状態が基板に対して略平行であり、各液晶パネルでの上述した平均的な光学軸の変化方向（液晶分子長軸の変化方向）を容易に異ならせる。
【００１６】
第３発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネルが所定の隙間を隔てて重ねられていることを特徴とする。
【００１７】
第３発明の液晶表示装置にあっては、所定の隙間を隔てて複数枚の液晶パネルを重ねる。この隙間の長さの調整により種々の立体感が調整可能である。
【００１８】
第４発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネル夫々の対向する基板に画素電極と共通電極とが形成されており、画素電極が形成されている基板と共通電極が形成されている基板との位置関係が、複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする。
【００１９】
第４発明の液晶表示装置にあっては、画素電極を形成する基板と共通電極を形成する基板との位置関係を異ならせて複数枚の液晶パネルを重ねることにより、各液晶パネルでの上述した平均的な光学軸の変化方向（液晶分子長軸の変化方向）を異ならせる。よって、この変化方向を容易に異ならせることが可能である。
【００２０】
第５発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネルの重なり箇所における印加電圧の電界方向が、複数枚の液晶パネル夫々で異なることを特徴とする。
【００２１】
第５発明の液晶表示装置にあっては、複数枚の液晶パネルの重なった箇所への印加電圧の電界方向が異ならせることにより、各液晶パネルでの上述した平均的な光学軸の変化方向（液晶分子長軸の変化方向）を異ならせる。よって、この変化方向を容易に異ならせることが可能である。
【００２２】
本発明の液晶表示装置にあって、液晶材料が自発分極を有する液晶材料である場合には、液晶分子の基板に平行な配向状態を容易に実現できる。また、高速応答が可能となって、高い動画表示特性が得られ、また、フィールド・シーケンシャル方式の表示を行える。
【００２３】
本発明の液晶表示装置にあって、液晶材料が強誘電性液晶材料である場合には、自発分極値が小さい強誘電性液晶材料を用いるため、ＴＦＴ等のスイッチング素子による駆動が可能となる。
【００２４】
本発明の液晶表示装置にあって、液晶材料がネマティック液晶材料である場合には、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）方式による駆動により基板に対して略平行な液晶分子の配向状態を実現できる。
【００２５】
本発明の液晶表示装置にあって、複数色の光を経時的に切り換えるフィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う場合には、高精細、高色純度、高速応答性を有するカラー表示が可能である。
【００２６】
本発明の液晶表示装置にあって、カラーフィルタを用いるカラーフィルタ方式にてカラー表示を行う場合には、容易にカラー表示を行える。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、重ねられた複数枚の液晶パネル夫々について、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、言い換えると印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向を異ならせるようにしたので、複数枚の液晶パネルを重ねて画像表示を行う液晶表示装置、特に、液晶分子が基板に対して略平行に並んでいる自発分極を示す液晶材料を用いて複数枚の液晶パネルを重ねた液晶表示装置、または、ネマティク液晶材料を用いたＩＰＳ方式による複数枚の液晶パネルを重ねた液晶表示装置などについて、所望の明るさを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
強誘電性液晶を用いたフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置にあっては、液晶パネルを透過する光の入射光に対する減衰率が２０％程度と低いので、複数枚の液晶パネルを重ねて３Ｄ画像を表示する表示装置に適用できると考えられる。しかしながら、複数枚の液晶パネルを重ねた場合に、夫々の液晶パネルにおける明るさの組合せによっては、複数枚の液晶パネルの重なり部における明るさが暗くなることもあり、所望の明るさを確保するためには工夫が必要であるという課題がある。
【００３０】
所望の明るさを得ることが困難であって、何らかの工夫が必要であるというこのような課題は、強誘電性液晶を用いたカラーフィルタ方式の液晶表示装置においても同様であり、また、強誘電性液晶のように基板に対して液晶分子を略平行に並ばせたネマティック液晶を用いたＩＰＳ方式の液晶表示装置においても同様である。
【００３１】
本発明では、基板に対して液晶分子が略平行に並ぶ強誘電性液晶を用いた複数枚の液晶パネル、または基板に対して液晶分子を略平行に並ばせるネマティック液晶を用いたＩＰＳ方式の複数枚の液晶パネルを重ねて構成される液晶表示装置において、重ねられた液晶パネル夫々にあって、印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向を異ならせる、言い換えれば、印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向を異ならせることにより、所望の明るさが容易に得られるようにする。
【００３２】
以下、上述したような本発明の手法によって、所望の明るさを実現できる理由について説明する。
【００３３】
画素電極（画素数８００×６００，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と、共通電極を有する共通電極基板とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を成膜した。更に、これらのポリイミド膜をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサでギャップを保持した状態で２枚の基板を重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルに、ＴＦＴ駆動時において図１に示すようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（例えば、クラリアントジャパン製：Ｒ２３０１）を封入した。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは６ｎＣ／ｃｍ2 であった。そして、封入後、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相の転移点を挟んで３ＶのＤＣ電圧を印加することで、一様な液晶配向状態を実現した。
【００３４】
作製した液晶パネルに、ドライバＩＣとフィールド・シーケンシャル方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネルを重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板で挾み、赤，緑，青の時分割発光が可能なＬＥＤ（Laser Emitting Diode）バックライトと組み合わせた。２枚の液晶パネルに黒表示の信号を送り、両液晶パネルの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板を調整した。
【００３５】
そして、上下の２枚の液晶パネルの透過光強度が最大時の０％，２０％，４０％，６０％，８０％，１００％になるような電圧Ｅを印加して、夫々の透過光強度の組合せにおける重なり部の透過光強度を測定した。この際、図２Ａ，Ｂに示すように上下の液晶パネルにおいて、印加電圧Ｅに対する液晶分子長軸の変化方向、言い換えると液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向が異なる場合と、図３Ａ，Ｂに示すように上下の液晶パネルにおいて、印加電圧Ｅに対する液晶分子長軸の変化方向、言い換えると液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向が同一である場合とについて、透過光強度の測定を行った。前者の場合の透過光強度の測定結果を図２Ｃに示し、後者の場合の透過光強度の測定結果を図３Ｃに示す。
【００３６】
印加電圧に対する平均的な光学軸の変化方向が異なる場合、図２Ｃに示されているように、重なり部の透過光強度が２枚の液晶パネルにおける透過光強度の加算値とは必ずしもなっていないが、重なり部で広範囲の透過光強度が得られている。よって、各液晶パネルの透過光強度を調整することにより、所望の中間的な透過光強度を実現することが可能である。
【００３７】
これに対して、印加電圧に対する平均的な光学軸の変化方向が同一である場合、図３Ｃに示されているように、何れか一方の液晶パネルの透過光強度が０％（黒表示）であるときしか透過光強度の加算効果が得られておらず、重なり部で狭い範囲での透過光強度しか得られていない。よって、中間的な透過光強度を得ることは困難である。
【００３８】
以上のような測定結果から、本発明のように印加電圧に対する液晶分子の応答による平均的な光学軸の変化方向、すなわち液晶分子長軸の変化方向を、重ねられた液晶パネル夫々で異ならせることにより、所望の明るさを容易に得られることが分かる。
【００３９】
（第１実施の形態）
図４は本発明の第１実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図５は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、図６は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第１実施の形態は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置である。
【００４０】
図４において、２１ａ，２１ｂは図５及び図６にその構成が示されている２枚の液晶パネルであり、２２は図５及び図６にその構成が示されているバックライトである。
【００４１】
上側（表面側）の液晶パネル２１ａは、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板４ａ，共通電極３ａ，ガラス基板２ａをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ａの共通電極３ａ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ａ，４０ａ…が形成されている。ガラス基板４ａ下の画素電極４０ａ，４０ａ…の下面には配向膜１２ａが、共通電極３ａの上面には配向膜１１ａがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ａ，１２ａ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ａが形成される。なお、１４ａは液晶層１３ａの層厚を保持するためのスペーサである。
【００４２】
下側（背面側）の液晶パネル２１ｂは、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板２ｂ，共通電極３ｂ，ガラス基板４ｂをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ｂの共通電極３ｂ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ｂ，４０ｂ…が形成されている。ガラス基板４ｂ上の画素電極４０ｂ，４０ｂ…の上面には配向膜１２ｂが、共通電極３ｂの下面には配向膜１１ｂがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ｂ，１２ｂ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ｂが形成される。なお、１４ｂは液晶層１３ｂの層厚を保持するためのスペーサである。
【００４３】
このような構成をなして密着させて重ねられた２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂは一対の偏光板１，５で挟まれている。
【００４４】
以上のように、第１実施の形態の２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにあっては、共通電極／画素電極の上下関係を逆にしている。第１実施の形態では、２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにおいてこのような電極構成とすることにより、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるようにしている。
【００４５】
共通電極３ａ及び画素電極４０ａ，４０ａ…間にはデータドライバ３２ａ及びスキャンドライバ３３ａ等よりなる駆動部５０ａが接続されている。データドライバ３２ａは、信号線４２ａを介してＴＦＴ４１ａと接続されており、スキャンドライバ３３ａは、走査線４３ａを介してＴＦＴ４１ａと接続されている。ＴＦＴ４１ａはスキャンドライバ３３ａによりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０ａ，４０ａ…は、ＴＦＴ４１ａに接続されている。そのため、信号線４２ａ及びＴＦＴ４１ａを介して与えられるデータドライバ３２ａからの信号により、上側（表面側）の液晶パネル２１ａの個々の画素の透過光強度が制御される。同様に、共通電極３ｂ及び画素電極４０ｂ，４０ｂ…間にはデータドライバ３２ｂ及びスキャンドライバ３３ｂ等よりなる駆動部５０ｂが接続されている。データドライバ３２ｂは、信号線４２ｂを介してＴＦＴ４１ｂと接続されており、スキャンドライバ３３ｂは、走査線４３ｂを介してＴＦＴ４１ｂと接続されている。ＴＦＴ４１ｂはスキャンドライバ３３ｂによりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０ｂ，４０ｂ…は、ＴＦＴ４１ｂに接続されている。そのため、信号線４２ｂ及びＴＦＴ４１ｂを介して与えられるデータドライバ３２ｂからの信号により、下側（背面側）の液晶パネル２１ｂの個々の画素の透過光強度が制御される。
【００４６】
バックライト２２は、液晶パネル２１ｂの下層（背面）側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板６の端面に臨ませた状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は、導光及び光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤，緑，青の各色を発光するＬＥＤ素子を１チップとした１または複数個のＬＥＤを有する。そして、赤，緑，青の各サブフレームにおいては赤，緑，青のＬＥＤ素子をそれぞれ点灯させる。導光及び光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤからの光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
【００４７】
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂと、赤，緑，青の時分割発光が可能であるバックライト２２とを重ね合わせる。このバックライト２２の点灯タイミング及び発光色は、液晶パネル２１ａ，２１ｂに対する表示データに基づくデータ走査に同期して制御される。
【００４８】
図４において、３１は、パーソナルコンピュータから同期信号ＳＹＮが入力され、表示に必要な各種の制御信号ＣＳを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ部３０ａ，３０ｂからは、液晶パネル２１ａで表示するための画素データＰＤａ，液晶パネル２１ｂで表示するための画素データＰＤｂが、データドライバ３２ａ，３２ｂへ出力される。画素データＰＤａ，ＰＤｂと、印加電圧の極性を変えるための制御信号ＣＳとに基づき、データドライバ３２ａ，３２ｂを介して液晶パネル２１ａ，２１ｂには電圧が印加される。      
【００４９】
また制御信号発生回路３１からは制御信号ＣＳが、基準電圧発生回路３４、データドライバ３２ａ，３２ｂ、スキャンドライバ３３ａ，３３ｂ及びバックライト制御回路３５へそれぞれ出力される。基準電圧発生回路３４は、基準電圧ＶＲ１ａ，ＶＲ１ｂ，ＶＲ２ａ及びＶＲ２ｂを生成し、生成した基準電圧ＶＲ１ａをデータドライバ３２ａへ、基準電圧ＶＲ１ｂをデータドライバ３２ｂへ、基準電圧ＶＲ２ａをスキャンドライバ３３ａへ、基準電圧ＶＲ２ｂをデータドライバ３３ｂへそれぞれ出力する。データドライバ３２ａ，３２ｂは、画像メモリ部３０ａ，３０ｂからの画素データＰＤａ，ＰＤｂと制御信号発生回路３１からの制御信号ＣＳとに基づいて、画素電極４０ａ，４０ｂの信号線４２ａ，４２ｂに対して信号を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ３３ａ，３３ｂは、画素電極４０ａ，４０ｂの走査線４３ａ，４３ｂをライン毎に順次的に走査する。またバックライト制御回路３５は、駆動電圧をバックライト２２に与えて、バックライト２２から赤色光，緑色光，青色光をそれぞれ発光させる。
【００５０】
次に、液晶表示装置の動作について説明する。パーソナルコンピュータから画像メモリ部３０ａ，３０ｂへ表示用の画素データＰＤａ，ＰＤｂが入力され、画像メモリ部３０ａ，３０ｂは、この画素データＰＤａ，ＰＤｂを一旦記憶した後、制御信号発生回路３１から出力される制御信号ＣＳを受け付けた際に、この画素データＰＤａ，ＰＤｂを出力する。制御信号発生回路３１で発生された制御信号ＣＳは、データドライバ３２ａ，３２ｂと、スキャンドライバ３３ａ，３３ｂと、基準電圧発生回路３４と、バックライト制御回路３５とに与えられる。
【００５１】
データドライバ３２ａ，３２ｂは、制御信号ＣＳを受けた場合に、画像メモリ部３０ａ，３０ｂから出力された画素データＰＤａ，ＰＤｂに基づいて、画素電極４０ａ，４０ｂの信号線４２ａ，４２ｂに対して信号を出力する。スキャンドライバ３３ａ，３３ｂは、制御信号ＣＳを受けた場合に、画素電極４０ａ，４０ｂの走査線４３ａ，４３ｂをライン毎に順次的に走査する。データドライバ３２ａ，３２ｂからの信号の出力及びスキャンドライバ３３ａ，３３ｂの走査に従ってＴＦＴ４１ａ，４１ｂが駆動し、画素電極４０ａ，４０ｂに電圧が印加され、画素の透過光強度が制御される。バックライト制御回路３５は、制御信号ＣＳを受けた場合に駆動電圧をバックライト２２に与えてバックライト２２のＬＥＤアレイ７が有している赤，緑，青の各色のＬＥＤ素子を時分割して発光させて、経時的に赤色光，緑色光，青色光を順次発光させる。このように、液晶パネル２１ａ，２１ｂへの入射光を出射するバックライト２２（ＬＥＤアレイ７）の点灯制御と液晶パネル２１ａ，２１ｂに対する複数回のデータ走査とを同期させてカラー表示を行っている。
【００５２】
第１実施の形態における液晶表示装置の具体例について説明する。画素電極４０ａ，４０ａ…（４０ｂ，４０ｂ…）（画素数８００×６００，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３ａ（３ｂ）を有するガラス基板２ａ（２ｂ）とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）として成膜した。更に、これらの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４ａ（１４ｂ）でギャップを保持した状態でこれらの２枚の基板を重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）間に、図１に示したようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（クラリアントジャパン製：Ｒ２３０１）を封入して液晶層１３ａ（１３ｂ）とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは６ｎＣ／ｃｍ2 であった。そして、封入後、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相の転移点を挟んで３ＶのＤＣ電圧を印加することで、一様な液晶配向状態を実現した（配向処理）。
【００５３】
作製した液晶パネル２１ａ（２１ｂ）に、図４に示したようなドライバＩＣとフィールド・シーケンシャル方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを密着させて重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板１，５で挟み、更に、赤，緑，青の単色面発光スイッチングが可能なＬＥＤアレイ７を光源としたバックライト２２を重ね合わせた。２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを密着させたので、表示領域の間隔は、ガラス基板２枚分の厚さ（０．７×２＝１．４ｍｍ）となる。
【００５４】
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂに黒表示の信号を送り、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板１，５を調整した。また、両液晶パネル２１ａ，２１ｂにおいて、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるように、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを配置した。
【００５５】
そして、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを用いて、３Ｄ感を表す画像表示を行った。液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける表示が重なった場合には、３Ｄ感を得るために、遠くに存在するものの画像は下側（背面側）の液晶パネル２１ｂで表示し、近くに存在するものの画像は上側（表面側）の液晶パネル２１ａで表示し、中間に存在するものの画像は両液晶パネル２１ａ，２１ｂの明るさを調整して奥行き感を出せるように表示した。
【００５６】
この際、図７に示すような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行った。図７（ａ）は液晶パネル２１ａ，２１ｂの各ラインの走査タイミング、図７（ｂ）はバックライト２２の赤，緑，青各色の点灯タイミングを示す。１フレームを３つのサブフレームに分割し、例えば図７（ｂ）に示すように第１番目のサブフレームにおいて赤色を発光させ、第２番目のサブフレームにおいて緑色を発光させ、第３番目のサブフレームにおいて青色を発光させる。一方、図７（ａ）に示すとおり、液晶パネル２１ａ，２１ｂに対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中に、２回の画像データの書込み走査を行う。１回目のデータ書込み走査にあっては、明るい表示を実現できる極性でのデータ書込み走査を行い、２回目のデータ書込み走査では、１回目のデータ書込み走査とは極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧が印加される。これにより、１回目のデータ書込み走査に比べて暗い表示を実現でき、実質的には”黒表示”と見なせる。
【００５７】
結果として、明るく、かつ高精細で表示色純度に優れた３Ｄ感にあふれた画像表示を実現できた。
【００５８】
（第２実施の形態）
図８は本発明の第２実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図９は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、図１０は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第２実施の形態は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行う液晶表示装置である。図８〜図１０において、図４〜図６と同一または同様な部分には同一番号を付している。
【００５９】
共通電極３ａ，３ｂには、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタ６０ａ，６０ａ…，６０ｂ，６０ｂ…が設けられている。また、バックライト２２は、白色光を出射する１つまたは複数の白色光源素子を備えた白色光源７０と導光及び光拡散板６とから構成されている。このようなカラーフィルタ方式の液晶表示装置にあっては、白色光の時分割発光が可能な白色光源７０からの白色発光を複数色のカラーフィルタ６０ａ，６０ｂで選択的に透過させることにより、カラー表示を行う。なお、液晶パネル２１ａ，２１ｂは所定距離だけ離して重ねている。
【００６０】
第２実施の形態の２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにあっては、第１実施の形態と同様に、共通電極／画素電極の上下関係を逆にしており、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるようにしている。
【００６１】
第２実施の形態における液晶表示装置の具体例について説明する。画素電極４０ａ，４０ａ…（４０ｂ，４０ｂ…）（画素数３２０×３（ＲＧＢ）×２４０，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３ａ（３ｂ）及びＲＧＢのカラーフィルタ６０ａ，６０ａ…（６０ｂ，６０ｂ）を有するガラス基板２ａ（２ｂ）とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）として成膜した。更に、これらの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４ａ（１４ｂ）でギャップを保持した状態でこれらの２枚の基板を重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）間に、図１に示したようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示すナフタレン系液晶を主成分とする双安定型の強誘電性液晶材料（例えば、A.Mochizuki,et.al.:Ferroelectrics,133,353(1991）に開示された材料）を封入して液晶層１３ａ（１３ｂ）とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは１０ｎＣ／ｃｍ2 であった。
【００６２】
作製した液晶パネル２１ａ（２１ｂ）に、図８に示したようなドライバＩＣとカラーフィルタ方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを２ｍｍだけ離して重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板１，５で挟み、更に、白色光源７０を有するバックライト２２を重ね合わせた。
【００６３】
なお、本例では、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを２ｍｍだけ離して重ねているため、表示領域の間隔は、ガラス基板２枚分の厚さ（０．７×２＝１．４ｍｍ）を加算して３．４ｍｍとなる。液晶パネル２１ａ，２１ｂの離隔距離を適宜設定して、表示領域の間隔を調整することにより、様々な奥行き感を提供できる。
【００６４】
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂに黒表示の信号を送り、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板１，５を調整した。また、両液晶パネル２１ａ，２１ｂにおいて、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるように、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを配置した。
【００６５】
そして、両液晶パネル２１ａ，２１ｂを用いて、３Ｄ感を表す画像表示を行った。液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける表示が重なった場合には、３Ｄ感を得るために、遠くに存在するものの画像は下側（背面側）の液晶パネル２１ｂで表示し、近くに存在するものの画像は上側（表面側）の液晶パネル２１ａで表示し、中間に存在するものの画像は両液晶パネル２１ａ，２１ｂの明るさを調整して奥行き感を出せるように表示した。
【００６６】
この際、図１１に示すような駆動シーケンスに従って、カラーフィルタ方式によるカラー表示を行った。図１１（ａ）は液晶パネル２１ａ，２１ｂの各ラインの走査タイミング、図１１（ｂ）はバックライト２２の点灯タイミングを示す。図１１（ａ）に示すように、液晶パネル２１ａ，２１ｂに対して、各フレーム中に２回の画像データの書込み走査を行う。１回目のデータ書込み走査にあっては、明るい表示を実現できる極性でのデータ書込み走査を行い、２回目のデータ書込み走査では、１回目のデータ書込み走査とは極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧が印加される。これにより、１回目のデータ書込み走査に比べて暗い表示を実現でき、実質的には”黒表示”と見なせる。
【００６７】
結果として、明るく、かつ高精細で表示色純度に優れた３Ｄ感にあふれた画像表示を実現できた。
【００６８】
（第３実施の形態）
図１２は本発明の第３実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、図１３は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第３実施の形態は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置であり、その液晶表示装置の回路構成は第１実施の形態（図４）と同じである。図１２及び図１３において、図４〜図６と同一または同様な部分には同一番号を付している。
【００６９】
但し、第１実施の形態とは異なり、２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける共通電極／画素電極の上下関係が同一である。また、第３実施の形態では液晶材料として、図１４に示すように印加電圧に対してＶ字状の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶を使用している。
【００７０】
図１２及び図１３で示されているように、上側（表面側）の液晶パネル２１ａは、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板２ａ，共通電極３ａ，ガラス基板４ａをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ａの共通電極３ａ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ａ，４０ａ…が形成されている。ガラス基板４ａ上の画素電極４０ａ，４０ａ…の上面には配向膜１２ａが、共通電極３ａの下面には配向膜１１ａがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ａ，１２ａ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ａが形成される。下側（背面側）の液晶パネル２１ｂは、液晶パネル２１ａと同様に、上層（表面）側から下層（背面）側に、ガラス基板２ｂ，共通電極３ｂ，ガラス基板４ｂをこの順に積層して構成されており、ガラス基板４ｂの共通電極３ｂ側の面にはマトリクス状に配列された画素電極４０ｂ，４０ｂ…が形成されている。ガラス基板４ｂ上の画素電極４０ｂ，４０ｂ…の上面には配向膜１２ｂが、共通電極３ｂの下面には配向膜１１ｂがそれぞれ配置され、これらの配向膜１１ｂ，１２ｂ間に液晶材料が充填されて液晶層１３ｂが形成される。
【００７１】
第３実施の形態における液晶表示装置の具体例について説明する。画素電極４０ａ，４０ａ…（４０ｂ，４０ｂ…）（画素数８００×６００，対角４インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３ａ（３ｂ）を有するガラス基板２ａ（２ｂ）とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）として成膜した。更に、これらの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）をレーヨン製の布でラビングし、これらの２枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４ａ（１４ｂ）でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１ａ，１２ａ（１１ｂ，１２ｂ）間に、図１４に示したようなＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（クラリアント製のＦＥＬＩＸ−４８５１／１００の強誘電性液晶物質に大日本インキ化学工業製の光重合性モノマーＵＣＬ−００３を６重量％添加した材料）を封入して液晶層１３ａ（１３ｂ）とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは２２ｎＣ／ｃｍ2 であった。そして、封入後、液晶相がカイラルスメクチックＣ相を示す温度にて、±１０Ｖ，２ｋＨｚの三角波電圧を印加しながら紫外光（波長３６５ｎｍ，強度２ｍＷ／ｃｍ2 ）を５分間照射することで、一様な液晶配向状態を実現した。
【００７２】
作製した液晶パネル２１ａ（２１ｂ）に、図４に示したようなドライバＩＣと図１５に示すフィールド・シーケンシャル方式の表示を可能とする制御回路とを接続した。このようなドライバＩＣ及び制御回路付きの２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを重ね合わせ、その重ね合わせたものをクロスニコル状態の一対の偏光板１，５で挟み、更に、赤，緑，青の単色面発光スイッチングが可能なＬＥＤアレイ７を光源としたバックライト２２を重ね合わせた。２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂを密着させたので、表示領域の間隔は、ガラス基板２枚分の厚さ（０．７×２＝１．４ｍｍ）となった。
【００７３】
２枚の液晶パネル２１ａ，２１ｂに黒表示の信号を送り、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの光学軸を重ねた場合に黒表示となるように、クロスニコル状態の一対の偏光板１，５を調整した。
【００７４】
また、両液晶パネル２１ａ，２１ｂの対応する画素への印加電圧の電界方向を異ならせることにより、印加電圧に対して液晶分子の配向状態から得られる平均的な光学軸の変化方向、言い換えれば印加電圧に対する液晶分子長軸の変化方向が異なるようにした。
【００７５】
両液晶パネル２１ａ，２１ｂを用いて、図１５に示す駆動シーケンスに従って、３Ｄ感を表す画像表示を行った。液晶パネル２１ａ，２１ｂにおける表示が重なった場合には、３Ｄ感を得るために、遠くに存在するものの画像は下側（背面側）の液晶パネル２１ｂで表示し、近くに存在するものの画像は上側（表面側）の液晶パネル２１ａで表示し、中間に存在するものの画像は両液晶パネル２１ａ，２１ｂの明るさを調整して奥行き感を出せるように表示した。
【００７６】
結果として、明るく、かつ高精細で表示色純度に優れた３Ｄ感にあふれた画像表示を実現できた。
【００７７】
なお、上述した第３実施の形態では、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置について説明したが、２枚の液晶パネルにおける共通電極／画素電極の上下関係を同じにして、Ｖ字状の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶を使用する構成は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行う液晶表示装置にも適用可能であることは勿論である。
【００７８】
また、Ｖ字状の電気電気光学応答特性を有する液晶材料を用いたが、ハーフＶ字状の電気電気光学応答特性を有する液晶材料を用い、上下の液晶パネルで配向処理時の電界方向を変えた構成においても同様の効果が得られることは明らかである。
【００７９】
なお、上述した各実施の形態では、２枚の液晶パネルを重ねる場合について説明したが、３枚以上の液晶パネルを重ねた構成の液晶表示装置にも本発明を適用できることは勿論である。
【００８０】
また、自発分極を示す強誘電液晶材料を用いる場合を例として説明したが、自発分極を示す他の液晶材料、例えば反強誘電液晶材料を用いる場合、または、自発分極を示さないネマティク液晶材料を用いるときでも、ＩＰＳ方式により液晶分子の配向状態が基板に対して略平行である場合には、強誘電液晶材料の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８１】
更に、透過型の液晶表示装置について説明したが、反射型または半透過型の液晶表示装置においても、本発明を同様に適用できる。反射型または半透過型の液晶表示装置の場合、バックライトなどの光源を用いなくても表示可能であるため、消費電力が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】液晶材料の電気光学応答特性の一例（ハーフＶ字状特性）を示す図である。
【図２】液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向、及び、２枚の液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向が異なる場合の重なり部の透過光強度を示す図である。
【図３】液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向、及び、２枚の液晶パネルの液晶分子長軸の回転方向が同じ場合の重なり部の透過光強度を示す図である。
【図４】第１実施の形態（フィールド・シーケンシャル方式）による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図６】第１実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図７】第１実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。
【図８】第２実施の形態（カラーフィルタ方式）による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図９】第２実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図１０】第２実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図１１】第２実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。
【図１２】第３実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図１３】第３実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図１４】液晶材料の電気光学応答特性の他の例（Ｖ字状特性）を示す図である。
【図１５】第３実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂ  ガラス基板
３ａ，３ｂ  共通電極
１３ａ，１３ｂ  液晶層
２１ａ，２１ｂ  液晶パネル
４０ａ，４０ｂ  画素電極
【国際調査報告】
2005106576.tif 000021
2005106576.tif 000022
2005106576.tif 000023
2005106576.tif 000024