CN102819151A - 半透射型显示装置、其驱动方法和电子系统 - Google Patents

半透射型显示装置、其驱动方法和电子系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半透射型显示装置、其驱动方法和电子系统，所述半透射型显示装置包括：为每个像素设置的反射电极，其中，所述半透射型显示装置利用所述反射电极进行反射显示操作并利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。根据本发明，在维持与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能的同时，可利用像素的反射电极之间的空间进行透射显示操作。

Description

半透射型显示装置、其驱动方法和电子系统
相关申请的交叉引用
本发明包含与2011年6月9日向日本专利局提交的日本专利申请JP2011-128854所公开的内容相关的主题并要求其优先权，因此将其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及半透射型显示装置、其(半透射型显示装置)驱动方法和电子系统。
背景技术
显示装置通常分为透射型显示装置和反射型显示装置，透射型显示装置利用从背光灯发出并经由屏幕背侧透射的光进行显示操作，反射型显示装置利用反射的外部光进行显示操作。透射型显示装置的特征为高色度以及甚至在黑暗环境下仍可实现屏幕的高可见度，而反射型显示装置的特征为低功耗以及甚至在明亮环境下仍可实现屏幕的高可见度。
此外，还存在一种既具有透射型显示装置的特征又具有反射型显示装置的特征的显示装置，例如，在单个像素中具有透射显示区域(透射显示部)和反射显示区域(反射显示部)的半透射型显示装置(例如，参见JP-A-2009-93115)。半透射型显示装置在黑暗环境下利用来自背光灯的透射光进行显示操作，并且在明亮环境下利用反射的外部光进行显示操作。
以在明亮环境和黑暗环境下均可实现屏幕的高可见度以及低功耗为特点的半透射型显示装置被用作电子系统、特别是在室外设置中频繁使用的移动电子系统(移动终端设备)的显示部，所述移动电子系统例如数码相机和其他移动信息设备以及移动电话和其他移动通信设备。
发明内容
在半透射型显示装置中，难以同时设置透射显示区域并维持反射显示性能。也就是说，增大透射显示区域的面积以提高透射显示性能，这样会使反射显示部的面积不可避免地相应缩小，由此导致反射显示性能的降低。相反，维持与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能通常需要增大反射显示区域的面积，这样导致透射显示性能相应地降低。
因此，期望提供一种在维持与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能的同时能够进行透射显示操作的半透射型显示装置、所述半透射型显示装置的驱动方法以及包括这种半透射型显示装置的电子系统。
本发明的一个实施例的目的在于提供一种半透射型显示装置，其包括为每个像素设置的反射电极。所述半透射型显示装置利用所述反射电极进行反射显示操作，并利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。所述半透射型显示装置优选地用作各种电子系统、特别是在室外环境中频繁使用的移动电子系统的显示部。
在这样配置的半透射型显示装置或使用该显示装置的电子系统中，利用像素的反射电极之间的空间进行透射显示操作意味着将像素之间的空间用作透射显示区域。因此，在各像素中不需要提供专用于透射显示操作的区域，这意味着各像素中反射电极的尺寸(面积)能够与反射型显示装置中反射电极的尺寸(面积)相当。于是，可以通过利用像素的反射电极之间的空间进行透射显示操作，并获得与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能。
根据本发明的实施例，在维持与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能的同时，可利用像素的反射电极之间的空间进行透射显示操作。
附图说明
图1是示出了本发明所适用的半透射型液晶显示装置的示意性结构的立体图，其中切掉了显示装置的一部分；
图2是示出了基本像素电路的电路图；
图3A和图3B说明了相关技术的像素部中的电极结构，图3A是相关技术的反射型液晶显示装置中像素部的平面图，图3B是相关技术的半透射型液晶显示装置中像素部的平面图；
图4是示出了实施例的像素部中电极结构的平面图；
图5A~图5C示出了用于说明优选采用的帧反转驱动方法的原因的仿真结果，图5A示出了没有施加电压的情况，图5B示出了以线反转驱动方法或者点反转驱动方法施加电压的情况，图5C示出了以帧反转驱动方法施加电压的情况；
图6是示出了MIP像素电路构造的示例的框图；
图7是用于说明MIP像素的操作的时序图；
图8A~图8C说明了基于面积的灰度方法中的像素分割；
图9示出了在利用像素的反射电极之间的空间进行透射显示操作时像素间液晶分子的运动；
图10示出了常白模式下像素间空间的透光率的仿真结果；
图11是示出了在具有单间隙结构的半透射型液晶显示装置的行方向上相邻两个像素的横截面结构的横截面图；
图12A和图12B示出了在单间隙结构的常黑ECB模式下光学设计的示例；
图13是示出了在具有多间隙结构的半透射型液晶显示装置的行方向上相邻两个像素的横截面结构的横截面图；
图14示出了反射显示区域的反射率的计算光谱；
图15示出了透射显示区域的反射率的计算光谱；
图16是示出了变型例的像素部中的电极结构的平面图；
图17A和图17B是示出了本发明所适用的数码相机的外观的立体图，图17A是从正面看数码相机的立体图，图17B是从背面看数码相机的立体图；
图18是示出了本发明所适用的摄录像机的外观的立体图；
图19是示出了本发明所适用的笔记本个人电脑的外观的立体图；以及
图20A~图20G示出了本发明所适用的移动电话的外观，图20A是在打开状态下的移动电话的正面图，图20B是在打开状态下的移动电话的侧视图，图20C是在闭合状态下的移动电话的正面图，图20D是在闭合状态下的移动电话的左侧视图，图20E是在闭合状态下的移动电话的右侧视图，图20F是在闭合状态下的移动电话的俯视图，图20G是在闭合状态下的移动电话的仰视图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明技术的实施例(在下文中称作“实施例”)。将按照下面的顺序进行说明。
1.本发明所适用的半透射型显示装置
1-1.支持彩色显示的半透射型液晶显示装置
1-2.基本像素电路
1-3.对像素部中电极结构的考虑
2.对实施例的描述
2-1.液晶显示面板的驱动方法
2-2.MIP方法
2-3.基于面积的灰度方法
2-4.显示模式
2-5.具体示例
3.变型例
4.电子系统
5.本发明的配置
1.本发明所适用的半透射型显示装置
本发明技术适用于平板(平面)显示装置。平板显示装置的示例可包括使用液晶显示(LCD)面板的显示装置、使用电致发光(EL)显示面板的显示装置和使用等离子体显示(PD)面板的显示装置。
平板显示装置可根据显示模式而分为透射型、反射型和半透射型。本发明技术适用于既具有透射型显示装置的特征又具有反射型显示装置的特征的半透射型显示装置，也就是说，半透射型显示装置的特征在于：在明亮环境和黑暗环境下，屏幕均具有高可见度以及低功耗。具有上述特征的半透射型显示装置优选用作电子系统、特别是室外设置中频繁使用的移动电子系统(即，移动终端设备)的显示部，所述移动电子系统例如为数码相机和其他移动信息设备、以及移动电话和其他移动通信设备。
本发明所适用的半透射型显示装置可以是支持单色显示的显示装置或支持彩色显示的显示装置。在支持彩色显示的显示装置中，作为形成彩色图像的单位的一个像素(单位像素)是由多个子像素形成的。更具体地，在支持彩色显示的显示装置中，一个像素例如是由下面三个子像素形成的：显示红色(R)的子像素、显示绿色(G)的子像素以及显示蓝色(B)的子像素。
然而，应注意的是：一个像素不限于显示三原色RGB的子像素的组合，也可以是显示三原色RGB的子像素与显示另一颜色的附加子像素或者显示其他颜色的附加子像素的组合。更具体地，例如，一个像素可以通过添设显示白色(W)的附加子像素而形成，从而改善亮度；或者通过添设显示互补颜色的至少一个附加子像素而形成，从而扩大颜色再现范围。
1-1.支持彩色显示的半透射型液晶显示装置
下面将针对支持彩色显示的半透射型液晶显示装置来描述本发明所适用的半透射型显示装置。
图1是示出了本发明所适用的半透射型液晶显示装置的示意性结构的立体图，其中显示装置的一部分被切掉。
如图1所示，本发明所适用的半透射型显示装置1包括下列主要组件：第一面板部10、第二面板部20、液晶层30和背光部40，并且第二面板部20的正面是显示面。第一面板部10和第二面板部20隔着预定间隙相互面对。将液晶材料密封在第一面板部10与第二面板部20之间的间隙中，从而形成液晶层30。
第一面板部10具有从与液晶层30相反的一侧(即，设有背光部40的那一侧)依次设置的偏光板11、半波长板12、四分之一波长板13、由透明玻璃或任何其他适当基板材料制成的第一基板14以及平坦化膜15。
在第一面板部10中，在第一基板14上形成有多条信号线(未示出)和多条扫描线(未示出)，使得信号线和扫描线相互交叉。子像素(在下文中，某些情况下也简称为“像素”)50按行和列二维地布置在多条信号线和多条扫描线的交叉部处。
在各像素50的第一基板14上还形成有诸如TFT(薄膜晶体管)或任何其他合适的开关器件及电容器件等电路器件。通过在形成有电路器件、信号线和扫描线的第一面板部10的表面上形成平坦化膜15，对该表面进行平坦化。然后在各像素50的平坦化膜15上形成稍后将要说明的反射电极。在一些情况下，将形成有包括TFT的电路器件的第一基板14称作TFT基板。
多条信号线是用来传输用于驱动像素50的信号(显示信号/视频信号)的布线，并且具有这样的布线结构：其中，相对于像素50的行和列布置，信号线沿着像素列中的像素所布置成的方向、即列方向(图1中的Y方向)而基于每个像素列延伸。多条扫描线是用来传输用于以行为单位而选择像素50的信号(扫描信号)的布线，并且具有这样的布线结构：其中，相对于像素50的行和列布置，扫描线沿着像素行中的像素所布置成的方向、即行方向(图1中的X方向)而基于每个像素行延伸。
第二面板部20具有从设有液晶层30的一侧依次设置的由ITO(铟锡氧化物)制成的透明电极21、滤色器22、由透明玻璃或任何其他适当基板材料制成的第二基板23、四分之一波长板24、半波长板25和偏光板26。
在第二面板部20中，滤色器22例如具有在方向(Y方向)上延伸并且在行方向(X方向)上以与像素50所布置成的间隔相同的间隔重复布置的条状R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)滤色器。在一些情况下，将形成有滤色器(CF)22的第二基板23称作CF基板。
如上所述，第一面板部10、面对第一面板部10的第二面板部20以及设置在第一面板部10与第二面板部20之间的液晶层30形成半透射型液晶显示面板，并且第二面板部20的上表面(正面)形成显示面。
背光部40是从背侧(即，第一面板部10的与液晶层30相反的一侧)照明液晶显示面板的照明部。背光部40不需要以特殊方式构造，而是例如可以由LED(发光二极管)、荧光管或者任何其他合适的光源与棱镜片、漫射片、导光板以及其他已知部件形成。
在这种构造的半透射型显示装置1中，每个像素50具有反射显示区域(反射显示部)和透射显示区域(透射显示部)。由如上所述地形成在各像素50的平坦化膜15上的反射电极形成的反射显示区域对经由第二面板部20外部而入射的外部光进行反射，并基于所反射的光进行显示操作。透射型显示区域使来自背光部40的光透射，并基于透射的光进行显示操作。为各像素50设置的透射型显示区域是本发明的一个特征部分，并且稍后将详细说明。
1-2.基本像素电路
下面将参照图2说明各像素50的基本像素电路。
如图2所示，多条信号线61(611，612，613，…)和多条扫描线62(621，622，623，…)布线成相互交叉，并且在交叉部处设置有像素50。如上所述，多条信号线61和多条扫描线62形成在第一面板部10的第一基板(TFT基板)14上。信号线61(611，612，613，…)的端部连接至与信号输出电路70的各列相对应的输出端，而扫描线62(621，622，623，…)的端部连接至与扫描电路80的各行相对应的输出端。
各像素50例如包括由薄膜晶体管(TFT)形成的像素晶体管51、液晶电容52和保持电容53。像素晶体管51具有与相应的一条扫描线62(621，622，623…)连接的栅极和与相应的一条信号线61(611，612，613，…)连接的源极。
液晶电容52是指在像素电极(对应于形成用于各像素的反射电极)与对向电极(对应于图1中的透明电极21)之间产生的液晶材料的电容成分，所述对向电极形成为与像素电极面对，并且像素电极与像素晶体管51的漏极相连。将DC电压的公共电位VCOM施加至液晶电容52的对向电极。对所有像素施加有相同的公共电位VCOM。保持电容53的一个电极连接至液晶电容52的像素电极，而另一个电极连接至液晶电容52的对向电极。
从上述像素电路可以清楚地看出，多条信号线61(611，612，613，…)是用来传输用于驱动像素50的信号(即基于每个像素列而从信号输出电路70输出至像素50的视频信号)的布线。多条扫描线62(621，622，623，…)是用来传输用于以行为单位选择像素50的信号(即基于每个像素行而从扫描电路80输出的扫描信号)的布线。
1-3.对像素部中电极结构的考虑
在说明作为本发明的一个特征部分的透射显示区域之前，将考虑各像素50的电极结构。
图3A和图3B说明了相关技术的像素部中的电极结构。图3A是反射(全反射)型液晶显示装置中像素部的平面图，图3B是相关技术的半透射型液晶显示装置中像素部的平面图。在图3A和图3B中，反射电极63是阴影线表示的。
如图3A和图3B所示，液晶显示装置中的每个像素部都构造成以行和列布置像素50并且相对于行和列的布置而对信号线61和扫描线62进行布线，具体地，信号线61设置在沿着列方向延伸的像素间的空间中，而扫描线62设置在沿行方向延伸的像素间的空间中。如上面参照图1所述，信号线61和扫描线62布线于第一面板部10的第一基板14上，使得信号线和扫描线相互交叉。
在图3A所示的具有这种构造的像素部(像素阵列部)的反射型液晶显示装置中，由铝或任何其他合适的金属制成的反射电极63形成为其尺寸基本上与像素50的尺寸相同，并且将反射电极63的区域用作反射显示区域。也就是说，在反射型液晶显示装置中，通过设置具有基本上与像素50的尺寸相同的尺寸的反射显示部而得到所需的反射显示性能。
相比之下，在图3B所示的相关技术的半透射型液晶显示装置中，在一个像素50中形成有反射电极63和开口64，并且开口64用作透射型显示区域。当在各像素50中形成开口64以提供透射型显示区域时，反射电极63的面积(即，反射显示区域的面积)不可避免地被开口64的面积减小，导致反射显示性能比反射型液晶显示装置的低。也就是说，很难同时实现设置透射型显示区域并维持反射显示性能。
2.对实施例的描述
根据本发明的实施例的半透射型液晶显示装置的特征在于，利用像素50的反射电极63之间的空间进行透射显示操作，并具有与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能。具体地，如图4所示，在具有以行和列布置的像素50的像素部中，信号线61、扫描线62和其他布线形成为它们不会阻挡位于像素50的反射电极63之间的空间，从而该空间可作为用于透射显示操作的透射显示区域。
在图4中，反射电极63是阴影线表示的。像素50的反射电极63之间的空间包括：沿像素列中的像素所布置成的方向、即列方向(图4中的垂直方向)延伸的空间65A，以及沿像素行中的像素所布置成的方向、即行方向(图4中的水平方向)延伸的空间65B。在本实施例中，作为示例，形成在像素部中的布线是信号线61和扫描线62，但不限于此。也就是说，这里使用的布线包括驱动(控制)像素50所必需的所有驱动线(控制线)。
这里使用的措辞“不会阻挡空间”不排除存在布线与像素50的反射电极63之间的空间65A和空间65B重叠的区域的情况。具体地，“不会阻挡空间”的概念包括在列方向上布线的信号线61与在行方向上延伸的空间65B重叠的情况以及在行方向上布线的扫描线62与在列方向上延伸的空间65A重叠的情况。
“不会阻挡空间”的概念还包括信号线61的一部分与在列方向上延伸的空间65A重叠或者信号线61与空间65A部分重叠的情况、以及扫描线62的一部分与在行方向上延伸的空间65B重叠或者扫描线62与空间65B部分重叠的情况。在上述任何情况下，将信号线61或扫描线62不与空间65A或空间65B重叠的区域用作透射显示区域。
为形成不会阻挡像素50的反射电极63之间的空间65A或空间65B的布线，优选在除像素50的反射电极63之间的空间65A或空间65B之外的部分中形成布线。措辞“除反射电极63之间的空间65A或空间65B之外的空间”表示在像素50的反射电极63之间的空间65A或空间65B中不存在布线(即，不存在布线与空间65A或空间65B重叠的区域)的状态。
具体地，如图4所示，信号线61优选地布线在除了在列方向上延伸的空间65A之外的位置，也就是说，布线成不存在信号线61与空间65A重叠的区域(部分)。同样地，扫描线62优选地布线在除了在行方向上延伸的空间65B之外的位置，也就是说，布线成不存在扫描线62与空间65B重叠的区域。当不存在信号线61或扫描线62与像素50的反射电极63之间的空间65A或空间65B重叠的区域时，空间65A和空间65B的整个区域能够被用作透射显示区域，由此能够提高透射型显示性能。
如上所述，利用像素50的反射电极63之间的空间进行透射显示操作、即利用该空间作为透射显示区域消除了在各像素50中单独提供透射型显示区域的必要性。从图3A与图4的比较清楚可见，当在图3A和图4中像素50的尺寸相同时，反射电极63的尺寸与反射型液晶显示装置中反射电极的尺寸相当，从而能够进行透射显示操作并具有与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能。
2-1.液晶显示面板的驱动方法
在液晶显示面板(液晶显示装置)中，为了防止因为向液晶材料持续施加的单一极性的DC电压而使液晶材料的特定阻抗(物质特有的阻抗)及其他特性劣化，将液晶显示面板驱动为使得视频信号的极性以预定周期而相对于公共电位VCOM反转。
上述液晶显示面板的驱动方法的已知示例包括：线反转驱动方法、点反转驱动方法和帧反转驱动方法。在线反转驱动方法中，视频信号的极性以对应于一行(一个像素行)的1H(H代表水平周期)的时间周期进行反转。在点反转驱动方法中，在水平方向和垂直方向上彼此相邻的四个像素中，视频信号的极性交替反转。在帧反转驱动方法中，通过使用相同极性，使写入对应于一个屏幕的各帧的所有像素的视频信号一起反转。
在本实施例的半透射型液晶显示装置中，可以采用上述任何驱动方法。然而，应当注意的是，帧反转驱动方法优于线反转驱动方法和点反转驱动方法，原因如下。
下面参照图5A~图5C，说明优选帧反转驱动方法的原因。图5A示出了没有向像素50施加电压时得到的仿真结果。图5B示出了以线反转驱动方法或点反转驱动方法向像素50施加电压时得到的仿真结果。图5C示出了以帧反转驱动方法向像素50施加电压时得到的仿真结果。图5B和图5C还示出了点划线的等位线。
在线反转驱动方法或点反转驱动方法中，由于在一个像素中透明电极(对向电极)21与反射电极(像素电极)63之间的电位不同于相邻像素中的透明电极21与反射电极63之间的电位，在两个像素间的液晶分子在两个像素之一的附近的行为不同于在另一个像素附近的行为，导致两个像素之间液晶分子的不稳定取向，这点也可以从图5B的点划线的等位线的分布清楚可知。
如上所述，在线反转驱动方法或点反转驱动方法中，相邻两个像素间的电位存在差异，无法以稳定的方式对像素间液晶分子的取向进行控制，这意味着当利用液晶分子的取向不稳定的像素之间的空间作为透射显示区域进行透射显示操作时，可能会不利地出现残像。
相比之下，在帧反转驱动方法中，由于在一个像素中透明电极21与反射电极63之间的电位等于相邻像素中的透明电极21与反射电极63之间的电位，因此在两个像素之一的附近以及在另一像素附近的像素间的液晶分子的行为方式相同，导致两个像素间液晶分子的取向相比于线反转驱动方法或点反转驱动方法中的更加稳定，这从图5C所示的点划线的等位线的分布清楚可知。
如上所述，在帧反转驱动方法中，一个像素中的电位与相邻像素中的电位相等，可以以相对稳定的方式控制两个像素间液晶分子的取向，这意味着利用两个像素间的空间作为透射显示区域进行透射显示操作不会引起残像的问题。从上述原因可知，为了利用像素50的反射电极63之间的空间进行透射显示操作，优选地使用帧反转驱动方法代替线反转驱动方法或点反转驱动方法。然而，这并不意味着排除上述线反转驱动方法或点反转驱动方法。
2-2.MIP方法
另一方面，当使用帧反转驱动方法时，考虑到由于在一帧周期内向信号线施加相同极性的信号电压因而会产生阴影(shading)。为了解决阴影问题，本实施例的半透射型液晶显示装置将所谓的MIP(像素中存储)方法与帧反转驱动方法一起使用。在MIP方法中，各像素50是由具有存储能力(例如，具有能够存储数据的存储器)的像素形成的。在MIP方法中，由于通常向每个像素施加固定电压，所以能够解决阴影的问题。
此外，在MIP方法中，在各像素中设置存储数据的存储器，能够以模拟显示模式和存储显示模式进行显示操作。在模拟显示模式中，以模拟的方式显示像素的灰度。在存储显示模式中，基于像素的存储器中存储的二进制信息(逻辑“1”/逻辑“0”)而以数字方式显示像素的灰度。
在存储显示模式中，由于使用各存储器中保持的信息，所以在帧周期内不需要写入反映灰度的信号电位。因此，存储显示模式下的功耗低于模拟显示模式下的功耗，所述模拟显示模式下，在帧周期内必须写入反映灰度的信号电位。换句话说，能够降低显示装置的功耗。
图6是示出了MIP像素的电路构造示例的框图。在图6中，与图2中相同的部分具有相同的附图标记。图7是用于说明MIP像素的操作的时序图。
如图6所示，各像素50是由液晶电容(液晶单元)52、三个开关器件54~56以及用于SRAM机能的锁存单元57形成的。液晶单元52是指在像素电极与面对该像素电极的对向电极之间产生的液晶电容。
开关器件54的一端与相应的一条信号线61(对应于图2中的信号线611~613)连接，当开关器件54从图2所示的扫描电路80中接收扫描信号φV时，开关器件54接通(闭合)，并且通过信号线61获得由图2所示的信号输出电路70提供的数据SIG。由并联连接但方向相反的反相器571和572所形成的锁存单元57保持(锁存)与开关器件54获取的数据SIG相对应的电位。
开关器件55的一个端子接收具有与公共电位VCOM的相位相反的相位的控制脉冲XFRP，并且开关器件56的一个端子接收与公共电位VCOM同相的控制脉冲FRP。各开关器件55和56的另一个端子连接至公共连接节点，该公共连接节点形成本像素电路的输出节点Nout。根据锁存单元57保持的电位的极性而接通开关器件55和56之一。结果，控制脉冲FRP或控制脉冲XFRP被施加至液晶电容52的像素电极(图4中的反射电极63)，液晶电容52的对向电极(图1中的透明电极21)接收公共电位VCOM。
从图7可清楚地看出，在本实施例中，当锁存单元57保持的电位具有负极性时，液晶电容52的像素电位变成与公共电位VCOM同相并且像素显示黑色，而当锁存单元57保持的电位具有正极性时，液晶电容52的像素电位的相位与公共电位VCOM的相位相反，并且像素显示白色。
上述讨论清楚地示出了在各MIP像素50中，当根据锁存单元57保持的电位的极性而接通开关器件55和56之一时，向液晶电容52的像素电极(图4中的反射电极63)施加控制脉冲FRP或控制脉冲XFRP，由此典型地向各像素50施加固定电压，并且根本不会产生阴影。
已经参照各像素50中设置的存储器是SRAM的情况进行了说明，但SRAM仅作为示例。可以使用具有任何其他适当构造的DRAM或存储器。
2-3.基于面积的灰度方法
MIP方法仅允许各像素50用一个位表示两个灰度。为了解决这种限制，使用了MIP方法的本发明实施例的半透射型液晶显示装置优选地还使用了基于面积的灰度方法。这里使用的基于面积的灰度方法是用两个位表示四个灰度的灰度表示方法，例如，使用2：1的因数对像素面积(像素电极的面积)进行加权。稍后将详细说明基于面积的灰度方法。
具体地，在基于面积的灰度方法中，作为各像素50的反射显示区域的各反射电极63被分成按照面积加权的多个像素(子像素)电极。将由锁存单元57保持的电位选择的像素电位施加至按照面积而加权的像素电极，以基于加权面积的组合而进行灰度显示操作。
下面将具体说明基于面积的灰度方法。基于面积的灰度方法是利用N个具有面积比为20、21、22、…、2N-1的加权子像素电极来表示2N个灰度的灰度表示方法。基于面积的灰度方法特定用于改善或处理例如由于TFT的特性变化所致的图像质量的不均匀性。本实施例的半透射型液晶显示装置使用了基于面积的灰度方法，其中通过用2：1的因数对作为像素电极的各反射电极63的面积(像素面积)进行加权，从而用两位表示四个灰度。
如图8A所示，通过将各像素50的像素电极分成具有面积为1个单位的子像素电极501和是子像素电极501两倍大(面积为2个单位)的子像素电极502，从而使用2：1的因数对像素面积进行加权。然而，从灰度表示的观点看，图8A所示的构造不是优选的，这是因为像素的形心与灰度的形心不是一致(相符)的。
作为使像素的形心与灰度的形心一致的构造，如图8B所示，将面积为2个单位的子像素电极504的中心部挖空从而形成敞开的矩形区域，并且在该敞开的矩形区域的中心部中设置面积为1个单位的子像素电极503。然而，在图8B所示的构造中，子像素电极504的位于子像素电极503的相反的两侧上的连接部504A和504B的宽度变窄，导致整个子像素电极504的反射面积减小并且在连接部504A和504B附近的液晶分子难以对准。
如上所述，当在基于面积的灰度方法中使用液晶分子基本上垂直于基板且没有产生电场的VA(垂直取向)模式时，很难以满意的方式对准液晶分子，这是因为向液晶分子施加电压的方式根据电极的形状和尺寸以及其他因素而变化。另外，由于反射率比不是必然对应于反射电极的面积比，而是取决于反射电极的面积、液晶分子的取向以及其他因素，所以很难设计灰度。在图8A所示的构造中，电极面积的比为1：2，但是电极周长比不是1：2。因此，反射电极的面积比不必然对应于反射率比。
从上述观点看，当使用基于面积的灰度方法时，考虑灰度表示能力和反射面积的有效使用，如图8C所示，期望采用所谓的三重电极构造，其中，像素电极被分成具有相同面积(尺寸)的三个子像素电极505、506A和506B。
当使用三重电极构造时，上部和下部两个子像素电极506A和506B被当作一个单元，所述两个子像素电极506A和506B夹着中心子像素电极505，并且同时驱动被当作一个单元的两个子像素电极506A和506B。以此方式，子像素电极506A和506B的像素面积以及中心子像素电极505的像素面积以2：1的因数加权。此外，像素的形心与灰度的形心一致。
为了同时驱动两个子像素电极506A和506B，如图8C中的虚线所示，优选使这两个子像素电极506A和506B彼此电连接。电连接两个子像素电极506A和506B使得一个驱动电路可以驱动两个子像素电极506A和506B。因此，该像素电路的构造能够比用单独的驱动电路来驱动两个子像素电极506A和506B的情况更为简单。
在上面的说明中，作为示例，将基于面积的灰度方法与MIP方法一起使用，但也可以将时间分割灰度方法或者任何其他适当灰度方法与MIP方法一起使用。然而，在时间分割灰度方法中，即使在静止图像中，像素电位仍随着时间发生变化，并且液晶分子在像素内以及像素间的空间中移动。因此，基于面积的灰度方法比时间分割灰度方法更好。就面板透光率而言，基于面积的灰度方法比不进行分割的情况更有优势，这是因为分割像素电极(即反射电极63)增大了电极之间的间隙的面积。
此外，在上述示例中，将具有能够以像素为单位而存储数据的存储器的MIP像素用作具有存储能力的像素，但MIP像素仅为示例。可以使用具有存储能力的其他像素(例如使用记忆性液晶材料的像素)代替MIP像素。
2-4.显示模式
液晶显示模式分为常白模式以及常黑模式，所述常白模式中，像素在没有施加电场(电压)时显示白色而在施加电场时显示黑色，所述常黑模式中，像素在没有施加电场时显示黑色而在施加电场时显示白色。用于实现两种模式的液晶单元具有相同的结构，但图1中的偏光板11和23的设置不同。
当利用像素50的反射电极63间的空间进行透射显示操作时，不是像素间的全部液晶分子都被切换，而是有一些区域中的液晶分子不发生移动。在常白模式下，由于液晶分子不发生移动的区域的存在阻止了全黑显示，故可能不利地降低了对比度。
图9示出了在利用像素的反射电极63之间的空间进行透射显示操作时像素间液晶分子的运动。在图9中，在反射电极63的中心部上方的位置A处的液晶分子充分地移动。相比之下，在像素间且在反射电极63附近的位置B处的液晶分子在一定程度上移动，而在像素间中心部的位置C处的液晶分子根本不移动。
结果，在液晶分子根本不移动的像素间中心部中，透光率变得明显高于设有反射电极63的区域的透光率，这导致漏光。因此不能实现全黑显示，从而导致对比度下降。
图10示出了常白模式下像素间空间的透光率的仿真结果。在图10中，位置A、B和C对应于图9中的位置A、B和C。图10所示的仿真结果表明，不利地，图9中像素间中心部的位置C处的透光率高(例如，约0.35)，这是因为该处的液晶分子根本不移动。
鉴于上述原因，优选使用常黑模式作为本实施例的半透射型液晶显示装置的显示模式。由于当不向液晶材料施加电压(即当液晶分子均一取向)时常黑模式提供黑显示，并由此提供全黑显示，因而能够增大对比度。然而，并不意味着排除常白模式。
测量的光学特性的示例如下：在常白模式下，白色透光率(%)约为0.93，黑色透光率(%)约为0.29，提供的对比度约为3。在常黑模式下，白色透光率(%)约为0.71，黑色透光率(%)约为0.06，提供的对比度约为12。也就是说，采用常黑模式可以使对比度是常白模式下对比度的四倍高。
2-5.具体示例
下面将说明本实施例的半透射型液晶显示装置的具体示例。参照使用常黑模式作为显示模式并使用电控双折射(electrically controlledbirefringence，ECB)模式作为操作模式的情况进行下面的说明。操作模式不限于ECB模式并且可以是VA(垂直取向)模式或边缘场切换(fringefield switching，FFS)模式。
图11是示出了本发明实施例的示例的在半透射型液晶显示装置的行方向(X方向)上相邻的两个像素的横截面结构的横截面图。在图11中，与图1中相同的部分具有相同的附图标记。
如图11所示，第一面板部10具有从与液晶层30相反的一侧依次设置的偏光板11、半波长板12、四分之一波长板13、作为TFT基板的第一基板14和平坦化膜15，并且在各像素的平坦化膜15上形成有反射电极63。
在第一面板部10中，反射电极63形成为其尺寸与像素的尺寸基本相同。反射电极63形成反射显示区(反射显示部)。此外，在行方向(X方向)上相邻的两个像素的反射电极63之间，沿列方向(Y方向)形成有空间65A。尽管在横截面图中未示出，但如图4所示，在列方向上相邻的两个像素的反射电极63之间，沿行方向形成有空间65B。
在第一基板14上布线有用于基于每个像素列而将视频信号传输至像素的信号线61。信号线61在反射显示部中形成为该信号线不会阻挡沿列方向延伸的空间65A，优选地，信号线不与空间65A重叠。尽管在横截面图中未示出，用于基于每个像素行而将扫描信号传输至像素的扫描线62(见图4)在反射显示部中形成为该扫描线不会阻挡在行方向上延伸的空间65B，优选地，扫描线不与空间65B重叠。
像素的反射电极63之间的空间65A和65B(信号线61或扫描线62不与所述空间重叠)用作透射显示区域。本示例的像素结构是单间隙结构，其中，液晶层30的厚度(即，单元间隙)与反射显示部和透射显示区域的厚度相同。
隔着液晶层30而与第一面板部10面对的第二面板部20具有从设有液晶层30那侧依次设置的透明电极21、滤色器22、第二基板23、四分之一波长板24、半波长板25和偏光板26。图11所示的像素结构包含在行方向上相邻的两个像素，例如显示R(红色)的R子像素和显示G(绿色)的G子像素。
图12A和图12B示出了上述单间隙结构中常黑ECB模式下光学设计的示例。图12A和图12B示出了第一面板部10的组件、液晶单元(液晶层30)和第二面板部20的组件的轴方向。具体地，示出了第一面板部10的组件的下列方向：偏光板11的吸收轴方向，半波长板12的延伸轴方向，以及四分之一波长板13的延伸轴方向。此外，示出了第二面板部20的组件的下列方向：液晶单元的设有TFT基板和CF基板的侧的摩擦(rubbing)方向，四分之一波长板24的延伸轴方向，半波长板25的延伸轴方向，以及偏光板26的吸收轴方向。
在图12A和图12B中，值表示轴方向的角度以及在轴方向上的相位差(延迟)。在波长为550[nm]的光入射到第一面板部10和第二面板部20的相关组件上的情况下，用波长表示相位差。
已经参照单间隙结构说明了上述具体示例，但也可以使用图13所示的多间隙结构，该多间隙结构中，反射显示部中单元间隙与透射显示区域中的单元间隙不同。
然而，如图13所示，应当注意的是，形成多间隙结构所进行的处理的数量大于形成单间隙结构所进行的处理的数量，这是因为在像素的反射电极63之间的各空间65A(65B)中必须形成凹槽，以在反射显示部与透射显示区域之间形成台阶。从处理的观点看，单间隙结构通常需要较少量的处理，因此比多间隙结构更优选。
图14和图15示出了当图12A和图12B所示的光学设计(单间隙结构)中上部对向电极(透明电极21)与下部像素电极(反射电极63)之间的电压为ON(接通)和OFF(断开)时所算出的反射显示部的反射率和透射显示区域的反射率的光谱。措辞“电压为ON”是指在上部电极与下部电极之间施加有电压的状态，而措辞“电压为OFF”指在上部电极与下部电极之间没有施加电压的状态。
图14示出了反射显示区域的反射率的计算光谱，图15示出了透射显示区域的反射率的计算光谱。计算光谱不会反映出像素间的电场分布，但表现了上部电极与下部电极之间的电场被完全施加至液晶分子的状态。与通常的半透射型多间隙结构不同，由于结构是单间隙结构，并且由于相位差小，因而透射显示区域的透光率低。
3.变型例
上述实施例具有如下布线结构：信号线61和扫描线62是线性条状布线，信号线61横穿在行方向上延伸的空间65B之间的像素，而扫描线62横穿在列方向上延伸的空间65A之间的像素(见图4)。作为示例呈现了信号线61和扫描线62的布线结构，但布线结构不限于上面说明的那些。
例如，可以采用图16所示的布线结构，其中信号线61和扫描线62是弯曲的，蛇形布线以如下方式进行布线：即，信号线61布线成穿过在行方向上相邻的像素之间的沿列方向形成的空间65A与沿行方向形成的空间65B的交叉部65C，具体地，信号线61的弯曲部61A位于交叉部65C处。此外，扫描线62布线成穿过在列方向上相邻的像素之间的沿行方向形成的空间65B与沿列方向形成的空间65A的交叉部65C，具体地，扫描线62的弯曲部62A位于交叉部65C处。
如上面参照图9和图10所述，由于在像素间中心部中的位置C处的液晶分子根本不移动，故沿列方向形成的空间65A与沿行方向形成的空间65B的交叉部65C的中心很大程度上不利于透射显示操作。因此，可以相信的是，在上述布线结构中，通过将信号线61和扫描线62布线为经过交叉部65C，可以比信号线61和扫描线62简单穿过空间65A与空间65B之间的像素的情况更令人满意地进行透射显示操作。
4.电子系统
上述本发明的实施例的半透射型显示装置可用作任何领域中电子系统的显示部(显示装置)，所述显示部中，作为图像或视频图像而显示被输入至电子系统的视频信号或者由电子系统中产生的视频信号。
本发明的实施例的半透射型显示装置优选地用作所有可能领域内的电子系统中的在室外设置中常用的移动终端设备的显示部(显示装置)。移动终端设备的示例可包括数码相机、摄录像机、PDA(个人数字助理)、游戏机、笔记本个人电脑、电子书和其他移动信息设备、以及移动电话和其他移动通信设备。
从上述实施例的说明中清楚可见，本发明的实施例的半透射型显示装置能够在维持与反射型显示装置的反射显示性能相当的反射显示性能的同时进行透射显示操作，从而能够完全获得作为反射型液晶显示装置特征的低功耗和即使在明亮环境下也可实现高屏幕可见性的特征。本发明的实施例的半透射型显示装置用作任何领域中电子系统(特别是移动终端设备)的显示部，因此极大地有助于实现移动终端设备的低功耗。
下面对本发明的实施例的半透射型显示装置用作显示部的电子系统(即本发明的实施例的电子系统)的具体示例进行说明。
图17A和图17B是示出了本发明所使用的数码相机的外观的立体图。图17A是从正面看的数码相机的立体图，图17B是从背面看的数码相机的立体图。本适用例的数码相机被制造成包括作为闪光灯的发光器111、显示部112、菜单开关113、快门按钮114和其他组件，并且将根据本发明的实施例的半透射型显示装置用作显示部112。
图18是示出了本发明所适用的摄录像机的外观的立体图。本适用例的摄录像机被制造成包括主体131、位于朝前的一侧上的物体摄像镜头132、摄像开始/停止开关133、显示部134和其他组件，并且将根据本发明的实施例的半透射型显示装置用作显示部134。
图19是示出了本发明所适用的笔记本个人电脑的外观的立体图。本适用例的笔记本个人电脑被制造成包括主体121、由用户进行操作以输入文字或其他信息的键盘122、用于显示图像的显示部123和其他组件，并且将根据本发明的实施例的半透射型显示装置用作显示部123。
图20A~图20G示出了本发明所适用的移动通信装置(例如，移动电话)的外观。图20A是在打开状态下的移动电话的正面图。图20B是在打开状态下的移动电话的侧视图。图20C是在闭合状态下的移动电话的正面图。图20D是在闭合状态下的移动电话的左侧视图。图20E是在闭合状态下的移动电话的右侧视图。图20F是在闭合状态下的移动电话的俯视图。图20G是在闭合状态下的移动电话的仰视图。
本适用例的移动电话被制造成包括上部壳体141、下部壳体142，连接部(本适用例中为铰链)143、显示部144、子显示部145、图片灯146、照相机147和其他组件，并且将根据本发明实施例的半透射型显示装置用作显示部144和子显示部145。
5.本发明的配置
本发明可实施为下列配置。
(1)一种半透射型显示装置，其包括：
为每个像素设置的反射电极，
其中，所述半透射型显示装置利用所述反射电极进行反射显示操作并利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。
(2)根据(1)中所述的半透射型显示装置，其中，布线形成为不会阻挡所述像素的所述反射电极之间的空间。
(3)根据(2)中所述的半透射型显示装置，其中，所述布线形成在除了所述像素的所述反射电极之间的空间以外的位置中。
(4)根据(3)中所述的半透射型显示装置，其中，所述布线是相对于以行和列布置的像素而基于每个像素列形成并用来传输用于驱动所述像素的信号的信号线，并且
所述信号线布线于除了形成于所述像素之间的空间之外的位置并且沿着像素列中的像素所布置成的方向。
(5)根据(4)中所述的半透射型显示装置，其中，在像素行中的像素所布置成的方向上相邻的像素之间，所述信号线布线成使得所述信号线穿过沿着像素列中的像素所布置成的方向形成的空间与沿着像素行中的像素所布置成的方向形成的空间的交叉部。
(6)根据(3)或(4)中所述的半透射型显示装置，其中，所述布线是相对于以行和列布置的像素而基于每个像素行形成并用来传输用于选择所述像素的信号的扫描线，并且
所述扫描线布线于除了形成于所述像素之间的空间之外的位置并且沿着像素行中的像素所布置成的方向。
(7)根据(6)中所述的半透射型显示装置，其中，在像素列中的像素所布置成的方向上相邻的像素之间，所述扫描线布线成使得所述扫描线穿过沿着像素行中的像素所布置成的方向形成的空间与沿着像素列中的像素所布置成的方向形成的空间的交叉部。
(8)根据(1)~(7)中任一项所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素具有设置在相应反射电极与面对该反射电极的公共对向电极之间的液晶层。
(9)根据(8)中所述的半透射型显示装置，其中，每当改变帧时，进行帧反转驱动操作以反转用于驱动所述像素的信号的极性，以此方式将所有所述像素的极性改变为相同的极性。
(10)根据(8)或(9)中所述的半透射型显示装置，其中，显示模式是常黑模式。
(11)根据(8)中所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素具有存储能力。
(12)根据(8)~(11)中任一项所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素具有用于存储数据的存储器。
(13)根据(11)中所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素使用记忆性液晶材料。
(14)根据(10)中所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素的所述反射电极被分成多个电极，并且
进行基于面积的灰度操作以基于所述多个电极的面积组合来显示灰度。
(15)根据(14)中所述的半透射型显示装置，其中，每个所述反射电极被分成三个电极，并且
基于三个电极中的二个电极的面积与剩下的一个电极的面积的组合进行基于2：1面积的灰度操作。
(16)根据(15)中所述的像素结构，其中，所述两个电极和所述一个电极具有相同的尺寸。
(17)根据(15)或(16)中所述的像素结构，其中，所述两个电极夹着所述一个电极。
(18)根据(15)~(17)中任一项所述的像素结构，其中，所述两个电极彼此电连接。
(19)一种半透射型显示装置的驱动方法，所述半透射型显示装置包括为每个像素设置的反射电极，所述方法包括如下步骤：
利用所述反射电极进行反射显示操作，以及
利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。
(20)一种电子系统，其包括：
半透射型显示装置，所述半透射型显示装置具有为每个像素设置的反射电极，
其中，所述半透射型显示装置利用所述反射电极进行反射显示操作，并且
所述半透射型显示装置利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (20)

1.一种半透射型显示装置，其包括：
为每个像素设置的反射电极，
其中，所述半透射型显示装置利用所述反射电极进行反射显示操作并利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。
2.根据权利要求1所述的半透射型显示装置，其中，布线形成为不会阻挡所述像素的所述反射电极之间的空间。
3.根据权利要求2所述的半透射型显示装置，其中，所述布线形成在所述像素的所述反射电极之间的空间以外的位置中。
4.根据权利要求3所述的半透射型显示装置，其中，所述布线是相对于以行和列布置的像素基于每个像素列而形成并用来传输用于驱动所述像素的信号的信号线，并且
所述信号线在除了形成于所述像素之间的空间之外的位置并且沿着像素列中的像素所布置成的方向布线。
5.根据权利要求4所述的半透射型显示装置，其中，在像素行中的像素所布置成的方向上相邻的像素之间，所述信号线布线成使得所述信号线穿过沿着像素列中的像素所布置成的方向形成的空间与沿着像素行中的像素所布置成的方向形成的空间的交叉部。
6.根据权利要求3所述的半透射型显示装置，其中，所述布线是相对于以行和列布置的像素基于每个像素行而形成并用来传输用于选择所述像素的信号的扫描线，并且
所述扫描线在除了形成于所述像素之间的空间之外的位置并且沿着像素行中的像素所布置成的方向布线。
7.根据权利要求6所述的半透射型显示装置，其中，在像素列中的像素所布置成的方向上相邻的像素之间，所述扫描线布线成使得所述扫描线穿过沿着像素行中的像素所布置成的方向形成的空间与沿着像素列中的像素所布置成的方向形成的空间的交叉部。
8.根据权利要求1至7之任一项所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素具有设置在对应的反射电极与面对该反射电极的对向电极之间的液晶层。
9.根据权利要求8所述的半透射型显示装置，其中，每当改变帧时，进行帧反转驱动操作以反转用于驱动所述像素的信号的极性，以此方式将所有所述像素的极性改变为相同的极性。
10.根据权利要求8所述的半透射型显示装置，其中，显示模式是常黑模式。
11.根据权利要求8所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素具有存储能力。
12.根据权利要求9所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素具有用于存储数据的存储器。
13.根据权利要求11所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素使用记忆性液晶材料。
14.根据权利要求10所述的半透射型显示装置，其中，每个所述像素的所述反射电极被分成多个电极，并且
进行基于面积的灰度操作以基于所述多个电极的面积组合来显示灰度。
15.根据权利要求14所述的半透射型显示装置，其中，每个所述反射电极被分成三个电极，并且
基于所述三个电极中的二个电极的面积与剩下的一个电极的面积的组合进行基于2：1面积的灰度操作。
16.根据权利要求15所述的半透射型显示装置，其中，所述两个电极和所述一个电极具有相同的尺寸。
17.根据权利要求15所述的半透射型显示装置，其中，所述两个电极夹着所述一个电极。
18.根据权利要求15所述的半透射型显示装置，其中，所述两个电极彼此电连接。
19.一种半透射型显示装置的驱动方法，所述半透射型显示装置包括为每个像素设置的反射电极，所述方法包括如下步骤：
利用所述反射电极进行反射显示操作，以及
利用所述像素的所述反射电极之间的空间进行透射显示操作。
20.一种电子系统，其包括如权利要求1~18之任一项所述的半透射型显示装置。
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