JP2001235744A - 反射型液晶装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接画素の電界の影響によるディスクリネー
ションを抑制し、明るく、コントラストの高い表示が得
られる反射型液晶装置を提供する。 【解決手段】 本発明の反射型液晶表示装置は、ＴＦＴ
アレイ基板１０に、複数の走査線と複数のデータ線とに
より区画された画素領域毎に設けられたＴＦＴ５および
共通電極９と、共通電極９との間で横電界を発生させる
画素電極８と、反射電極１４とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に横電界モード
を用いて表示を行う反射型液晶装置、および、電子機器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射モードの液晶表示方式を用いた投射
型液晶表示装置が従来から知られている。図１１は、こ
の種の投射型液晶表示装置の構成を示す平面図である。
本例の投射型液晶表示装置は、この図に示されるよう
に、光源１０１と、光源１０１からの出射光を平行光に
変換するレンズ１０２と、一方の偏光を反射するととも
に他方の偏光を透過する偏光ビームスプリッタ１０３
と、平行光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に
分離・合成するダイクロイックプリズム１０４などの光
学部材からなる色分離合成系とを有している。さらに、
この投射型液晶表示装置は、上記の色分離合成系で分離
された３原色の光を入射光とし、それぞれの色の画像信
号に応じて反射率を制御して反射する反射モードの液晶
ライトバルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂの３枚と、
この反射光を再び色分離合成系で合成し、スクリーン１
０６上に拡大投影する投射レンズ１０７とを有してい
る。

【０００３】図１２は、反射モードの液晶ライトバルブ
の要部構成を示す断面図である。この図に示されるよう
に、液晶ライトバルブには、素子基板１１０および対向
基板１１１の２枚の透明基板の間に枠状のシール材（図
示省略）が形成され、この空間に液晶１１３が封入され
た構成となっている。この液晶１１３は、負の誘電率異
方性を有して、電圧無印加時に液晶分子がほぼ垂直に配
向する一方、電圧印加時に液晶分子が水平に傾斜するも
のである（以下、垂直配向モードという）。

【０００４】また、素子基板１１０の上面には、反射膜
と画素電極とを兼ねた反射電極１１４が複数配置されて
いる。この素子基板１１０が、スイッチング素子として
例えば薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以
下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス
基板であったとすると、多数の反射電極１１４がマトリ
クス状に配置されるとともに、各反射電極１１４が、格
子状に配置されたデータ線（図示省略）および走査線
（図示省略）にＴＦＴ（図示省略）を介して接続された
構成となる。この反射電極１１４は、通常、銀やアルミ
ニウム等の金属で形成され、その表面は、対向基板１１
１の側から入射する光を反射する反射面となっている。
なお、反射電極１１４上には、配向膜（図示省略）が設
けられている。

【０００５】他方、対向基板１１１上には、隣接する反
射電極１１４の間に相当する領域に遮光膜１１６が設け
られている。ここで、対向基板１１１上には、遮光膜１
１６を覆う絶縁膜１１７が設けられ、さらに、絶縁膜１
１７上には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide：
以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる対向
電極１１８が設けられている。なお、対向電極１１８上
には、配向膜（図示省略）が設けられている。また、対
向基板１１１の外側には、位相差板１２０、偏光板１２
１が設けられている。

【０００６】ここで、液晶として垂直配向モードの液晶
を用いている理由は、次の通りである。すなわち、第１
に、垂直配向モードでは、液晶分子が基板面に対して垂
直に配列された状態（法線方向から見た光学的リターデ
ーションが無い状態）を黒表示として用いるため、黒表
示の画質が良く、高いコントラストが得られるからであ
る。第２に、正面コントラストに優れる垂直配向モード
では、一定のコントラストが得られる視角範囲が、水平
配向モードのツイステッド・ネマティック（Twisted Ne
matic：以下、ＴＮと略記する）液晶と比較して広いか
らである。第３に、垂直配向モードでは、液晶層がツイ
スト構造ではないので、ＴＮ方式に比較して応答速度が
速いからである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成に係る液晶ライトバルブでは、ディスクリネーシ
ョン（液晶の配向不良）の発生が避けられず、実際のと
ころ、明るく、コントラストの高い反射型液晶ライトバ
ルブを得るのは困難である、という問題があった。

【０００８】この点について図１３および図１４を参照
して説明する。図１３は、垂直配向モードの反射型液晶
表示装置において、選択電圧が印加されて明表示となる
べき場合に、液晶に印加される電界および液晶分子の配
列をシミュレーションして、画素領域にわたって光の透
過率がどのようになるかについて、パネルの上から見る
と仮定して示した平面図である。ここで、画素毎に印加
される電圧の様子は、同図の右に示されるとおり、ある
１つの画素電極において、共通電極に対し＋５Ｖ（以
下、画素電極の電圧は、共通電極に対して、また、共通
電極の電圧の設定は、液晶に印加する電圧幅の中心電圧
に対して、それぞれ設定される。）印加されたとする
と、その隣の画素電極には−５Ｖの電圧が印加されると
いうように、相隣接する画素電極には互いに逆極性の電
圧が印加されるドット反転駆動の駆動方式を採用すると
きのものである。また、本例では垂直配向モードの液晶
を用いているので、液晶分子は等電位線（図示省略）に
沿う方向に傾斜することになる。

【０００９】さて、図１３において、ある１つの画素領
域Ｒに着目すると、電極端から画素領域Ｒの中央にかけ
て、光の透過率が低下している。これは、隣接する画素
領域からの横方向の電界によって、画素領域Ｒにおける
液晶分子の配列が、図１４に示されるように乱れて、デ
ィスクリネーションが発生しているからである、と考え
られる。

【００１０】ここで、ドット反転駆動等の駆動方式を採
用しなければ、ディスリネーションについては抑制され
ると考えられるが、フリッカや輝度傾斜などの周知の問
題が発生するので、ドット反転駆動等の駆動方式を採用
さぜるを得ない。すなわち、ドット反転駆動等の駆動方
式を採用する以上、画素領域中央部のディスクリネーシ
ョンの抑制と画素領域端部のディスクリネーションとを
抑制しない限り、明るく、コントラストの高い表示は期
待できない。なお、ここでは垂直配向モードの場合を例
に挙げて説明したが、ディスクリネーションの発生につ
いては、水平配向モードのＴＮ液晶を用いた場合でも、
全く同様に発生する。

【００１１】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、隣接画素の電界の影響によるディ
スクリネーションを抑制し、明るく、コントラストの高
い表示が得られる反射型液晶装置およびこれを用いた電
子機器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の反射型液晶装置は、素子基板と対向基板と
からなる一対の基板間に液晶が挟持されてなる反射型液
晶装置であって、前記素子基板上に、複数の走査線と、
複数のデータ線と、これら走査線およびデータ線により
区画された画素領域毎に設けられたスイッチング素子お
よび画素電極と、該画素電極との間において基板面とは
略平行方向の電界を発生させる共通電極と、前記対向基
板側から前記液晶を透過して入射した光を反射する反射
層とが設けられたことを特徴としている。

【００１３】すなわち、本発明の反射型液晶装置は、素
子基板上に共通電極と画素電極とを設け、これら電極間
で横方向の電界を発生させる横電界モードの液晶装置を
反射型液晶装置に適用したものである。本発明者らは、
素子基板上に共通電極と画素電極とを備えた横電界モー
ドの反射型液晶装置について、図１３に示したのと同様
の液晶への印加電界と液晶分子の配列とのシミュレーシ
ョンを実施した。その結果、横電界モードの適用によっ
て隣接画素からの印加電界の影響を低減でき、特に画素
領域端部のディスクリネーションを充分に抑制できるこ
とを発見した。この構成により、従来に比べて明るく、
コントラストの高い表示が得られる反射型液晶装置が実
現可能となる。

【００１４】さらに液晶材料の誘電異方性を負にするこ
とで画素電極上端、および、画素電極端の配向不良を低
減し、誘電異方性が正の材料に比較して、明るい表示が
可能となる。

【００１５】また、反射層を導電性材料で形成し、反射
膜と電極とを兼ねる反射電極として機能する構成にして
もよい。さらに、位置関係として、共通電極を各画素領
域の両端部に設ける一方、画素電極を共通電極とは絶縁
状態とした上で各画素領域の中央部に設けてもよい。さ
らに、反射層を上述した導電性材料で形成することに代
えて、誘電体材料で形成していわゆる誘電体ミラーと
し、反射層に電圧を印加しない構成としてもよい。

【００１６】次に、上記目的を達成するために、本発明
の電子機器は、上記本発明の反射型液晶表示装置を備え
たことを特徴とするものである。このように、上記本発
明の反射型液晶表示装置を備えたことにより、従来より
明るく、コントラストの高い液晶表示部を有する電子機
器を実現することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）まず、本発
明の第１の実施形態について図を参照して説明する。

【００１８】図１は、この実施形態に係る反射型液晶表
示装置を構成するＴＦＴアレイ基板（素子基板）におい
て、隣接する２画素分の平面図であり、図２は、図１の
Ａ−Ａ’線に沿う断面図である。なお、図２において
は、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさと
するため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

【００１９】これらの図に示されるように、本実施形態
の反射型液晶装置は、互いに対向するＴＦＴアレイ基板
１０および対向基板１１の２枚の透明基板の間に、水平
配向モードの液晶１３が挟持された構成となっている。

【００２０】このうち、ＴＦＴアレイ基板１０上には、
図１において紙面縦方向に延びるデータ線２と、紙面横
方向に延びる走査線３とが格子状に設けられている。こ
れらデータ線２と走査線３とにより区画される各画素領
域Ｒの一角部には、ＴＦＴ５が設けられている。本実施
形態の場合、ＴＦＴ５は、図２に示されるように、ボト
ムゲート型ＴＦＴであり、走査線３から分岐したゲート
電極６上を半導体層７が横断するとともに、半導体層７
の一端にデータ線２（ＴＦＴ５ではソース電極に相当）
が接続される一方、半導体層７の他端に画素電極８（Ｔ
ＦＴ５ではドレイン電極に相当）が接続されている。

【００２１】また、画素領域Ｒの周縁部に沿って額縁状
の共通電極９が形成される一方、画素領域Ｒの中央部に
は紙面縦方向に画素電極８が延在している。

【００２２】したがって、このＴＦＴアレイ基板１０に
おいて、共通電極９と画素電極８との間に電圧が印加さ
れると、画素領域Ｒの端部で紙面縦方向に延在する共通
電極９の２辺と、画素領域Ｒの中央部で紙面縦方向に延
在する画素電極８との間に矢印Ｂ方向の横電界が生じる
構成となっている。なお、本実施形態において、液晶の
初期配向方向は、走査線２の延在方向に設定されている
ので、液晶の初期配向方向と、画素電極８および共通電
極９の形成方向とのなす角度については９０度に設定さ
れることになる。

【００２３】また、ＴＦＴアレイ基板１０上の全面に
は、アルミニウムや銀等の反射率の高い金属膜（導電性
材料）からなる反射電極１４（反射層）が形成されてい
る。この反射電極１４上には、第１の絶縁膜１５が形成
され、第１の絶縁膜１５上にゲート電極６を含む走査線
３と、共通電極９とが形成されている。次に、ゲート電
極６を含む走査線３と、共通電極９とを覆うようにＴＦ
Ｔ５のゲート絶縁膜となる第２の絶縁膜１６が形成さ
れ、第２の絶縁膜１６上に半導体層７が形成されてい
る。続いて、この半導体層７の両端にそれぞれ接するよ
うにデータ線２および画素電極８が形成され、そして、
これらの全面を覆うように第３の絶縁膜１７が形成され
ている。ここでは図示を省略したが、第３の絶縁膜１７
上には配向膜が形成されている。

【００２４】他方、対向基板１１上には、隣接する画素
領域Ｒ同士の間の領域を遮光する遮光膜１８が形成さ
れ、全面に配向膜（図示略）が形成されている。

【００２５】次に、このような電極構成において、従来
と同様に、液晶に印加される電界と液晶分子の配列とを
シミュレーションしてみる。図４は、このシミュレーシ
ョンによる光の透過率を４画素分にわたって示した平面
図である。この際、図３に示されるように、ある１つの
画素電極８に＋５Ｖの電圧が印加されたとすると、その
隣の画素電極８には−５Ｖの電圧が印加されるというよ
うに、隣接する画素電極８に逆極性の電圧が印加され
る、というライン反転駆動等の駆動方式を採用するもの
とする。なお、共通電極９には０Ｖが印加されている。
また、本実施形態では、水平配向モードの液晶が用いら
れているので、電極間に生じる電場に水平に傾斜するこ
とになる。

【００２６】本実施形態においても、画素領域Ｒの中央
部付近では他部と比較して暗くなっているので、ディス
クリネーションが発生することが判るが、その程度は、
図１３に示した従来例と比較して明らかに小さい。さら
に、画素領域Ｒの端部近傍においては、図１３に示した
従来例に比べて明るくなっているので、ディスクリネー
ションの発生が抑制されていることが確認される。

【００２７】したがって、本実施形態によれば、隣接す
る画素領域からの電界の影響による液晶分子の配列の乱
れが少なくなる結果、ディスクリネーションの発生が抑
制されるので、従来に比べて明るく、コントラストの高
い反射型液晶表示装置を実現することが可能となる。

【００２８】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。

【００２９】本実施形態の反射型液晶表示装置は、その
基本構造については上述した第１の実施形態と共通であ
るが、液晶材料として垂直配向モードの液晶を用いた点
において第１の実施形態とは相違している。

【００３０】ここで、本実施形態の電極構成および液晶
においても、第１の実施形態と同様に、液晶に印加され
る電界と液晶分子の配列とをシミュレーションしてみ
る。図５は、このシミュレーションによる光の透過率を
４画素分にわたって示した平面図である。なお、ここで
も、隣接する画素電極に逆極性の電圧が印加されるライ
ン反転駆動等の駆動方式を採用している。

【００３１】本実施形態では、垂直配向モードの液晶が
用いられているので、画素領域Ｒの中央部でのディスク
リネーションの発生が、水平配向モードを用いた第１の
実施形態（図４参照）と比較して抑えられている。これ
は、画素電極８上に発生する電界の垂直成分によって液
晶分子が傾斜しにくいためである。さらに、画素領域Ｒ
の端部近傍においては、より明るくなっていることか
ら、第１の実施形態と比較して、端部においてもディス
クリネーションの発生がより抑制されていることが判
る。

【００３２】したがって、本実施形態によれば、隣接す
る画素領域からの電界の影響による液晶分子の配列の乱
れがより少なくなって、ディスクリネーションの発生が
抑制されるので、従来例とはもちろんのこと、第１の実
施形態と比較しても明るく、コントラストの高い反射型
液晶表示装置を実現することが可能となる。

【００３３】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。本実施形態では、電極の平
面構成を、液晶プロジェクターの光学系に搭載されてい
る偏光ビームスピリッタ（以下、ＰＢＳと略す）に最適
化したものである。

【００３４】図６は、本実施形態における電極の平面構
成を示す平面図である。この図において、走査線２が延
在する方向と、画素電極８および共通電極９が延在する
方向とのなす角度は、７０度に設定されている。また、
液晶の初期配向は、走査線２の延在方向に設定されてい
る。したがって、液晶の初期配向方向と、画素電極８お
よび共通電極９の形成方向とのなす角度についても７０
度に設定されることになる。なお、本実施形態では、第
２実施形態と同様に、垂直配向モードの液晶が用いられ
ている。

【００３５】次に、本実施形態の電極構成および液晶に
おいても、第１および第２の実施形態と同様に、液晶に
印加される電界と液晶分子の配列とをシミュレーション
してみる。図７は、このシミュレーションによる光の透
過率を４画素分にわたって示した平面図である。また、
図７に示される４画素については、紙面縦方向に極性が
等しい電圧が印加されるライン反転駆動等の駆動方式を
採用している。

【００３６】本実施形態においても、第２の実施形態と
同様に、垂直配向モードの液晶が用いられているので、
画素領域Ｒの中央部でのディスクリネーションの発生が
抑えられている。さらに、第２の実施形態と比較して、
液晶の初期配向方向と、画素電極８および共通電極９の
形成方向とのなす角度が７０度に最適化されているの
で、画素領域Ｒが全域にわたって明るくなっている。

【００３７】したがって、本実施形態によれば、隣接す
る画素領域からの電界の影響による液晶分子の配列の乱
れがさらに少なくなって、ディスクリネーションの発生
が抑制されるので、従来例とはもちろんのこと、第１お
よび第２の実施形態と比較しても明るく、コントラスト
の高い反射型液晶表示装置を実現することが可能とな
る。

【００３８】（電子機器の例）次に、本発明の反射型液
晶装置を備えた電子機器の具体例について説明する。

【００３９】図８は、携帯電話の一例を示した斜視図で
ある。この図において、符号１０００は、携帯電話本体
を示し、符号１００１は、上記の液晶装置を用いた液晶
表示部を示している。

【００４０】図９は、液晶プロジェクターの一例を示し
た斜視図である。

【００４１】図１０は、ワープロ、パソコンなどの携帯
型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１０に
おいて、符号１２００は、情報処理装置、符号１２０２
はキーボードなどの入力部であり、符号１２０４は情報
処理装置本体であり、符号１２０６は上記の液晶装置を
用いた液晶表示部である。

【００４２】図８ないし図１０に示す電子機器は、上記
の反射型液晶装置を用いた液晶表示部を備えたものであ
るので、明るく、コントラストの高い直視型の表示部を
備えた電子機器を実現することができる。

【００４３】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば横電界を発生する共通電極や画素電極の平面配置、
寸法等に関しては、任意に設計することが可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
横電界モードの適用によって隣接画素からの電界の影響
を充分に低減でき、画素領域端部、電極上のディスクリ
ネーションを抑制できるので、従来に比べて明るく、コ
ントラストの高い表示が得られる反射型液晶装置を実現
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る反射型液晶表示
装置を構成するＴＦＴアレイ基板の画素の平面図であ
る。

【図２】 図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

【図３】 図１のＢ−Ｂ‘線に沿う断面図である。

【図４】 同反射型液晶表示装置の電極構成において液
晶への印加電界と液晶分子配列とのシミュレーション結
果を示す平面図である。

【図５】 本発明の第２実施形態に係る反射型液晶表示
装置の電極構成において液晶への印加電界と液晶分子配
列とのシミュレーション結果を示す平面図である。

【図６】 本発明の第３実施形態に係る反射型液晶装置
を構成するＴＦＴアレイ基板の画素の構成を示す平面図
である。

【図７】 同反射型液晶表示装置の電極構成において液
晶への印加電界と液晶分子配列とのシミュレーション結
果を示す平面図である。

【図８】 本発明の反射型液晶装置を備えた電子機器の
一例を示す斜視図である。

【図９】 本発明の反射型液晶装置を備えた電子機器の
他の例を示す斜視図である。

【図１０】 本発明の反射型液晶装置を備えた電子機器
のさらに他の例を示す斜視図である。

【図１１】 従来の投射型液晶表示装置の一構成例を示
す図である。

【図１２】 従来の反射モード液晶ライトバルブの一構
成例を示す図である。

【図１３】 従来の垂直配向モードの液晶表示装置にお
いて液晶への印加電界と液晶分子配列とのシミュレーシ
ョン結果を示す平面図である。

【図１４】 従来の垂直配向モードの液晶表示装置にお
けるディスクリネーションの発生の様子を示したもので
ある。

【符号の説明】

２…データ線 ３…走査線 ５…ＴＦＴ（スイッチング素子） ６…ゲート電極 ７…半導体層 ８…画素電極 ９…共通電極 １０…ＴＦＴアレイ基板（素子基板） １１…対向基板 １３…液晶 １４…反射電極（反射層）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子基板と対向基板とからなる一対の基
   板間に液晶が挟持されてなる反射型液晶装置であって、 前記素子基板上に、 複数の走査線と、 複数のデータ線と、 これら走査線およびデータ線により区画された画素領域
   毎に設けられたスイッチング素子および画素電極と、 該画素電極との間において基板面とは略平行方向の電界
   を発生させる共通電極と、 前記対向基板側から前記液晶を透過して入射した光を反
   射する反射層とが設けられたことを特徴とする反射型液
   晶装置。
2. 【請求項２】 前記液晶の誘電率異方性が負であること
   を特徴とする請求項１に記載の反射型液晶装置。
3. 【請求項３】 前記液晶の初期配向方向と前記画素電極
   の形成方向とのなす角度が７０度以上９０度以下にある
   ことを特徴とする請求項２に記載の反射型液晶装置。
4. 【請求項４】 相隣接する画素電極同士では、所定の電
   位を基準にして反転した電圧を印加することを特徴とす
   る請求項２に記載の反射型液晶装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の反射
   型液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。