液晶表示装置
【課題】 液晶表示装置の表示輝度を向上させる。
【解決手段】
液晶表示装置は、対向する一対の基板と、基板間に挟持された液晶層と、基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備えた第１の表示領域を有する第１の液晶セルと、対向する一対の基板と、基板間挟持された液晶層と、基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備え、第１の表示領域とは異なる第２の表示領域を有し、第１の液晶セルに比べ液晶の応答速度が速い第２の液晶セルと、第１の液晶セルと第２の液晶セルが重なりあった構造体の下方に配置されたマルチカラー表示可能なバックライトとを有し、少なくとも第１の液晶セル、第２の液晶セルのいずれか一方において、一対の基板に挟持され、他方の液晶セルの表示領域と重なる位置に、基板と同等の屈折率を持つ等方性液体層を有する。
【解決手段】
液晶表示装置は、対向する一対の基板と、基板間に挟持された液晶層と、基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備えた第１の表示領域を有する第１の液晶セルと、対向する一対の基板と、基板間挟持された液晶層と、基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備え、第１の表示領域とは異なる第２の表示領域を有し、第１の液晶セルに比べ液晶の応答速度が速い第２の液晶セルと、第１の液晶セルと第２の液晶セルが重なりあった構造体の下方に配置されたマルチカラー表示可能なバックライトとを有し、少なくとも第１の液晶セル、第２の液晶セルのいずれか一方において、一対の基板に挟持され、他方の液晶セルの表示領域と重なる位置に、基板と同等の屈折率を持つ等方性液体層を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用情報表示装置やカーオーディオの表示部等に用いられるセグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示が可能な液晶表示装置において、表示部をカラー表示させるために、カラーフィルタやブラックマスクを用いる方法がある。
【０００３】
一方、カラーフィルタを用いず、例えば赤緑青（ＲＧＢ）発光可能なマルチカラー発光ダイオード（ＬＥＤ）光源などにより構成されたマルチカラーバックライトを液晶セルと同期動作させカラー表示を行ういわゆるフィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動によるカラー液晶表示装置がある。
【０００４】
ＦＳ駆動による表示では、例えば、１つの画像を表示する１フレーム内にバックライトがＲＧＢそれぞれに点灯する３つのサブフレームを要する。液晶表示装置に印加される駆動波形は例えば矩形波である。駆動周波数は１つのサブフレーム内で１周期以上になるように設定し、上記入力信号に対して液晶表示装置が明暗表示できるようにＯｎ、Ｏｆｆ時の振幅（駆動電圧）が調整される。
【０００５】
一般的な液晶表示装置は、印加電圧の変化に対する液晶の応答がバックライトの応答に比べて遅い。ノーマリブラックの液晶表示装置を例に挙げると、駆動電圧をしきい値以上の電圧から０Ｖに変化させても、応答時間が遅いためすぐに透過率が下降しない。透過率が十分に下降しない状態においてサブフレーム内で指定された色のバックライトを点灯すると、遮光すべき光が漏れるため色純度が低下する恐れがある。そのため、液晶表示装置がある程度応答するまでバックライトを点灯させないブランク時間を必要とする。
【０００６】
サブフレーム動作を人間の目に認識されない速度、例えば約１６．７ｍｓ／フレーム、約５．５７ｍｓ／サブフレーム、約３ｍｓ／ブランク時間で駆動させれば、人間の目から見てちらつきの無いカラー表示を実現可能である。
【０００７】
液晶表示素子をスタティック駆動（ＴＦＴによるアクティブマトリックス駆動も含む）により動作させる場合、概ね１サブフレーム内において電気光学応答を完了させることは可能であるが、マルチプレックス駆動で動作させる場合、その応答特性は走査線本数、すなわちＤｕｔｙ比により大きく変化することが知られている。
【０００８】
発明者の検討においては、スタティック駆動にて立ち上がりもしくは立下りで遅い方の応答速度が略２．５ｍｓ程度である液晶セルを１／４Ｄｕｔｙ、１／３Ｂｉａｓマルチプレックス駆動させた場合、最適な電圧を印加しても立ち上がりもしくは立下りで遅い方の応答速度が略５ｍｓになってしまう。さらに走査線本数を増加した（具体的には１／９Ｄｕｔｙ、１／４Ｂｉａｓ超）駆動条件においては、各サブフレームにおいて前サブフレームの色が混ざって色純度が低下したり、液晶表示装置の表示輝度が低下したりといった現象が生じる懸念がある。
【０００９】
発明者らは、特開２００５−３０１０２６号公報にて、１／９Ｄｕｔｙ、１／４Ｂｉａｓ超の駆動条件下で、特にセグメント表示もしくはセグメント表示＋ドットマトリックス表示のＦＳ駆動液晶表示装置において、スタティック駆動する高速応答の液晶セルと、マルチプレックス駆動する通常速度応答の液晶セルとを組み合わせて２層構造の液晶表示素子とし、それを同期駆動させて表示品位を向上させる発明を提案した。
【００１０】
【特許文献１】特許３８９４３２３号公報
【特許文献２】特開２００５−３０１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
セグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示部を有する液晶表示装置において、さらなる表示品位の向上が求められている。
【００１２】
本発明の目的は、セグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示部を有する液晶表示装置であって、マルチカラー表示を行いつつ表示輝度、色純度を向上させたＦＳ駆動の液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、対向する一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備えた第１の表示領域を有する第１の液晶セルと、対向する一対の基板と、該基板間挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備え、前記第１の表示領域とは異なる第２の表示領域を有し、前記第１の液晶セルに比べ液晶の応答速度が速い第２の液晶セルと、前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルが重なりあった構造体の下方に配置されたマルチカラー表示可能なバックライトとを有する液晶表示装置であって、少なくとも前記第１の液晶セル、前記第２の液晶セルのいずれか一方において、前記一対の基板に挟持され、他方の液晶セルの表示領域と重なる位置に、前記基板と同等の屈折率を持つ等方性液体層を有する液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
セグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示部を有する液晶表示装置の表示輝度、色純度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照して、本発明の実施例による液晶表示装置に共通な構成について説明する。図１は、液晶表示装置の概略的構成を示すブロック図である。実施例の液晶表示装置は、液晶表示素子１と、バックライト２と、駆動装置３とを含んで構成される。
【００１６】
液晶表示素子１は、パターン電極によって画定される、少なくとも２つの表示領域を含む。表示領域の各々に対応してバックライト２の領域が（例えば領域Ａと領域Ｂに）分割されている。
【００１７】
バックライト２は、液晶表示素子１の背面に備えられ、表示領域毎に設けられた光源ＬＳと、光源ＬＳから放出された光が、対応する表示領域のみに入射するように、配光を制御する配光構造とを含む。各光源ＬＳは、単色もしくは複数の色（例えばＲＧＢ）を発光可能なＬＥＤを含んで構成され、それぞれ独立のタイミングで点灯可能である。
【００１８】
図２Ａに、バックライト構造例１を示す。これは、サイドライト式バックライトの構造例である。図１と同様に、ここでは表示領域が領域Ａと領域Ｂに分かれている場合について説明する。図示のように、導光板からなる側壁６の、表示領域ＡとＢとの境界４に、例えば金属からなる反射板５が挿入されており、側壁６が、表示領域Ａ側の部分１Ａと表示領域Ｂ側の部分１Ｂとに分割されている。
【００１９】
側壁６で囲まれた表示領域Ａ側の部分１Ａの端部に光源ＬＳＡが設置され、表示領域Ｂ側の部分１Ｂの端部に光源ＬＳＢが設置されている。反射板５が設けられていることにより、光源ＬＳＡ、ＬＳＢから放出された光は、相互に混ざることなく、各々、表示領域Ａのみ、表示領域Ｂのみを照明する。
【００２０】
図２Ｂに、バックライト構造例２を示す。図２Ｂに示すバックライトは、いわゆる直下型バックライト構造である。光を拡散反射させる側壁６を持つ箱状の構造体が、光を拡散反射させる隔壁７で、表示領域Ａ側の部分６Ａと、表示領域Ｂ側の部分６Ｂとに仕切られている。隔壁７は、表示領域ＡとＢの境界４に設けられている。
【００２１】
表示領域Ａ側の部分６Ａの底部に光源ＬＳＡが設置され、表示領域Ｂ側の部分６Ｂの底部に光源ＬＳＢが設置されている。光源ＬＳＡ、ＬＳＢから放出された光は、隔壁７により、相互に混ざることなく、散乱板８を介して、それぞれ、表示領域Ａのみ、表示領域Ｂのみを照明する。
【００２２】
なお、ある領域から他領域にバックライト光が漏れないためには、相互に隣接する表示領域に含まれる表示パターン間の最短距離（表示画素間の最短距離）を１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２３】
駆動装置３が、液晶表示素子１と各マルチカラー光源ＬＳを所望のタイミングで同期駆動させる。光源の駆動は、通常のＦＳ駆動もしくはカラーブレークレスＦＳ駆動を液晶表示装置の用途に応じて行う。カラーブレークレスＦＳ駆動では、各セグメント表示部を１フレーム当たり１つのサブフレームでしか明表示としないが、１つのサブフレームで原色表示もしくは複数の光源を同時点灯して混色表示を行うことにより、所望のカラー表示を行う。
【００２４】
次に、高速応答する液晶表示素子の例を説明する。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｃを参照して、ノーマリホワイト（ＮＷ）ツイストネマチック（ＴＮ）モード液晶表示素子について説明する。図３Ａは、ＮＷＴＮモード液晶表示素子の概略斜視図である。図示の液晶表示素子は、液晶セル１１が、クロスニコル配置の偏光板２１、２２に挟まれ、上下のガラス基板１２、１３と、それらの間に形成された液晶層１４とを含んで構成される。偏光板２１、２２としてポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを用いている。
【００２６】
図３Ｂに示すように、液晶セルのガラス基板１２、１３それぞれの、液晶層側内面に、表示パターン形状の透明電極３１が配置され、さらにその内面に、水平配向膜３２が形成されている。上下ガラス基板１２、１３の間で液晶層１４が左捩れ９０°になるようにそれぞれの基板にラビング処理が施されている。液晶層１４は、左捩れのカイラル材が添加されたΔε＞０の液晶材料が満たされている。液晶層１４の厚さ（セル厚）は約２μｍに設定されている。また、液晶セル厚ｄと液晶材料の捩れピッチｐのｄ／ｐは約０．３５に設定されている。液晶材料の複屈折率Δｎとセル厚ｄの積であるリタデーションΔｎｄは約４４６ｎｍに設定されている。
【００２７】
なお、偏光板の透過軸方向は上側が図中の４時半であり、下側が７時半の方向である。基板のラビング方向は各々の側の偏光板の軸方向と平行である。液晶層中央分子配向方位は液晶表示素子を法線方向から観察したときに面内において６時の方位になるようにラビング方向を調整されている。
【００２８】
ＬＣＤの視角特性を改善するために、表示パターン部以外の領域（片側の基板だけでも良いし、両側の基板でも良い）にブラックマスクを設けても良い。ブラックマスクは、金属薄膜（クロムやモリブデンの薄膜を用いる。但し、表示パターン部とは電気的に絶縁している）、または黒色樹脂（顔料またはカーボンをアクリル等の樹脂中に分散したもの）で形成する。ブラックマスクは、カラーブレークレスＦＳ駆動を行う場合において採用することが好ましい。
【００２９】
図３Ｃに示すように、絶縁膜４１、ブラックマスク４２は、例えば、液晶セル１１のガラス基板１２（１３）と透明電極３１との間に形成される。必要に応じて、透明電極３１と配向膜３２との間に形成しても良い。
【００３０】
図４に、垂直配向（ＶＡ）モード液晶表示素子の概略斜視図を示す。ＶＡモード液晶表示素子の液晶セル５１では、上下ガラス基板５２、５３それぞれの液晶層側内面に、所望のパターンを形成した透明電極が配置され、さらにその内面に、垂直配向膜が形成されている。垂直配向膜は、アンチパラレル配向になるようにラビング処理が施されている。液晶層にはΔε＜０の液晶材料が満たされており、その層厚は略２μｍ、リタデーションΔｎｄは略３００ｎｍに設定されている。液晶層中央分子の配向方位は１２時方位に設定されている。
【００３１】
液晶セル５１外の上下にはクロスニコルの偏光板６１、６２を配置し、上側偏光板６１の吸収軸を１２時方位から反時計回りに４５°回転させた位置に設定している。液晶セル５１と上下偏光板６１、６２間には視角補償板７１、７２として、負の二軸光学異方性を有する光学フィルムを貼り合せている。試作した液晶表示素子においては、住友化学製のヨウ素系偏光板および負の二軸光学異方性フィルムを用いた。光学フィルム７１、７２の面内遅相軸（矢印）は偏光板吸収軸に略平行に配置し、面内位相差は略４５ｎｍ、フィルム厚さ方向の位相差は略１２０ｎｍとしている。なお、視角補償板は液晶セル５１の上面又は下面のいずれか一方のみに配置されていても良い。光学フィルムパラメータの適切な値について説明すると、フィルムの厚さ方向位相差（２枚以上使用時にはその合計）は液晶セルのΔｎｄに対して略０．５倍〜略１．０倍、面内位相差は略３０ｎｍ〜略６５ｎｍに設定することが好ましい。
（実施例１）
発明者らは、通常応答速度の第１の液晶セルと、比較的高速応答する第２の液晶セルが積層された液晶表示素子であって、少なくとも一部の表示領域において、一方のセルに液晶層を形成し、他方のセルに等方性液体層を形成した液晶表示素子を有する液晶表示装置を発案した。
【００３２】
図５Ａに、液晶表示素子の電極パターンを示す。図５Ａは、上段５Ａ−１が第１の液晶セル、下段５Ａ−２が第２の液晶セルを示す。
【００３３】
第１の液晶セルは、ドットマトリクス表示領域およびクロスハッチで示された等方性液体層を有する。ドットマトリクス表示領域はマルチプレックス駆動を行うため、比較的応答速度が遅くなる。
【００３４】
第２の液晶セルは、有効表示面内全般に液晶層を有し、液晶層は、セグメント電極および「ＴＥＭＰ」で示された温度表示領域（まとめてセグメント表示領域と呼ぶこととする）およびドットマトリクス表示領域の最外形から全方位に２ｍｍ大きくしたベタ電極部からなる。第２の液晶セルは、ＦＳ駆動に対応した比較的応答速度の速い駆動（スタティック駆動など）を行う。
【００３５】
等方性液体層は、第２の液晶セルにおける温度表示部の表示領域を面内で包括する。その配置範囲は、視差の観点から、温度表示部の最外形から全方位に少なくとも１ｍｍ以上大きく取ることが望ましい。
【００３６】
図５Ｂに、実施例１による液晶表示素子１の概略断面図を示す。図では、上側が液晶表示素子の前側でかつ観察者側とする。
【００３７】
図示の液晶表示素子１は、大きく分けて、上から順に偏光板１０１、第１の液晶セル１０３、中間偏光板１０５、第２の液晶セル１０４、偏光板１０２に分類される。
【００３８】
最上部の偏光板１０１として、ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを用い、その吸収軸を略１３５°（観察者側から見て３時方向を０°とした場合に対する角度）に設定する。
【００３９】
第１の液晶セル１０３は、上下ガラス基板１０６ａ、１０６ｂが、中間層１０７（液晶層１０８、等方性液体層１０９）を挟持する構造である。
【００４０】
液晶層１０８と上下ガラス基板１０６ａ、１０６ｂとの間には、それぞれ電極パターン１１０ａ、１１０ｂが形成される。また、電極パターン１１０ａ、１１０ｂを覆うように、液晶層１０８側に向けて、絶縁膜が形成され、さらに水平配向膜が形成される。液晶層１０８はここでは１８０°スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）層である。そのリタデーションは９５０ｎｍである。
【００４１】
等方性液体層１０９を形成する等方性液体として、屈折率がガラスの屈折率と同等（１．５±０．１）のものを用いる。実施例１ではエクソン化学製アイソパーＬを用いる。等方性液体層１０９は、液晶層に比べ多くの光を透過することが期待される。なお、等方性液体層１０９を通過する光は、隣接するガラス基板との境界においても光路が大きくは変化せず、表示素子全体として観察者の視角に対する影響をほとんどなくすことが出来る。
【００４２】
液晶層１０８（図５Ａ−１におけるドットマトリクス部に相当）と等方性液体層１０９（図５Ａ−１におけるクロスハッチで示されたセグメント表示部に相当）とはシール材１０７ｓで隔離される。シール材１０７ｓの幅は例えば１．５ｍｍであり、セグメント表示領域とドットマトリクス表示領域の最外形の中間に配置することが好ましい。
【００４３】
第１の液晶セル１０３と第２の液晶セル１０４との間に配置された中間偏光板１０５は、１８０°捩れポラテクノ社製Ｔｗｉｓｔａｒフィルムを具備し、吸収軸は４５°である。そのリタデーションは９５０ｎｍである。中間偏光板１０５の配置領域は、第１の液晶セルにおけるドットマトリクス表示領域のみとする。
【００４４】
第２の液晶セル１０４の基本的構造は、図３Ａに示したＮＷＴＮ素子の偏光板を外した構造と同様である。すなわち、ガラス基板１１１ａ、１１１ｂが液晶層１１３を挟持する構造である。液晶層１１３のガラス基板１１１ａ、１１１ｂと接する面において、電極パターン１１４ａ、１１４ｂが形成される。さらに液晶層１１３側に向けて、電極パターン１１４ａ、１１４ｂを覆うように絶縁膜が形成され、さらに水平配向膜が形成される。配向膜はラビング処理が施され、液晶層１１３が９０°捩れとなっている。液晶層１１３、電極パターン１１４ａ、１１４ｂ、絶縁膜、水平配向膜を併せて中間層１１２と呼んでも良い。
【００４５】
最下部の偏光板１０２として、ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを用いる。セグメント表示領域においては吸収軸を１３５°とし、ドットマトリクス表示領域においては吸収軸を４５°とすると共に、互いに吸収軸が異なる領域同士は間隔を設ける（例えば略１ｍｍ程度）。これにより、液晶表示素子１は全体としてノーマリブラックモードとなる。
【００４６】
上記の構造において、第１の液晶セル１０３は白黒表示を行うシャッタとしての機能を、第２の液晶セル１０４はＦＳ液晶表示素子としての機能を割り当てられる。これにより、図５Ａに示すようなドットマトリクスを含んだ表示容量の大きな液晶表示素子であっても、ＦＳ駆動を用いたカラー表示が可能となる。
【００４７】
さらに、本実施例では、第１の液晶セル１０３におけるセグメント表示領域に等方性液体層を設けたことで、明表示時の透過率を略３３％と、ドットマトリクス表示部の明表示時の透過率１８．８％に比べ大きくすることが出来る。これにより、セグメント表示部とドットマトリクス表示部とに同等の輝度のバックライトを用いた場合、表示素子としてはセグメント表示部が明るく観察される。従って、表示素子として均質な輝度を求める場合、ドットマトリクスの輝度に合わせてセグメント表示部のバックライト数（もしくは出力でも良い）を５７％程度に減らすことが出来る。
【００４８】
図５Ｃに、バックライトの配置平面図を示す。図示のように、バックライトＬＳ（ここでは図２Ｂに示したような構造である。マルチカラーＬＥＤからの光を散乱板で散乱させて液晶表示素子に照射する。マルチカラーＬＥＤは任意の色を発光可能）のセグメント表示領域における配置密度を、ドットマトリクス表示領域の配置密度より小さくして配置する。これにより、コストダウンが期待できる。
【００４９】
（実施例２）
図６は、実施例２による液晶表示素子１の概略断面図である。実施例２では、液晶セル２０３、２０４として、図４に示したＶＡモード液晶表示素子を用いた構成例を説明する。実施例２は、実施例１の効果に加えて、広視角範囲における外観表示品質の保持を可能とする構成である。
【００５０】
図６に示す実施例２は、高速応答する第２の液晶セル２０４を上側に、通常速度で応答する第１の液晶セル２０３を下側に配置しており、両方ともＶＡモードである。図６における符号は、図５Ａにおいて、第１の液晶セルと第２の液晶セルを上下入れ替え、百の位を１から２に変更したものに対応する。
【００５１】
ＶＡモード液晶セルのセル条件を説明すると、液晶層厚が４μｍ、リタデーションが略６００ｎｍである。
【００５２】
上側偏光板２０１と上側ガラス基板２１１ａとの間に、上側偏光板と軸方向の同じ視角補償板を配置する。視角補償板は、厚さ方向リタデーションが略２２０ｎｍで、負の２軸異方性を有する光学フィルムである。
【００５３】
中間偏光板２０５として、ドットマトリクス表示領域に、吸収軸４５°の偏光板とそれに負の２軸異方性の視角補償板を貼り合わせたものを配置する。但し、液晶表示素子を斜めから見たときの光漏れを防ぐために、セグメント表示領域に略１ｍｍ重なるようにする。
【００５４】
下側の第１の液晶セル２０３の下に、偏光板を貼り合わせる。その吸収軸の角度は、セグメント表示領域において４５°、ドットマトリクス表示領域において１３５°である。なお、セグメント表示領域とドットマトリクス表示領域との間に１ｍｍ程度の間隔を設ける。
【００５５】
実施例２による液晶表示装置においては、通常応答液晶セル２０３のドットマトリクス表示領域が白黒シャッタとしての機能を果たし、高速応答液晶セル２０４がＦＳ駆動の液晶表示素子としての機能を果たす。
【００５６】
なお、高速応答液晶セル２０４と通常応答液晶セル２０３の位置を入れ替えても良い。その場合、必要に応じて偏光板の軸方向や視角補償板の貼り方を調整する。
（実施例３）
図７Ａは、実施例３による液晶表示素子１の概略断面図である。実施例３は、セグメント表示領域、ドットマトリクス表示領域共に等方性液体層を設けた構造である。
【００５７】
図示のように、通常速度応答の第１の液晶セル３０３を上側に配置し、高速応答の第２の液晶セル３０４を下側に配置する。ここでは２つのセル共にＶＡモードの液晶表示素子を採用する。
【００５８】
図７Ａにおける符号は、図５Ａにおいて、百の位を１から３に変更したものに対応する。図５Ａとのその他の違いは、中間偏光板が無いことと、第２の液晶セルに等方性液体層３１５が設けられていることである。
【００５９】
上下に設けられた偏光板の吸収軸方向は上側１３５°、下側４５°である。但し、セグメント表示領域とドットマトリクス表示領域とで視角補償条件が異なるため、偏光板は互いの表示領域間で１ｍｍ程度の隙間が存在する。
【００６０】
図７Ａに示した構造では、上述したように、偏光板に隙間が存在し、その隙間から光抜けが生じる。この光抜けを避けたい場合には、他の構造を考える必要がある。
【００６１】
図７Ｂに、実施例３の変型例を示す。図示のように、この変型例においては、ドットマトリクス表示領域を覆う中間偏光板３２５を上下液晶セルの間に形成する。中間偏光板３２５は、セグメント表示領域に１ｍｍ程度重なるようにする。その他の構造は、図７Ａと同様である。
【００６２】
実施例３およびその変型例によれば、どの表示領域においても第１、第２の液晶セルのどちらかに等方性液体層が存在するため、液晶表示装置として表示が明るくなる。従来品と同等の明るさを得るだけで良い場合には、マルチカラーＬＥＤの数を減らすことが出来、コストダウンに繋がる。
（実施例４）
図８は、実施例４による液晶表示素子の概略断面図である。第１、第２の液晶セルに用いる液晶表示素子は実施例３と同様である。但し、実施例３と異なり、第１の液晶セル側にセグメント表示領域に対応する電極パターン４１０ａ、４１０ｂを設け、第２の液晶セルにドットマトリクス表示領域に対応する電極パターン４１４ａ、４１４ｂを設けた。また、中間偏光板４０５は、セグメント表示領域に設け、下部偏光板４０２をドットマトリクス表示領域に設けた。なお、中間偏光板４０５をドットマトリクス表示領域に１ｍｍ程度オーバーラップさせるか、下部偏光板４０２をセグメント表示領域に１ｍｍ程度オーバーラップさせる。
【００６３】
表示例として、ドットマトリクス表示領域を白色表示にし、セグメント表示領域を複数色表示させる例を挙げる。
【００６４】
セグメント表示領域では、バックライトをカラーブレークレス駆動させることによりカラー表示を行う。ドットマトリクス表示領域においては、バックライトを白色で常時点灯させる。
【００６５】
バックライトをカラーブレークレス駆動させるセグメント表示領域と、バックライトを常時白色点灯させるドットマトリクス表示領域では、ＬＥＤ一個あたりの輝度にして５倍程度（ドットマトリクス表示領域の方が明るい）の差が出る。従って、全体的に均質な表示をさせたい場合、ドットマトリクス表示領域のＬＥＤを大幅に減らすことが出来る。
【００６６】
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、等方性液体層は、少なくともどちらか一方の液晶セルに設けるだけでも、液晶表示素子の透過率を向上させることが出来る。
【００６７】
サブフレームを等時間に分割せず、不等時間に分割しても良い。また１フレームの時間も１フレームごとに変化させて良い。
【００６８】
バックライトＬＳは、必ずしも表示領域毎に分割しなくても良い。例えば、実施例１において、ドットマトリクス表示領域を白色表示、セグメント表示領域を複数色表示させたい場合、表示領域毎に分割せずとも、通常のＦＳ駆動、カラーブレークレス駆動どちらを用いても表示は可能である。但し、マルチカラーＬＥＤの輝度ムラを軽減するためにバックライト出射面には散乱板を配置すると良い。
【００６９】
図９は、２層ＴＮ液晶表示素子の概略斜視図である。高速応答液晶セルとして、２層構造のＴＮ液晶表示素子を用いても良い。
【００７０】
図示のように、２層ＴＮ液晶表示素子は、クロスニコル配置の偏光板９１、９２間に２つの液晶セル８１、８２が積層された構造において、下側のセル８２を「駆動セル」、上側のセル８１を「補償セル」として動作させる。
【００７１】
「駆動セル」８２の構造は、図１で示したＮＷＴＮモード液晶表示素子の液晶セルと同様である。駆動セルには、外部から駆動電圧を印加して表示部の明暗表示を行う。
【００７２】
一方、「補償セル」８１においては、２枚のガラス基板間の液晶層が右捩れ９０°になるようにラビング処理を施す。また、液晶層中に右ねじれを誘起するようなカイラル剤を添加する。液晶層中央分子の配向方位は３時の方向である。また、ガラス基板に表示パターン電極は形成しない。この補償セルにより、正面観察時にはリタデーションがほぼ０となり、ノーマリブラックモードとなる。その他の条件は駆動セル８２と同様である。なお、補償セル８１は、同様な光学特性を有する光学フィルム、例えばポラテクノ製Ｔｗｉｓｔａｒフィルム等で代替可能である。
【００７３】
なお、偏光板の軸方向を表示モードに合わせて変えることは自明であろう。
【００７４】
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】
【００７５】
【図１】図１は、液晶表示装置の概略的構成を示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、バックライトの構造例１であり、図２Ｂは、バックライトの構造例２である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、ノーマリホワイト（ＮＷ）ツイストネマチック（ＴＮ）モード液晶表示素子を説明する図である。
【図４】図４は、垂直配向（ＶＡ）モード液晶表示素子の概略斜視図である。
【図５】図５Ａは、液晶表示素子の電極パターンであり、図５Ｂは、実施例１による液晶表示素子１の概略断面図であり、図５Ｃは、バックライトの配置平面図である。
【図６】図６は、実施例２による液晶表示素子１の概略断面図である。
【図７】図７Ａは、実施例３による液晶表示素子１の概略断面図であり、図７Ｂは、実施例３の変型例による液晶表示素子１の概略断面図である。
【図８】図８は、実施例４による液晶表示素子の概略断面図である。
【図９】図９は、２層ＴＮ液晶表示素子の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 液晶表示素子
２ バックライト
３ 駆動装置
４ 境界
５ 反射板
６ 側壁
７ 隔壁
８ 散乱板
１１、５１、８１、８２、１０３、１０４、２０３、２０４、３０３、３０４、３２３、３２４、４０３、４０４ 液晶セル
１２、１３、５２、５３、１０６ａ、１０６ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、２１１ａ、２１１ｂ、３０６ａ、３０６ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３２６ａ、３２６ｂ、３３１ａ、３３１ｂ、４０６ａ、４０６ｂ、４１１ａ、４１１ｂ 基板
２１、２２、６１、６２、９１、９２、１０１、１０２、１０５、２０１、２０３、２０５、３０１、３０２、３２１、３２２、３２５、４０１、４０２、４０５ 偏光板
７１、７２ 視角補償板
１０７、１１２、２０７、２１２、３０７、３１２、３２７、３３２、４０７、４１２ 中間層
１０７ｓ、１１２ｓ、２０７ｓ、２１２ｓ、３０７ｓ、３１２ｓ、３２７ｓ、３３２ｓ、４０７ｓ、４１２ｓ シール材
１０８、１１３、２０８、２１３、３０８、３１３、３２８、３３３、４０８、４１３ 液晶層
１０９、２０９、３０９、３１５、３２９、３３５、４０９、４１５ 等方性液体層
１１０ａ、１１０ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１４ａ、２１４ｂ、３１０ａ、３１０ｂ、３１４ａ、３１４ｂ、３３０ａ、３３０ｂ、３３４ａ、３３４ｂ、４１０ａ、４１０ｂ、４１４ａ、４１４ｂ 電極
ＬＳ、ＬＳＡ、ＬＳＢ 光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用情報表示装置やカーオーディオの表示部等に用いられるセグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示が可能な液晶表示装置において、表示部をカラー表示させるために、カラーフィルタやブラックマスクを用いる方法がある。
【０００３】
一方、カラーフィルタを用いず、例えば赤緑青（ＲＧＢ）発光可能なマルチカラー発光ダイオード（ＬＥＤ）光源などにより構成されたマルチカラーバックライトを液晶セルと同期動作させカラー表示を行ういわゆるフィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動によるカラー液晶表示装置がある。
【０００４】
ＦＳ駆動による表示では、例えば、１つの画像を表示する１フレーム内にバックライトがＲＧＢそれぞれに点灯する３つのサブフレームを要する。液晶表示装置に印加される駆動波形は例えば矩形波である。駆動周波数は１つのサブフレーム内で１周期以上になるように設定し、上記入力信号に対して液晶表示装置が明暗表示できるようにＯｎ、Ｏｆｆ時の振幅（駆動電圧）が調整される。
【０００５】
一般的な液晶表示装置は、印加電圧の変化に対する液晶の応答がバックライトの応答に比べて遅い。ノーマリブラックの液晶表示装置を例に挙げると、駆動電圧をしきい値以上の電圧から０Ｖに変化させても、応答時間が遅いためすぐに透過率が下降しない。透過率が十分に下降しない状態においてサブフレーム内で指定された色のバックライトを点灯すると、遮光すべき光が漏れるため色純度が低下する恐れがある。そのため、液晶表示装置がある程度応答するまでバックライトを点灯させないブランク時間を必要とする。
【０００６】
サブフレーム動作を人間の目に認識されない速度、例えば約１６．７ｍｓ／フレーム、約５．５７ｍｓ／サブフレーム、約３ｍｓ／ブランク時間で駆動させれば、人間の目から見てちらつきの無いカラー表示を実現可能である。
【０００７】
液晶表示素子をスタティック駆動（ＴＦＴによるアクティブマトリックス駆動も含む）により動作させる場合、概ね１サブフレーム内において電気光学応答を完了させることは可能であるが、マルチプレックス駆動で動作させる場合、その応答特性は走査線本数、すなわちＤｕｔｙ比により大きく変化することが知られている。
【０００８】
発明者の検討においては、スタティック駆動にて立ち上がりもしくは立下りで遅い方の応答速度が略２．５ｍｓ程度である液晶セルを１／４Ｄｕｔｙ、１／３Ｂｉａｓマルチプレックス駆動させた場合、最適な電圧を印加しても立ち上がりもしくは立下りで遅い方の応答速度が略５ｍｓになってしまう。さらに走査線本数を増加した（具体的には１／９Ｄｕｔｙ、１／４Ｂｉａｓ超）駆動条件においては、各サブフレームにおいて前サブフレームの色が混ざって色純度が低下したり、液晶表示装置の表示輝度が低下したりといった現象が生じる懸念がある。
【０００９】
発明者らは、特開２００５−３０１０２６号公報にて、１／９Ｄｕｔｙ、１／４Ｂｉａｓ超の駆動条件下で、特にセグメント表示もしくはセグメント表示＋ドットマトリックス表示のＦＳ駆動液晶表示装置において、スタティック駆動する高速応答の液晶セルと、マルチプレックス駆動する通常速度応答の液晶セルとを組み合わせて２層構造の液晶表示素子とし、それを同期駆動させて表示品位を向上させる発明を提案した。
【００１０】
【特許文献１】特許３８９４３２３号公報
【特許文献２】特開２００５−３０１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
セグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示部を有する液晶表示装置において、さらなる表示品位の向上が求められている。
【００１２】
本発明の目的は、セグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示部を有する液晶表示装置であって、マルチカラー表示を行いつつ表示輝度、色純度を向上させたＦＳ駆動の液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、対向する一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備えた第１の表示領域を有する第１の液晶セルと、対向する一対の基板と、該基板間挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備え、前記第１の表示領域とは異なる第２の表示領域を有し、前記第１の液晶セルに比べ液晶の応答速度が速い第２の液晶セルと、前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルが重なりあった構造体の下方に配置されたマルチカラー表示可能なバックライトとを有する液晶表示装置であって、少なくとも前記第１の液晶セル、前記第２の液晶セルのいずれか一方において、前記一対の基板に挟持され、他方の液晶セルの表示領域と重なる位置に、前記基板と同等の屈折率を持つ等方性液体層を有する液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
セグメント表示またはセグメント表示＋ドットマトリクス表示部を有する液晶表示装置の表示輝度、色純度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照して、本発明の実施例による液晶表示装置に共通な構成について説明する。図１は、液晶表示装置の概略的構成を示すブロック図である。実施例の液晶表示装置は、液晶表示素子１と、バックライト２と、駆動装置３とを含んで構成される。
【００１６】
液晶表示素子１は、パターン電極によって画定される、少なくとも２つの表示領域を含む。表示領域の各々に対応してバックライト２の領域が（例えば領域Ａと領域Ｂに）分割されている。
【００１７】
バックライト２は、液晶表示素子１の背面に備えられ、表示領域毎に設けられた光源ＬＳと、光源ＬＳから放出された光が、対応する表示領域のみに入射するように、配光を制御する配光構造とを含む。各光源ＬＳは、単色もしくは複数の色（例えばＲＧＢ）を発光可能なＬＥＤを含んで構成され、それぞれ独立のタイミングで点灯可能である。
【００１８】
図２Ａに、バックライト構造例１を示す。これは、サイドライト式バックライトの構造例である。図１と同様に、ここでは表示領域が領域Ａと領域Ｂに分かれている場合について説明する。図示のように、導光板からなる側壁６の、表示領域ＡとＢとの境界４に、例えば金属からなる反射板５が挿入されており、側壁６が、表示領域Ａ側の部分１Ａと表示領域Ｂ側の部分１Ｂとに分割されている。
【００１９】
側壁６で囲まれた表示領域Ａ側の部分１Ａの端部に光源ＬＳＡが設置され、表示領域Ｂ側の部分１Ｂの端部に光源ＬＳＢが設置されている。反射板５が設けられていることにより、光源ＬＳＡ、ＬＳＢから放出された光は、相互に混ざることなく、各々、表示領域Ａのみ、表示領域Ｂのみを照明する。
【００２０】
図２Ｂに、バックライト構造例２を示す。図２Ｂに示すバックライトは、いわゆる直下型バックライト構造である。光を拡散反射させる側壁６を持つ箱状の構造体が、光を拡散反射させる隔壁７で、表示領域Ａ側の部分６Ａと、表示領域Ｂ側の部分６Ｂとに仕切られている。隔壁７は、表示領域ＡとＢの境界４に設けられている。
【００２１】
表示領域Ａ側の部分６Ａの底部に光源ＬＳＡが設置され、表示領域Ｂ側の部分６Ｂの底部に光源ＬＳＢが設置されている。光源ＬＳＡ、ＬＳＢから放出された光は、隔壁７により、相互に混ざることなく、散乱板８を介して、それぞれ、表示領域Ａのみ、表示領域Ｂのみを照明する。
【００２２】
なお、ある領域から他領域にバックライト光が漏れないためには、相互に隣接する表示領域に含まれる表示パターン間の最短距離（表示画素間の最短距離）を１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２３】
駆動装置３が、液晶表示素子１と各マルチカラー光源ＬＳを所望のタイミングで同期駆動させる。光源の駆動は、通常のＦＳ駆動もしくはカラーブレークレスＦＳ駆動を液晶表示装置の用途に応じて行う。カラーブレークレスＦＳ駆動では、各セグメント表示部を１フレーム当たり１つのサブフレームでしか明表示としないが、１つのサブフレームで原色表示もしくは複数の光源を同時点灯して混色表示を行うことにより、所望のカラー表示を行う。
【００２４】
次に、高速応答する液晶表示素子の例を説明する。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｃを参照して、ノーマリホワイト（ＮＷ）ツイストネマチック（ＴＮ）モード液晶表示素子について説明する。図３Ａは、ＮＷＴＮモード液晶表示素子の概略斜視図である。図示の液晶表示素子は、液晶セル１１が、クロスニコル配置の偏光板２１、２２に挟まれ、上下のガラス基板１２、１３と、それらの間に形成された液晶層１４とを含んで構成される。偏光板２１、２２としてポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを用いている。
【００２６】
図３Ｂに示すように、液晶セルのガラス基板１２、１３それぞれの、液晶層側内面に、表示パターン形状の透明電極３１が配置され、さらにその内面に、水平配向膜３２が形成されている。上下ガラス基板１２、１３の間で液晶層１４が左捩れ９０°になるようにそれぞれの基板にラビング処理が施されている。液晶層１４は、左捩れのカイラル材が添加されたΔε＞０の液晶材料が満たされている。液晶層１４の厚さ（セル厚）は約２μｍに設定されている。また、液晶セル厚ｄと液晶材料の捩れピッチｐのｄ／ｐは約０．３５に設定されている。液晶材料の複屈折率Δｎとセル厚ｄの積であるリタデーションΔｎｄは約４４６ｎｍに設定されている。
【００２７】
なお、偏光板の透過軸方向は上側が図中の４時半であり、下側が７時半の方向である。基板のラビング方向は各々の側の偏光板の軸方向と平行である。液晶層中央分子配向方位は液晶表示素子を法線方向から観察したときに面内において６時の方位になるようにラビング方向を調整されている。
【００２８】
ＬＣＤの視角特性を改善するために、表示パターン部以外の領域（片側の基板だけでも良いし、両側の基板でも良い）にブラックマスクを設けても良い。ブラックマスクは、金属薄膜（クロムやモリブデンの薄膜を用いる。但し、表示パターン部とは電気的に絶縁している）、または黒色樹脂（顔料またはカーボンをアクリル等の樹脂中に分散したもの）で形成する。ブラックマスクは、カラーブレークレスＦＳ駆動を行う場合において採用することが好ましい。
【００２９】
図３Ｃに示すように、絶縁膜４１、ブラックマスク４２は、例えば、液晶セル１１のガラス基板１２（１３）と透明電極３１との間に形成される。必要に応じて、透明電極３１と配向膜３２との間に形成しても良い。
【００３０】
図４に、垂直配向（ＶＡ）モード液晶表示素子の概略斜視図を示す。ＶＡモード液晶表示素子の液晶セル５１では、上下ガラス基板５２、５３それぞれの液晶層側内面に、所望のパターンを形成した透明電極が配置され、さらにその内面に、垂直配向膜が形成されている。垂直配向膜は、アンチパラレル配向になるようにラビング処理が施されている。液晶層にはΔε＜０の液晶材料が満たされており、その層厚は略２μｍ、リタデーションΔｎｄは略３００ｎｍに設定されている。液晶層中央分子の配向方位は１２時方位に設定されている。
【００３１】
液晶セル５１外の上下にはクロスニコルの偏光板６１、６２を配置し、上側偏光板６１の吸収軸を１２時方位から反時計回りに４５°回転させた位置に設定している。液晶セル５１と上下偏光板６１、６２間には視角補償板７１、７２として、負の二軸光学異方性を有する光学フィルムを貼り合せている。試作した液晶表示素子においては、住友化学製のヨウ素系偏光板および負の二軸光学異方性フィルムを用いた。光学フィルム７１、７２の面内遅相軸（矢印）は偏光板吸収軸に略平行に配置し、面内位相差は略４５ｎｍ、フィルム厚さ方向の位相差は略１２０ｎｍとしている。なお、視角補償板は液晶セル５１の上面又は下面のいずれか一方のみに配置されていても良い。光学フィルムパラメータの適切な値について説明すると、フィルムの厚さ方向位相差（２枚以上使用時にはその合計）は液晶セルのΔｎｄに対して略０．５倍〜略１．０倍、面内位相差は略３０ｎｍ〜略６５ｎｍに設定することが好ましい。
（実施例１）
発明者らは、通常応答速度の第１の液晶セルと、比較的高速応答する第２の液晶セルが積層された液晶表示素子であって、少なくとも一部の表示領域において、一方のセルに液晶層を形成し、他方のセルに等方性液体層を形成した液晶表示素子を有する液晶表示装置を発案した。
【００３２】
図５Ａに、液晶表示素子の電極パターンを示す。図５Ａは、上段５Ａ−１が第１の液晶セル、下段５Ａ−２が第２の液晶セルを示す。
【００３３】
第１の液晶セルは、ドットマトリクス表示領域およびクロスハッチで示された等方性液体層を有する。ドットマトリクス表示領域はマルチプレックス駆動を行うため、比較的応答速度が遅くなる。
【００３４】
第２の液晶セルは、有効表示面内全般に液晶層を有し、液晶層は、セグメント電極および「ＴＥＭＰ」で示された温度表示領域（まとめてセグメント表示領域と呼ぶこととする）およびドットマトリクス表示領域の最外形から全方位に２ｍｍ大きくしたベタ電極部からなる。第２の液晶セルは、ＦＳ駆動に対応した比較的応答速度の速い駆動（スタティック駆動など）を行う。
【００３５】
等方性液体層は、第２の液晶セルにおける温度表示部の表示領域を面内で包括する。その配置範囲は、視差の観点から、温度表示部の最外形から全方位に少なくとも１ｍｍ以上大きく取ることが望ましい。
【００３６】
図５Ｂに、実施例１による液晶表示素子１の概略断面図を示す。図では、上側が液晶表示素子の前側でかつ観察者側とする。
【００３７】
図示の液晶表示素子１は、大きく分けて、上から順に偏光板１０１、第１の液晶セル１０３、中間偏光板１０５、第２の液晶セル１０４、偏光板１０２に分類される。
【００３８】
最上部の偏光板１０１として、ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを用い、その吸収軸を略１３５°（観察者側から見て３時方向を０°とした場合に対する角度）に設定する。
【００３９】
第１の液晶セル１０３は、上下ガラス基板１０６ａ、１０６ｂが、中間層１０７（液晶層１０８、等方性液体層１０９）を挟持する構造である。
【００４０】
液晶層１０８と上下ガラス基板１０６ａ、１０６ｂとの間には、それぞれ電極パターン１１０ａ、１１０ｂが形成される。また、電極パターン１１０ａ、１１０ｂを覆うように、液晶層１０８側に向けて、絶縁膜が形成され、さらに水平配向膜が形成される。液晶層１０８はここでは１８０°スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）層である。そのリタデーションは９５０ｎｍである。
【００４１】
等方性液体層１０９を形成する等方性液体として、屈折率がガラスの屈折率と同等（１．５±０．１）のものを用いる。実施例１ではエクソン化学製アイソパーＬを用いる。等方性液体層１０９は、液晶層に比べ多くの光を透過することが期待される。なお、等方性液体層１０９を通過する光は、隣接するガラス基板との境界においても光路が大きくは変化せず、表示素子全体として観察者の視角に対する影響をほとんどなくすことが出来る。
【００４２】
液晶層１０８（図５Ａ−１におけるドットマトリクス部に相当）と等方性液体層１０９（図５Ａ−１におけるクロスハッチで示されたセグメント表示部に相当）とはシール材１０７ｓで隔離される。シール材１０７ｓの幅は例えば１．５ｍｍであり、セグメント表示領域とドットマトリクス表示領域の最外形の中間に配置することが好ましい。
【００４３】
第１の液晶セル１０３と第２の液晶セル１０４との間に配置された中間偏光板１０５は、１８０°捩れポラテクノ社製Ｔｗｉｓｔａｒフィルムを具備し、吸収軸は４５°である。そのリタデーションは９５０ｎｍである。中間偏光板１０５の配置領域は、第１の液晶セルにおけるドットマトリクス表示領域のみとする。
【００４４】
第２の液晶セル１０４の基本的構造は、図３Ａに示したＮＷＴＮ素子の偏光板を外した構造と同様である。すなわち、ガラス基板１１１ａ、１１１ｂが液晶層１１３を挟持する構造である。液晶層１１３のガラス基板１１１ａ、１１１ｂと接する面において、電極パターン１１４ａ、１１４ｂが形成される。さらに液晶層１１３側に向けて、電極パターン１１４ａ、１１４ｂを覆うように絶縁膜が形成され、さらに水平配向膜が形成される。配向膜はラビング処理が施され、液晶層１１３が９０°捩れとなっている。液晶層１１３、電極パターン１１４ａ、１１４ｂ、絶縁膜、水平配向膜を併せて中間層１１２と呼んでも良い。
【００４５】
最下部の偏光板１０２として、ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを用いる。セグメント表示領域においては吸収軸を１３５°とし、ドットマトリクス表示領域においては吸収軸を４５°とすると共に、互いに吸収軸が異なる領域同士は間隔を設ける（例えば略１ｍｍ程度）。これにより、液晶表示素子１は全体としてノーマリブラックモードとなる。
【００４６】
上記の構造において、第１の液晶セル１０３は白黒表示を行うシャッタとしての機能を、第２の液晶セル１０４はＦＳ液晶表示素子としての機能を割り当てられる。これにより、図５Ａに示すようなドットマトリクスを含んだ表示容量の大きな液晶表示素子であっても、ＦＳ駆動を用いたカラー表示が可能となる。
【００４７】
さらに、本実施例では、第１の液晶セル１０３におけるセグメント表示領域に等方性液体層を設けたことで、明表示時の透過率を略３３％と、ドットマトリクス表示部の明表示時の透過率１８．８％に比べ大きくすることが出来る。これにより、セグメント表示部とドットマトリクス表示部とに同等の輝度のバックライトを用いた場合、表示素子としてはセグメント表示部が明るく観察される。従って、表示素子として均質な輝度を求める場合、ドットマトリクスの輝度に合わせてセグメント表示部のバックライト数（もしくは出力でも良い）を５７％程度に減らすことが出来る。
【００４８】
図５Ｃに、バックライトの配置平面図を示す。図示のように、バックライトＬＳ（ここでは図２Ｂに示したような構造である。マルチカラーＬＥＤからの光を散乱板で散乱させて液晶表示素子に照射する。マルチカラーＬＥＤは任意の色を発光可能）のセグメント表示領域における配置密度を、ドットマトリクス表示領域の配置密度より小さくして配置する。これにより、コストダウンが期待できる。
【００４９】
（実施例２）
図６は、実施例２による液晶表示素子１の概略断面図である。実施例２では、液晶セル２０３、２０４として、図４に示したＶＡモード液晶表示素子を用いた構成例を説明する。実施例２は、実施例１の効果に加えて、広視角範囲における外観表示品質の保持を可能とする構成である。
【００５０】
図６に示す実施例２は、高速応答する第２の液晶セル２０４を上側に、通常速度で応答する第１の液晶セル２０３を下側に配置しており、両方ともＶＡモードである。図６における符号は、図５Ａにおいて、第１の液晶セルと第２の液晶セルを上下入れ替え、百の位を１から２に変更したものに対応する。
【００５１】
ＶＡモード液晶セルのセル条件を説明すると、液晶層厚が４μｍ、リタデーションが略６００ｎｍである。
【００５２】
上側偏光板２０１と上側ガラス基板２１１ａとの間に、上側偏光板と軸方向の同じ視角補償板を配置する。視角補償板は、厚さ方向リタデーションが略２２０ｎｍで、負の２軸異方性を有する光学フィルムである。
【００５３】
中間偏光板２０５として、ドットマトリクス表示領域に、吸収軸４５°の偏光板とそれに負の２軸異方性の視角補償板を貼り合わせたものを配置する。但し、液晶表示素子を斜めから見たときの光漏れを防ぐために、セグメント表示領域に略１ｍｍ重なるようにする。
【００５４】
下側の第１の液晶セル２０３の下に、偏光板を貼り合わせる。その吸収軸の角度は、セグメント表示領域において４５°、ドットマトリクス表示領域において１３５°である。なお、セグメント表示領域とドットマトリクス表示領域との間に１ｍｍ程度の間隔を設ける。
【００５５】
実施例２による液晶表示装置においては、通常応答液晶セル２０３のドットマトリクス表示領域が白黒シャッタとしての機能を果たし、高速応答液晶セル２０４がＦＳ駆動の液晶表示素子としての機能を果たす。
【００５６】
なお、高速応答液晶セル２０４と通常応答液晶セル２０３の位置を入れ替えても良い。その場合、必要に応じて偏光板の軸方向や視角補償板の貼り方を調整する。
（実施例３）
図７Ａは、実施例３による液晶表示素子１の概略断面図である。実施例３は、セグメント表示領域、ドットマトリクス表示領域共に等方性液体層を設けた構造である。
【００５７】
図示のように、通常速度応答の第１の液晶セル３０３を上側に配置し、高速応答の第２の液晶セル３０４を下側に配置する。ここでは２つのセル共にＶＡモードの液晶表示素子を採用する。
【００５８】
図７Ａにおける符号は、図５Ａにおいて、百の位を１から３に変更したものに対応する。図５Ａとのその他の違いは、中間偏光板が無いことと、第２の液晶セルに等方性液体層３１５が設けられていることである。
【００５９】
上下に設けられた偏光板の吸収軸方向は上側１３５°、下側４５°である。但し、セグメント表示領域とドットマトリクス表示領域とで視角補償条件が異なるため、偏光板は互いの表示領域間で１ｍｍ程度の隙間が存在する。
【００６０】
図７Ａに示した構造では、上述したように、偏光板に隙間が存在し、その隙間から光抜けが生じる。この光抜けを避けたい場合には、他の構造を考える必要がある。
【００６１】
図７Ｂに、実施例３の変型例を示す。図示のように、この変型例においては、ドットマトリクス表示領域を覆う中間偏光板３２５を上下液晶セルの間に形成する。中間偏光板３２５は、セグメント表示領域に１ｍｍ程度重なるようにする。その他の構造は、図７Ａと同様である。
【００６２】
実施例３およびその変型例によれば、どの表示領域においても第１、第２の液晶セルのどちらかに等方性液体層が存在するため、液晶表示装置として表示が明るくなる。従来品と同等の明るさを得るだけで良い場合には、マルチカラーＬＥＤの数を減らすことが出来、コストダウンに繋がる。
（実施例４）
図８は、実施例４による液晶表示素子の概略断面図である。第１、第２の液晶セルに用いる液晶表示素子は実施例３と同様である。但し、実施例３と異なり、第１の液晶セル側にセグメント表示領域に対応する電極パターン４１０ａ、４１０ｂを設け、第２の液晶セルにドットマトリクス表示領域に対応する電極パターン４１４ａ、４１４ｂを設けた。また、中間偏光板４０５は、セグメント表示領域に設け、下部偏光板４０２をドットマトリクス表示領域に設けた。なお、中間偏光板４０５をドットマトリクス表示領域に１ｍｍ程度オーバーラップさせるか、下部偏光板４０２をセグメント表示領域に１ｍｍ程度オーバーラップさせる。
【００６３】
表示例として、ドットマトリクス表示領域を白色表示にし、セグメント表示領域を複数色表示させる例を挙げる。
【００６４】
セグメント表示領域では、バックライトをカラーブレークレス駆動させることによりカラー表示を行う。ドットマトリクス表示領域においては、バックライトを白色で常時点灯させる。
【００６５】
バックライトをカラーブレークレス駆動させるセグメント表示領域と、バックライトを常時白色点灯させるドットマトリクス表示領域では、ＬＥＤ一個あたりの輝度にして５倍程度（ドットマトリクス表示領域の方が明るい）の差が出る。従って、全体的に均質な表示をさせたい場合、ドットマトリクス表示領域のＬＥＤを大幅に減らすことが出来る。
【００６６】
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、等方性液体層は、少なくともどちらか一方の液晶セルに設けるだけでも、液晶表示素子の透過率を向上させることが出来る。
【００６７】
サブフレームを等時間に分割せず、不等時間に分割しても良い。また１フレームの時間も１フレームごとに変化させて良い。
【００６８】
バックライトＬＳは、必ずしも表示領域毎に分割しなくても良い。例えば、実施例１において、ドットマトリクス表示領域を白色表示、セグメント表示領域を複数色表示させたい場合、表示領域毎に分割せずとも、通常のＦＳ駆動、カラーブレークレス駆動どちらを用いても表示は可能である。但し、マルチカラーＬＥＤの輝度ムラを軽減するためにバックライト出射面には散乱板を配置すると良い。
【００６９】
図９は、２層ＴＮ液晶表示素子の概略斜視図である。高速応答液晶セルとして、２層構造のＴＮ液晶表示素子を用いても良い。
【００７０】
図示のように、２層ＴＮ液晶表示素子は、クロスニコル配置の偏光板９１、９２間に２つの液晶セル８１、８２が積層された構造において、下側のセル８２を「駆動セル」、上側のセル８１を「補償セル」として動作させる。
【００７１】
「駆動セル」８２の構造は、図１で示したＮＷＴＮモード液晶表示素子の液晶セルと同様である。駆動セルには、外部から駆動電圧を印加して表示部の明暗表示を行う。
【００７２】
一方、「補償セル」８１においては、２枚のガラス基板間の液晶層が右捩れ９０°になるようにラビング処理を施す。また、液晶層中に右ねじれを誘起するようなカイラル剤を添加する。液晶層中央分子の配向方位は３時の方向である。また、ガラス基板に表示パターン電極は形成しない。この補償セルにより、正面観察時にはリタデーションがほぼ０となり、ノーマリブラックモードとなる。その他の条件は駆動セル８２と同様である。なお、補償セル８１は、同様な光学特性を有する光学フィルム、例えばポラテクノ製Ｔｗｉｓｔａｒフィルム等で代替可能である。
【００７３】
なお、偏光板の軸方向を表示モードに合わせて変えることは自明であろう。
【００７４】
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】
【００７５】
【図１】図１は、液晶表示装置の概略的構成を示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、バックライトの構造例１であり、図２Ｂは、バックライトの構造例２である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、ノーマリホワイト（ＮＷ）ツイストネマチック（ＴＮ）モード液晶表示素子を説明する図である。
【図４】図４は、垂直配向（ＶＡ）モード液晶表示素子の概略斜視図である。
【図５】図５Ａは、液晶表示素子の電極パターンであり、図５Ｂは、実施例１による液晶表示素子１の概略断面図であり、図５Ｃは、バックライトの配置平面図である。
【図６】図６は、実施例２による液晶表示素子１の概略断面図である。
【図７】図７Ａは、実施例３による液晶表示素子１の概略断面図であり、図７Ｂは、実施例３の変型例による液晶表示素子１の概略断面図である。
【図８】図８は、実施例４による液晶表示素子の概略断面図である。
【図９】図９は、２層ＴＮ液晶表示素子の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 液晶表示素子
２ バックライト
３ 駆動装置
４ 境界
５ 反射板
６ 側壁
７ 隔壁
８ 散乱板
１１、５１、８１、８２、１０３、１０４、２０３、２０４、３０３、３０４、３２３、３２４、４０３、４０４ 液晶セル
１２、１３、５２、５３、１０６ａ、１０６ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、２１１ａ、２１１ｂ、３０６ａ、３０６ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３２６ａ、３２６ｂ、３３１ａ、３３１ｂ、４０６ａ、４０６ｂ、４１１ａ、４１１ｂ 基板
２１、２２、６１、６２、９１、９２、１０１、１０２、１０５、２０１、２０３、２０５、３０１、３０２、３２１、３２２、３２５、４０１、４０２、４０５ 偏光板
７１、７２ 視角補償板
１０７、１１２、２０７、２１２、３０７、３１２、３２７、３３２、４０７、４１２ 中間層
１０７ｓ、１１２ｓ、２０７ｓ、２１２ｓ、３０７ｓ、３１２ｓ、３２７ｓ、３３２ｓ、４０７ｓ、４１２ｓ シール材
１０８、１１３、２０８、２１３、３０８、３１３、３２８、３３３、４０８、４１３ 液晶層
１０９、２０９、３０９、３１５、３２９、３３５、４０９、４１５ 等方性液体層
１１０ａ、１１０ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１４ａ、２１４ｂ、３１０ａ、３１０ｂ、３１４ａ、３１４ｂ、３３０ａ、３３０ｂ、３３４ａ、３３４ｂ、４１０ａ、４１０ｂ、４１４ａ、４１４ｂ 電極
ＬＳ、ＬＳＡ、ＬＳＢ 光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備えた第１の表示領域を有する第１の液晶セルと、
対向する一対の基板と、該基板間挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備え、前記第１の表示領域とは異なる第２の表示領域を有し、前記第１の液晶セルに比べ液晶の応答速度が速い第２の液晶セルと、
前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルが重なりあった構造体の下方に配置されたマルチカラー表示可能なバックライトと
を有する液晶表示装置であって、
少なくとも前記第１の液晶セル、前記第２の液晶セルのいずれか一方において、前記一対の基板に挟持され、他方の液晶セルの表示領域と重なる位置に、前記基板と同等の屈折率を持つ等方性液体層を有する液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１の液晶セルに形成された電極パターンがドットマトリクスパターンであり、第２の液晶セルに形成された電極パターンがセグメントパターンである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の液晶セルに形成された電極パターンがセグメントパターンであり、第２の液晶セルに形成された電極パターンがドットマトリクスパターンである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記等方性液体層の屈折率が１．５±０．１である請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１】
対向する一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備えた第１の表示領域を有する第１の液晶セルと、
対向する一対の基板と、該基板間挟持された液晶層と、該基板の対向面の各々に形成された電極パターンを備え、前記第１の表示領域とは異なる第２の表示領域を有し、前記第１の液晶セルに比べ液晶の応答速度が速い第２の液晶セルと、
前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルが重なりあった構造体の下方に配置されたマルチカラー表示可能なバックライトと
を有する液晶表示装置であって、
少なくとも前記第１の液晶セル、前記第２の液晶セルのいずれか一方において、前記一対の基板に挟持され、他方の液晶セルの表示領域と重なる位置に、前記基板と同等の屈折率を持つ等方性液体層を有する液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１の液晶セルに形成された電極パターンがドットマトリクスパターンであり、第２の液晶セルに形成された電極パターンがセグメントパターンである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の液晶セルに形成された電極パターンがセグメントパターンであり、第２の液晶セルに形成された電極パターンがドットマトリクスパターンである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記等方性液体層の屈折率が１．５±０．１である請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２０４８５０（Ｐ２００９−２０４８５０Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４６５９８（Ｐ２００８−４６５９８）
【出願日】平成２０年２月２７日（２００８．２．２７）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２７日（２００８．２．２７）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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