JP2014153549A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に係り、特に透過型の表示と反射型の表示とを両立する半透過型液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a transflective liquid crystal display device that achieves both a transmissive display and a reflective display.
屋外視認性を向上させる液晶表示装置として、透過モード及び反射モードの双方で画像を表示可能な半透過型液晶表示装置が知られている。この半透過型液晶表示装置は、液晶セル内部に設ける反射金属膜をパターニングして反射領域と透過領域とを形成し、反射領域による反射表示と透過領域による透過表示とを組み合わせている。さらに、反射領域に透明段差膜等を設けて、反射領域と透過領域とのセルギャップを変えて(マルチギャップ)光学特性の最適化を図っている(例えば、特許文献1、及び特許文献2を参照)。
As a liquid crystal display device that improves outdoor visibility, a transflective liquid crystal display device capable of displaying an image in both a transmission mode and a reflection mode is known. In this transflective liquid crystal display device, a reflective metal film provided inside a liquid crystal cell is patterned to form a reflective region and a transmissive region, and the reflective display by the reflective region and the transmissive display by the transmissive region are combined. Further, a transparent step film or the like is provided in the reflection region, and the cell gap between the reflection region and the transmission region is changed (multi-gap) to optimize the optical characteristics (for example,
このようなマルチギャップを有する液晶表示装置では、反射領域と透過領域との間に段差が形成されるため、この段差の境界に配向不良が生じ、光漏れが起こる。このため、コントラストが低下してしまうという問題がある。また、コントラストの低下を防ぐために、その段差部分を遮光した場合は、有効開口率が低下してしまうという問題がある。 In a liquid crystal display device having such a multi-gap, a step is formed between the reflective region and the transmissive region. Therefore, alignment failure occurs at the boundary of the step and light leakage occurs. For this reason, there is a problem that the contrast is lowered. In addition, when the step portion is shielded from light in order to prevent a decrease in contrast, there is a problem that the effective aperture ratio decreases.
また、セルギャップを変えるために反射領域に透明段差膜が必要となるため、透過型液晶表示装置等と比較して製造工程が増加してしまう。さらに、反射領域に透明段差膜を形成するために、反射領域を一部分に集めて配置する等、反射領域の配置にも制約がある。 Further, since a transparent step film is required in the reflective region in order to change the cell gap, the number of manufacturing steps is increased as compared with a transmissive liquid crystal display device or the like. Furthermore, in order to form a transparent step film in the reflection region, there is a restriction on the arrangement of the reflection region, for example, the reflection region is collected and arranged in a part.
本発明は、反射表示と透過表示とを両立させつつ、表示性能を向上させることが可能な液晶表示装置を提供する。 The present invention provides a liquid crystal display device capable of improving display performance while achieving both reflective display and transmissive display.
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第1及び第2の基板と、前記第1及び第2の基板間に挟まれ、無電界時に垂直配向(VA)となる液晶層と、反射領域及び透過領域を有し、前記反射領域及び前記透過領域のセルギャップが同じである画素と、前記第1の基板の画素領域に設けられた画素電極と、前記第2の基板に設けられた共通電極と、前記第1の基板かつ前記反射領域に設けられた反射膜とを具備する。前記反射膜の面積は、前記画素電極の面積の30%以下であることを特徴とする。 A liquid crystal display device according to one embodiment of the present invention includes a first substrate and a second substrate which are arranged to face each other, and a liquid crystal layer which is sandwiched between the first and second substrates and has vertical alignment (VA) when no electric field is applied. A pixel having a reflective region and a transmissive region, the cell region of the reflective region and the transmissive region being the same, a pixel electrode provided in a pixel region of the first substrate, and the second substrate A common electrode provided; and a reflective film provided on the first substrate and the reflective region. The area of the reflective film is 30% or less of the area of the pixel electrode.
本発明によれば、反射表示と透過表示とを両立させつつ、表示性能を向上させることが可能な液晶表示装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the liquid crystal display device which can improve display performance can be provided, making a reflective display and a transmissive display compatible.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of the drawings are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same portion is represented between the drawings, the dimensional relationship and ratio may be represented differently. In particular, the following embodiments exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention depends on the shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
[1.液晶表示パネル10の構成]
図1は、本実施形態に係る液晶表示パネル10の断面図である。本実施形態の液晶表示パネル10は、外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射領域と、バックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過領域とを1画素内に有する半透過型液晶表示パネルである。
[1. Configuration of liquid crystal display panel 10]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid
液晶表示パネル10の表示面と反対面には、面光源(バックライト)11が対向配置されている。このバックライト11は、例えば、サイドライト型(エッジライト型)のバックライト装置が用いられる。すなわち、バックライト11は、LED(発光ダイオード)等からなる複数の発光素子が導光板の端面から入射するように構成されており、導光板の一方の板面から画素アレイへ向けて光が出射される。例えば、バックライト11は、反射シート、導光板、拡散シート、及びプリズムシートが積層されて構成されている。
A surface light source (backlight) 11 is disposed opposite to the surface opposite to the display surface of the liquid
液晶表示パネル10は、スイッチング素子としてのTFT(Thin Film Transistor)、及び画素電極等が形成されるTFT基板21と、カラーフィルタ及び共通電極が形成されかつTFT基板21に対向配置されるカラーフィルタ基板(CF基板)22と、TFT基板21及びCF基板22間に挟持された液晶層23とを備えている。TFT基板21及びCF基板22はそれぞれ、透明基板(例えば、ガラス基板)から構成される。
The liquid
液晶層23は、TFT基板21及びCF基板22間を貼り合わせるシール材(図示せず)によって封入された液晶材料により構成されている。液晶材料は、TFT基板21及びCF基板22間に印加された電界に伴って液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の液晶表示パネル10は、垂直配向(VA:Vertical Alignment)型液晶を用いたVAモードが用いられる。すなわち、液晶層23としてネガ型(N型)のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、無電圧(無電界)時には基板面に対してほぼ垂直に配向させる。VAモードの液晶分子配列は、無電圧時に液晶分子の長軸(ダイレクタ)が垂直に配向し、電圧印加(電界印加)時に液晶分子のダイレクタが水平方向に向かって傾く。なお、液晶モードはホモジニアスモードでも良いが、コントラストを向上させる観点からは、VAモードの方が最適である。
The
TFT基板21には、画素12ごとに、TFT24、反射膜25、及び画素電極26が設けられる。また、TFT基板21には、TFT24、反射膜25、及び画素電極26を覆うように配向膜27が設けられる。なお、1つの表示画素(ピクセル)は、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタを有する3つのサブ画素により構成される。以下の説明では、表示画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。
A
画素12は、反射領域12R及び透過領域12Tを有する。反射領域12Rは、画素12のうち反射膜25が設けられた領域に対応し、透過領域12Tは、画素12のうち反射膜25が設けられていない領域に対応する。画素12の面積は、画素電極26の面積に対応する。本実施形態では、反射領域12R及び透過領域12Tの液晶層23の厚さ(セルギャップ)を同じにしている(フラットギャップ)。セルギャップは、液晶層23内に例えば柱状のスペーサ28を配置することで、画面全域にわたって均一性を保つことができる。
The
画素(表示部分)のうち反射領域の占める面積比を反射面積比と呼ぶ。
反射面積比=反射領域面積/画素面積(=反射膜面積/画素電極面積)
画素面積=反射領域面積+透過領域面積
本実施形態では、反射面積比は、0%より大きく30%以下に設定される。すなわち、反射膜25の面積は、画素面積(画素電極26の面積)の0%より大きく30%以下に設定される。反射面積比の詳細については後述する。
The area ratio occupied by the reflection region in the pixel (display portion) is called a reflection area ratio.
Reflection area ratio = reflection area / pixel area (= reflection film area / pixel electrode area)
Pixel Area = Reflection Area Area + Transmission Area Area In this embodiment, the reflection area ratio is set to be greater than 0% and 30% or less. That is, the area of the
TFT24は、TFT基板21の液晶層23側に形成され、画素12のオン/オフを切り替えるスイッチング素子である。すなわち、本実施形態の液晶表示パネル10は、アクティブマトリクス型の駆動方式を用いている。
The
反射膜25は、液晶表示パネル10の表示画面から入射する外光を反射する機能を有する。反射膜25は、透過表示として利用できないTFT24の上方に配置される。これにより、透過領域12Tの開口率(透過領域12Tの面積)を低下させることなく反射表示及び透過表示が可能になる。反射膜25は、例えば、蓄積容量(Cs)が形成されるレイヤー、または画素電極が形成されるレイヤーに配置される。
The
画素電極26は、画素12ごとに設けられ、画素12全面に形成されている。画素電極26は、液晶層23に電圧を印加するためのものであり、TFT24の電流経路の一端に電気的に接続される。画素電極26は、ITO(インジウム錫酸化物)等の透明導電膜からなる。配向膜27は、液晶分子の配向を制御する。
The
CF基板22には、カラーフィルタ30、共通電極31、配向膜32、及び突起33が設けられる。カラーフィルタ30は、CF基板22の液晶層23側に設けられ、赤、緑、青の3色のカラーフィルタ30−R、30−G、30−Bから構成される。カラーフィルタ30−R、30−G、30−Bは、画素電極26に対向する位置に配置され、サブ画素を構成する。カラーフィルタ30−R、30−G、30−Bの間には、混色を防ぐための遮光膜(ブラックマトリクス)30−BKが形成されている。
The
共通電極31は、カラーフィルタ30の液晶層23側に設けられ、全ての画素電極26を覆うサイズを有している。共通電極31は、ITO等の透明導電膜からなる。配向膜32は、配向膜27と対をなし、液晶分子の配向を制御する。本実施形態では、配向膜27及び31は、画素電極26と共通電極31との間に電位差がほぼ無い状態、つまり、画素電極26と共通電極31との間に電界が印加されていない状態で、液晶分子を基板面に対してほぼ垂直に配向させる。
The
突起33は、所定の位置に複数個設けられ、例えば円錐形を有している。突起33は、液晶分子が傾く方向を制御する。この複数の突起33により、液晶層23は、液晶分子が傾く方向が異なる複数の領域から構成され、液晶表示パネル10は、いわゆるマルチドメイン方式が適用される。マルチドメイン方式を用いることで、視野角依存性を改善することができる。
A plurality of
TFT基板21のバックライト11側には、位相差板34、偏光板35、拡散粘着材(拡散シート)36、及び反射偏光板(輝度向上フィルム)37が設けられる。CF基板22の表示面側には、位相差板38、拡散粘着材(拡散シート)39、及び偏光板40が設けられる。拡散粘着材36、39は、光を拡散(散乱)することで、透過光及び反射光を均一化する機能と、反射光の干渉(虹色)を軽減する機能とを有する。拡散粘着材39は、CF基板22及び位相差板38間に配置しても良い。
A
偏光板35、40は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な一方向の振動面を有する光、すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。偏光板35、40は、面内において吸収軸及び透過軸がそれぞれ直交するように配置される。
The
位相差板34、38は、屈折率異方性を有しており、面内において遅相軸及び進相軸がそれぞれ直交するように配置される。位相差板34、38は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション(λを透過する光の波長としたとき、λ/4の位相差)を与える機能を有している。すなわち、位相差板34、38は、λ/4板から構成される。位相差板34、38の遅相軸はそれぞれ、偏光板35、40の透過軸に対して45°に設定される。
The
反射偏光板37は、リサイクル効果により光の利用効率を高め、自身を透過する光の輝度を向上させる機能を有するフィルム(例えば、住友3M(株)製のDBEF)である。反射偏光板37は、面内において反射軸及び透過軸がそれぞれ直交するように配置され、透過軸は偏光板35の透過軸と平行になるように設定される。
The reflective
[2.液晶表示パネル10の具体例]
次に、液晶表示パネル10のより具体的な構成例について説明する。図2は、液晶表示パネル10のレイアウト図である。図2のレイアウト図は、TFT基板21の構成を主として示している。図3は、図2に示したA−A´線に沿った液晶表示パネル10の断面図である。図4は、図2に示したB−B´線に沿った液晶表示パネル10の断面図である。
[2. Specific example of liquid crystal display panel 10]
Next, a more specific configuration example of the liquid
TFT基板21上には、X方向に延在する走査線GLが設けられる。走査線GLは、TFT24のゲート電極として機能する。TFT基板21上には、ゲート電極GLを覆うように絶縁膜41が設けられる。ゲート電極GL上の絶縁膜41は、TFT24のゲート絶縁膜として機能する。
A scanning line GL extending in the X direction is provided on the
ゲート電極GLの上方かつ絶縁膜41上には、半導体層42が設けられる。この半導体層42は、例えば、アモルファスシリコン、又はポリシリコンから構成される。ゲート電極GLの両側かつ絶縁膜41上には、ソース電極43及びドレイン電極44が設けられる。ソース電極43及びドレイン電極44は、半導体層42に部分的に接触している。TFT24は、ゲート電極GL、ゲート絶縁膜41、ソース電極43及びドレイン電極44から構成される。
A
また、絶縁膜41上には、Y方向に延在する信号線SLが設けられる。信号線SLは、ソース電極43に電気的に接続される。信号線SLは、ブラックマトリクス30−BKの下方に配置される。
A signal line SL extending in the Y direction is provided on the insulating
TFT24及び信号線SL上には、絶縁膜45が設けられる。絶縁膜45上には、TFT24を覆うようにして反射膜25が設けられる。反射膜25は、画素12のうち反射領域12Rを形成する。また、絶縁膜45上には、X方向に延在する蓄積容量線48が設けられる。蓄積容量線48は、画素12ごとに設けられた蓄積容量Csを構成する。
An insulating
反射膜25及び蓄積容量線48上には、絶縁膜46が設けられる。絶縁膜46上には、画素電極26が設けられる。画素電極26は、コンタクトプラグ47によってドレイン電極44に電気的に接続される。なお、図2の構成例では、ドレイン電極44は、半導体層42に部分的に接触する第1の電極と、この第1の電極からコンタクトプラグ47の下まで延在する第2の電極とから構成される。
An insulating
図2のレイアウトでは、1つの画素12を2つのドメインに分割した2分割画素構造を採用している。1つの画素12の面積は、Y方向に延在する1つの画素電極26の面積に対応する。画素電極26は、中央部にスリットが設けてあり、このスリットを境にして両側に1つの画素12を構成する2つのドメインが配置される。液晶分子の配向を制御する突起33は、ドメイン毎に設けられる。画素12のY方向両端部にはそれぞれ、反射膜25−1、25−2が設けられる。画素電極26と反射膜25−1とが重なる領域が第1の反射領域12R−1であり、画素電極26と反射膜25−2とが重なる領域が第2の反射領域12R−2であり、反射領域12R−1、12R−2を合わせた領域が1つの画素12の反射領域12Rとなる。画素電極26のうち反射膜25−1、25−2と重ならない領域が透過領域12Tとなる。従って、本実施形態では、反射領域12R−1、12R−2を合計した面積が画素12の面積(画素電極26の面積)の30%以下に設定される。
The layout shown in FIG. 2 employs a two-divided pixel structure in which one
絶縁膜41、45、46は、透明絶縁材料から構成され、例えばシリコン窒化膜が用いられる。コンタクトプラグ47、及び蓄積容量線48は、透明導電材料から構成され、例えばITOが用いられる。反射膜25としては、例えばアルミニウム(Al)が用いられる。ソース電極43、ドレイン電極44、走査線GL、及び信号線SLは、例えば、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、タングステン(W)のいずれか、またはこれらの1種類以上を含む合金等が用いられる。
The insulating
[3.液晶表示装置の回路構成]
次に、上記のように構成された液晶表示パネル10を備えた液晶表示装置50の構成例について説明する。本実施形態では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置50を例に挙げて説明する。
[3. Circuit configuration of liquid crystal display device]
Next, a configuration example of the liquid crystal display device 50 including the liquid
図5は、液晶表示装置50のブロック図である。液晶表示装置50は、液晶表示パネル10、走査ドライバ(走査線駆動回路)51、信号ドライバ(信号線駆動回路)52、共通電圧供給回路53、電圧発生回路54、及び制御回路55を備えている。
FIG. 5 is a block diagram of the liquid crystal display device 50. The liquid crystal display device 50 includes a liquid
液晶表示パネル10には、それぞれがロウ方向(X方向)に延在する複数の走査線GLと、それぞれがカラム方向(Y方向)に延在する複数の信号線SLとが配設される。複数の走査線GLと複数の信号線SLとの交差領域の各々には、画素12が配置される。複数の画素12は、マトリクス状に配置される。
The liquid
図6は、画素アレイの回路図である。図6では、4つの画素を抽出して示している。画素12は、TFT24、液晶容量Clc、及び蓄積容量Csを備えている。
FIG. 6 is a circuit diagram of the pixel array. In FIG. 6, four pixels are extracted and shown. The
TFT24のソースは、信号線SLに電気的に接続される。TFT24のゲートは、走査線GLに電気的に接続される。TFT24のドレインは、画素電極26に電気的に接続される。画素電極26は、これに対向配置された共通電極31と、画素電極26及び共通電極31間に充填された液晶層23とともに、液晶容量Clcを構成する。
The source of the
蓄積容量Csは、液晶容量Clcに並列接続される。蓄積容量Csは、画素電極26に生じる電位変動を抑制すると共に、画素電極26に印加された画素電圧を次の画素電圧が再度印加されるまでの間保持する。蓄積容量Csは、画素電極26に対向配置された蓄積電極48と、画素電極26及び蓄積電極48間に形成された絶縁膜46とにより構成される。共通電極31及び蓄積電極48には、共通電圧供給回路53により共通電圧Vcomが印加される。
The storage capacitor Cs is connected in parallel to the liquid crystal capacitor Clc. The storage capacitor Cs suppresses the potential fluctuation generated in the
このように構成された画素12において、画素電極26に接続されたTFT24がオン状態となると、駆動電圧が信号線SLを介して画素電極に印加され、駆動電圧と共通電圧Vcomとの電圧差に応じて液晶の配向状態が変化する。これにより、入射光及び反射光に対する液晶の透過状態が変化して画像表示が行われる。
In the
走査ドライバ51は、複数の走査線GLに接続され、制御回路55からの垂直制御信号Vsに基づいて複数の走査線GLを順次駆動する。制御回路55からの垂直制御信号Vsは、1フレーム期間毎に印加される。「フレーム」とは、液晶表示パネル10の全画素に表示信号を供給して、1つの画像を表示させる期間である。また、走査ドライバ51は、制御回路55からの水平制御信号Hsを受ける毎に、1行分(1本の走査線分)のTFT24をオンするための走査信号をゲートオフレベルVglからゲートオンレベルVghに切り替える。水平制御信号Hsは、1行分の画素12に駆動電圧を供給するための期間である1水平期間毎に印加される。この水平制御信号Hsに同期して、走査ドライバ51は、走査線GLに順次、ゲートオンレベルVghを印加する。このとき、オン状態となったTFT24を介して信号線SLに印加された駆動電圧が画素電極26に印加される。
The
信号ドライバ52は、複数の信号線SLに接続され、制御回路55からの水平制御信号Hsに基づいて、1水平期間分の階調データD2を取り込む。そして、信号ドライバ52は、階調データD2に対応する駆動電圧を生成し、この駆動電圧を信号線SLに印加する。
The
一般的に、液晶表示装置では、液晶が充填される画素電極及び共通電極間の電界の極性を所定周期で反転させる反転駆動(交流駆動)が行われている。液晶表示パネルでは、上述のように、画素電極及び共通電極間の電界に応じて液晶の配列が決定されるが、画素電極及び共通電極間に同一極性の電界を印加し続けると、焼き付きが発生したり、液晶の劣化や破壊を引き起こしたりする原因となる。このため、画素電極及び共通電極間の電界の極性を周期的に反転させることで、液晶の劣化等を抑制している。反転駆動方式としてはライン反転駆動やフレーム反転駆動が一般的である。ライン反転駆動とは、電界の極性を走査線毎に反転させるとともに、フレーム期間毎にも反転させる方式である。また、フレーム反転駆動とは、各画素に対して電界の極性をフレーム期間毎に反転させる方式である。 Generally, in a liquid crystal display device, inversion driving (AC driving) is performed to invert the polarity of an electric field between a pixel electrode filled with liquid crystal and a common electrode at a predetermined period. In the liquid crystal display panel, as described above, the alignment of the liquid crystal is determined according to the electric field between the pixel electrode and the common electrode. However, if an electric field having the same polarity is continuously applied between the pixel electrode and the common electrode, burn-in occurs. Or cause deterioration or destruction of the liquid crystal. For this reason, the polarity of the electric field between the pixel electrode and the common electrode is periodically reversed to suppress deterioration of the liquid crystal. As the inversion driving method, line inversion driving and frame inversion driving are generally used. Line inversion driving is a method of inverting the polarity of an electric field for each scanning line and also for each frame period. The frame inversion driving is a method for inverting the polarity of the electric field for each pixel every frame period.
制御回路55は、水平制御信号Hs、垂直制御信号Vs、反転信号Pol、クロックCLK等の各種の制御信号を生成し、これら制御信号を走査ドライバ51、信号ドライバ52、及び共通電圧供給回路53に送る。また、制御回路55は、外部から画像データD1を受け、この画像データD1に基づいて、階調データD2を生成する。そして、この階調データD2を信号ドライバ52に送る。
The
共通電圧供給回路53は、制御回路55からの反転信号Polに基づいて、所定期間(1フレーム期間)毎に極性が反転する共通電圧Vcomを生成して表示画素に印加する。
Based on the inverted signal Pol from the
電圧発生回路54は、走査信号を生成するために必要な信号電圧Vgl、Vghを生成して走査ドライバ51に供給する。また、電圧発生回路54は、階調電圧を生成するために必要な信号電圧Vshを生成して信号ドライバ52に供給する。この他、電圧発生回路54は、ロジック電源を生成して走査ドライバ51及び信号ドライバ52に供給する。
The
図7は、図5に示した信号ドライバ52の一例を示すブロック図である。信号ドライバ52は、シフトレジスタ60、データラッチ回路61、レベルシフタ62、D/Aコンバータ(DAC)63、出力バッファ64、階調電圧生成回路65を備えている。なお、信号線SLの数はm本であるものとする。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the
シフトレジスタ60は、m個のフリップフロップを直列に接続して構成され、クロックCLKに同期して水平制御信号Hsを順次シフトする。そして、シフトレジスタ60は、m個のフリップフロップからサンプリングパルスSmpを順次出力する。
The
データラッチ回路61は、シフトレジスタ60のm個のフリップフロップに対応するm個のラッチ回路を備えている。データラッチ回路61は、サンプリングパルスSmpに同期して、制御回路55からシリアル入力される階調データD2を保持する。これにより、1水平期間分に相当するm個の画素に対応した階調データD2がデータラッチ回路61に取り込まれる。
The
レベルシフタ62は、データラッチ回路61に取り込まれた階調データD2を受け取り、後段のDAC63において適正な入力信号になるよう階調データD2の電圧レベルをシフトさせる。
The
階調電圧生成回路65は、電圧発生回路54から供給される電源電圧Vshを用いて、複数の階調レベルに対応する複数種類の階調電圧を生成し、これら階調電圧をDAC63に供給する。
The gradation
DAC63は、データラッチ回路61のm個のラッチ回路に対応するm個のDAC63−1〜63−mから構成されている。DAC63は、階調電圧生成回路65が生成した複数種類の階調電圧の中から、レベルシフタ62から送られる階調データD2に対応する階調電圧を選択する。なお、本実施形態では反転駆動方式を用いているため、階調電圧生成回路65は、正極性の階調電圧と負極性の階調電圧とを生成する。そして、DAC63は、極性信号Polに応じて、正極性の階調電圧と負極性の階調電圧とのいずれかを選択する。なお、階調電圧の正極性と負極性とは、共通電圧Vcomを基準としている。DAC63によって選択された階調電圧は、出力バッファ64−1〜64−mを介して、信号線SL1〜SLmに印加される。
The
[4.動作]
フラットギャップの半透過型パネルでは、透過表示より反射表示が相対的に強くなるような照度が高い環境下で画像表示を見る場合、駆動電圧を変化させずに透過表示の最適電圧のままにすると、反射表示の黄色味および白黒反転(白表示が暗く表示される)が強くなり、視認性が大きく低下する。この対策としては、駆動電圧を下げて、反射表示の黄色味および白黒反転を軽減することが考えられるが、駆動電圧を下げることにより、透過表示の輝度が低下してしまう。また、自動的に駆動電圧を変化させるには、周囲環境の照度をモニターするためのセンサー等が必要となる。
[4. Operation]
In flat-gap transflective panels, when viewing an image display in an environment with high illuminance where the reflective display is relatively stronger than the transmissive display, the optimal voltage for the transmissive display is maintained without changing the drive voltage. In addition, the yellowishness of the reflective display and black-and-white reversal (white display is displayed darkly) become strong, and the visibility is greatly reduced. As a countermeasure, it is conceivable to reduce the yellowness and black-and-white reversal of the reflective display by lowering the drive voltage. However, the brightness of the transmissive display is lowered by reducing the drive voltage. Further, in order to automatically change the drive voltage, a sensor for monitoring the illuminance of the surrounding environment is required.
そこで、本実施形態では、前述したように、反射領域と透過領域とのセルギャップを同じにすると共に、画素(表示部分)のうち反射領域の占める面積比である反射面積比を30%以下に設定する。さらに、駆動電圧は透過表示の最適電圧に設定する。このようにして、周囲環境に応じて駆動電圧を変化させることなく、反射表示および透過表示の最適化を図っている。 Therefore, in this embodiment, as described above, the cell gap between the reflective region and the transmissive region is made the same, and the reflective area ratio, which is the area ratio occupied by the reflective region in the pixel (display portion), is 30% or less. Set. Further, the drive voltage is set to the optimum voltage for transmissive display. In this way, the reflective display and the transmissive display are optimized without changing the drive voltage according to the surrounding environment.
まず、液晶表示パネル10に印加する階調電圧の設定方法について説明する。図8は、液晶表示パネル10の反射表示と透過表示とのV(電圧)−T(相対輝度)曲線を示すグラフである。図8の横軸は電圧(V)を表しており、縦軸は最大階調(全階調)に相当する輝度を100%とする相対輝度を表している。
First, a method for setting a gradation voltage applied to the liquid
各階調レベルに対応する相対輝度は、以下の式(1)で表される。 The relative luminance corresponding to each gradation level is expressed by the following equation (1).
相対輝度={階調レベル/(全階調−1)}γ ・・・(1)
図8では、簡略化のために、全階調を8(0階調から7階調まで)とする。また、ガンマ値γ=2.2とする。ただし、0階調のみは、電圧スイープ幅を小さくするために、適宜設定される。
Relative luminance = {gradation level / (all gradations-1)} γ (1)
In FIG. 8, for simplification, all gradations are set to 8 (from 0 gradation to 7 gradations). In addition, the gamma value γ = 2.2. However, only the 0th gradation is appropriately set in order to reduce the voltage sweep width.
図8に示した反射表示のVT曲線は、反射表示のみを考慮した最適な電圧である。図8に示した透過表示のVT曲線は、透過表示のみを考慮した最適な電圧である。最適な反射表示(若しくは透過表示)とは、滑らかな階調表示と正確な色表現が実現でき、階調とび(階調の減少)等に起因する輝度ムラが無いことを意味する。なお、反射表示とは、画素12のうち反射膜25が形成された反射領域12Rで反射された光を用いて画像を表示することをいう。透過表示とは、画素12のうち反射膜25が形成されていない透過領域12Tをバックライト11からの光が透過して画像を表示することをいう。
The VT curve of the reflective display shown in FIG. 8 is an optimum voltage considering only the reflective display. The VT curve of the transmissive display shown in FIG. 8 is an optimum voltage considering only the transmissive display. The optimum reflective display (or transmissive display) means that smooth gradation display and accurate color expression can be realized, and there is no luminance unevenness caused by gradation skip (gradation reduction) or the like. The reflective display refers to displaying an image using light reflected by the
図8から、反射表示と透過表示との階調電圧が決定される。反射表示の階調電圧は、0〜7階調の順にそれぞれ、Vr(0)〜Vr(7)と表記する。透過表示の階調電圧は、0〜7階調の順にそれぞれ、Vt(0)〜Vt(7)と表記する。本実施形態の液晶表示パネル10は、例えばノーマリブラック型であり、従って、Vr(0)及びVt(0)は、最も暗い黒表示であり、Vr(7)及びVt(7)は、最も明るい白表示である。
From FIG. 8, the gradation voltages for the reflective display and the transmissive display are determined. The gradation voltage of the reflective display is expressed as Vr (0) to Vr (7) in the order of 0 to 7 gradations. The gradation voltage of transmissive display is expressed as Vt (0) to Vt (7) in the order of 0 to 7 gradations. The liquid
周囲環境に応じて階調電圧を変化させる場合、階調電圧V(n)は、反射表示の階調電圧Vr(n)と透過表示の階調電圧Vt(n)との線形和で表される。階調電圧V(n)は、半透過表示時に画素電極26に印加される電圧である。nは、0〜7の整数である。階調電圧V(n)は、以下の式(2)で表される。
V(n)=α・Vr(n)+(1−α)・Vt(n)
(0≦α≦1) ・・・(2)
本実施形態では、周囲環境の照度によらず、透過表示に最適な駆動電圧を用いて液晶表示パネル10を動作させる。すなわち、“α=0”に設定され、“V(n)=Vt(n)”となる。このように、透過表示に最適な駆動電圧を用いることで、周囲環境の照度をモニターする必要がなくなり、また、駆動電圧のレベル制御も容易となる。
When the gradation voltage is changed according to the surrounding environment, the gradation voltage V (n) is expressed by a linear sum of the gradation voltage Vr (n) for reflective display and the gradation voltage Vt (n) for transmissive display. The The gradation voltage V (n) is a voltage applied to the
V (n) = [alpha] .Vr (n) + (1- [alpha]). Vt (n)
(0 ≦ α ≦ 1) (2)
In the present embodiment, the liquid
次に、上記手法によって算出された駆動電圧を用いた液晶表示装置50の駆動動作について説明する。制御回路55は、階調電圧V(0)〜V(7)(=Vt(0)〜Vt(7))を記憶回路(図示せず)にて記憶している。制御回路55は、外部の所定の映像ソース(CPU等)から画像データD1を受け取る。
Next, the driving operation of the liquid crystal display device 50 using the driving voltage calculated by the above method will be described. The
続いて、制御回路55は、画像データD1の階調レベルを算出する。続いて、制御回路55は、画像データD1の階調レベルnに対応する階調電圧V(n)を算出する。そして、制御回路55は、階調電圧V(n)をデジタル信号(階調データ)D2として生成し、この階調データD2を信号ドライバ52に送る。
Subsequently, the
続いて、信号ドライバ52は、階調データD2を取り込み、階調データD2に対応する階調電圧V(n)を生成する。同様にして、制御回路55及び信号ドライバ52により、1水平ライン分の階調電圧が生成される。そして、信号ドライバ52は、1水平ライン分の階調電圧を信号線SLに印加する。これにより、画素電極26には、TFT24を介して信号線SLから階調電圧が供給される。このような画素の駆動動作により、液晶表示パネル10は、最適な輝度を得ることができる。
Subsequently, the
図9は、液晶表示パネル10の偏光を説明する概略図である。偏光板35、40の矢印は透過軸を表し、位相差板(λ/4板)34、38の線は遅相軸を表している。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the polarization of the liquid
液晶層23がVAモードであるため、オフ状態(共通電極31及び画素電極26間の電位差がほぼゼロ)では、液晶分子の長軸が垂直方向を向いており、一方、オン状態(共通電極31及び画素電極26間に電位差を与える)では、液晶層23がマルチドメイン方式であるため、液晶分子の長軸があらゆる方向に角度θ(水平方向を基準として、0<θ<90°)だけ倒れる。オン状態における液晶層23の位相差をRe_Lとすると、“λ/4<Re_L<λ/2”となる。
Since the
オン状態における反射領域12Rでは、偏光板40を透過した外光(直線偏光)は、λ/4板38で円偏光になり、液晶層23で楕円偏光になる。続いて、反射膜25で反射された楕円偏光は、液晶層23で位相差Re_L、λ/4板38で位相差λ/4が与えられた後、偏光板40を透過して白表示となる。なお、λ/4板38から偏光板40に入射する光は完全な直線偏光ではないため、偏光板40を透過した光強度はいくらか小さくなる。
In the
透過領域12Tにおいても、外光がパネルを透過しバックライト上で反射して戻る反射表示光が存在する。オン状態における透過領域12Tでは、偏光板40を透過した外光(直線偏光)は、λ/4板38で円偏光になり、液晶層23で楕円偏光になる。続いて、液晶層23を透過した楕円偏光は、λ/4板34で位相差λ/4が与えられた後、偏光板35を透過する。続いて、バックライト11で反射した直線偏光は、偏光板35を透過した後、λ/4板34で円偏光になり、液晶層23で楕円偏光になる。続いて、液晶層23を透過した楕円偏光は、λ/4板38で位相差λ/4が与えられた後、偏光板40を透過して白表示となる。なお、λ/4板38から偏光板40に入射する光は完全な直線偏光ではないため、偏光板40を透過した光強度はいくらか小さくなる。
Even in the
一方、オフ状態では、液晶層23の位相差がほぼゼロである。よって、反射領域12Rでは、反射膜25により反射された光は、偏光板40に吸収されて黒表示となる。また、透過領域12Tでは、外光がバックライト11で反射された光は、偏光板40に吸収されて黒表示となる。
On the other hand, in the off state, the phase difference of the
次に、反射面積比を30%以下にする妥当性について説明する。図9に示すように、反射膜25で反射する光の反射率(反射領域12Rで反射する光の反射率)をR1、バックライト11で反射する光の反射率(透過領域12Tを透過する光の反射率)をR2と表す。また、反射領域12R及び透過領域12Tを合わせた1つの画素12全体の反射率をIと表す。反射率とは、偏光板40に入射する光強度を1とした場合に、反射膜25(或いはバックライト11)により反射されて偏光板40から出射する光強度の割合である。シミュレーションで使用するR1、R2、及びIはそれぞれ、以下の式(3)〜(5)で表される。
Next, the validity of setting the reflection area ratio to 30% or less will be described. As shown in FIG. 9, the reflectance of light reflected by the reflective film 25 (the reflectance of light reflected by the
R1(λ)=cos2(πRe/λ)cos2(2πΔn*d/λ)+sin2(2π△n*d/λ){1−(1/2)cos2(2πRe/λ)} ・・・(3)
R2(λ)=sin4(π△n*d/λ){1−cos2(2πRe/λ)+(3/8)cos4(2πRe/λ)} ・・・(4)
I(λ)=γR1(λ)+(1−γ)R2(λ) ・・・(5)
γ:反射面積比=反射領域/(反射領域+透過領域)の面積比
Re:λ/4板の位相差値(=135nm)
△n*:VA液晶の見かけの屈折率(複屈折性)
d:液晶層の厚さ
λ:波長
見かけの屈折率(複屈折性)△n*は、水平方向に対して液晶分子の長軸が角度θだけ傾いた場合に、角度依存性を考慮した屈折率であり、本実施形態では、光の進行方向から見た屈折率に対応する。見かけの屈折率△n*は、以下の式(6)で表される。
R 2 (λ) = sin 4 (πΔn * d / λ) {1-cos 2 (2πRe / λ) + (3/8) cos 4 (2πRe / λ)} (4)
I (λ) = γR 1 (λ) + (1−γ) R 2 (λ) (5)
γ: reflection area ratio = reflection area / (reflection area + transmission area) area ratio Re: retardation value of λ / 4 plate (= 135 nm)
Δn * : Apparent refractive index (birefringence) of VA liquid crystal
d: thickness of liquid crystal layer λ: wavelength Apparent refractive index (birefringence) Δn * is a refraction considering the angle dependence when the major axis of liquid crystal molecules is inclined by an angle θ with respect to the horizontal direction. In this embodiment, this corresponds to the refractive index viewed from the traveling direction of light. The apparent refractive index Δn * is expressed by the following formula (6).
no:液晶分子の短軸方向の屈折率
ne:液晶分子の長軸方向の屈折率
図10は、反射面積比と白の色度変化との関係を示すグラフである。図11は、図10の白の色度変化をプロットした部分を拡大した図である。図10及び図11では、オン状態(白表示)において反射面積比を0%から100%まで5%刻みで変化させた場合の白の色度変化をシミュレーションした結果をxy色度図上に示している。図10の×印は、C光源の白座標(0.310,0.316)を表わしている。なお、シミュレーションでは、カラーフィルタを考慮していない。
n o : refractive index in the minor axis direction of liquid crystal molecules n e : refractive index in the major axis direction of liquid crystal molecules FIG. 10 is a graph showing the relationship between the reflection area ratio and the change in chromaticity of white. FIG. 11 is an enlarged view of a portion where the change in white chromaticity in FIG. 10 is plotted. FIGS. 10 and 11 show on the xy chromaticity diagram the results of simulating the change in chromaticity of white when the reflection area ratio is changed from 0% to 100% in increments of 5% in the on state (white display). ing. The crosses in FIG. 10 represent the white coordinates (0.310, 0.316) of the C light source. In the simulation, the color filter is not taken into consideration.
図11において、C光源の白座標により近いものが良好な白表示とされる。図11には、良好な白表示を実現するための反射面積比の許容範囲(許容範囲1〜3)をC光源の白座標を中心とした円で示している。反射面積比が大きくなるにつれて、ユーザが嫌う黄色や緑色が視認されるようになる。
In FIG. 11, a white display closer to the white coordinate of the C light source is a good white display. In FIG. 11, the allowable range (
そこで、反射面積比をパラメータにした色度図上の軌跡で、C光源の白座標に近く、かつ、黄色の方向に行かない色度座標の範囲を選択すると、反射面積比は、0%より大きく30%以下に設定される。反射面積比を0%より大きく30%以下に設定することで、黄色や緑色を含まない良好な白表示が可能となる。 Therefore, when a range of chromaticity coordinates that is close to the white coordinate of the C light source and does not go in the yellow direction is selected from the locus on the chromaticity diagram using the reflection area ratio as a parameter, the reflection area ratio is less than 0%. Largely set to 30% or less. By setting the reflection area ratio to be larger than 0% and not more than 30%, it is possible to display good white without yellow and green.
また、反射膜25は、TFT24を完全に覆うことが望ましい。この場合、反射面積比の下限は、画素面積のうちTFT24の面積が占める割合に対応する。画素面積とTFT24の面積は、液晶表示パネル10のサイズやTFT24のサイズに応じて変化する。このため、反射面積比の下限は、液晶表示パネル10のサイズやTFT24のサイズに応じて最適に設計される。
Further, it is desirable that the
[5.効果]
以上詳述したように本実施形態では、半透過型の液晶表示パネル10において、画素の反射領域と透過領域とのセルギャップを変えず(フラットギャップ)に反射表示および透過表示の最適化を図っている。これにより、従来のマルチギャップの半透過型パネルで生じていた反射領域と透過領域との境界における配向不良が生じず、それに起因する光漏れを防ぐための遮光が必要なくなるため、開口率の低下を抑制することができる。また、従来のように反射領域と透過領域とのセルギャップを変えるための透明段差膜等を形成する必要がないため、製造工程が削減でき、ひいては製造コストを低減できる。
[5. effect]
As described above in detail, in this embodiment, in the transflective liquid
また、従来では、反射領域に透明段差膜を形成しているため、反射領域を一部分に集めて配置する等の制約があった。しかし、本実施形態では、フラットギャップ構造にしているため、画素内における反射領域の位置及び形状に制約はない。この結果、製造工程が簡略化でき、ひいては製造コストを低減できる。 Conventionally, since the transparent step film is formed in the reflection region, there is a restriction that the reflection region is collected and arranged in a part. However, in the present embodiment, since the flat gap structure is used, there is no restriction on the position and shape of the reflection region in the pixel. As a result, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
また、反射面積比を30%以下に制御することにより、良好な白表示を実現している。よって、周囲環境の照度による駆動電圧の最適化を行う必要がなく、透過表示に最適な駆動電圧で液晶表示パネル10を駆動できる。さらに、透過表示に最適な駆動電圧を用いた場合でも、反射表示の黄色味および白黒反転を軽減できるとともに、透過表示の輝度が低下するのを防ぐことができる。同時に、周囲環境の照度をモニターするためのセンサー等が必要ないため、液晶表示パネル10の構成及び駆動電圧の制御を簡略化できる。
Also, good white display is realized by controlling the reflection area ratio to 30% or less. Therefore, it is not necessary to optimize the driving voltage depending on the illuminance of the surrounding environment, and the liquid
また、表示として利用できないTFT24上に反射領域を配置することにより、透過領域の開口率を低下させることなく、反射表示および透過表示が可能になるととともに、反射膜25がTFT24の遮光を兼ねているため、TFT24に光が照射されることによるTFT24の誤動作を低減できる。さらに、カラーフィルタ側でTFT24を遮光する場合に比べて、開口率の低下を抑制することができる。
Further, by disposing the reflective region on the
また、本実施形態では、VAモードかつノーマリブラック型の液晶表示パネル10を実現している。これにより、液晶表示パネル10の表示画像におけるコントラストを向上させることができる。
In the present embodiment, the VA mode and normally black liquid
また、表偏光板40には、光の散乱機能を付加するために拡散粘着材39を配置している。これにより、屋外等の照度の高い環境で表示を見た場合に、CF基板22の裏面(カラーフィルタ30側)における反射の干渉を抑えることができる。また、裏偏光板35には、偏光板35の裏面(バックライト11側)に拡散粘着材36及び反射偏光板37を配置している。これにより、透過表示の輝度が上昇するとともに、バックライト11からの反射光の強度(反射率)が上昇する。
The front
なお、本実施形態の液晶表示パネル10は、画像表示機能を有する様々な電子機器に適用することが可能であり、例えば、携帯電話機、携帯情報端末、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、及びスキャナなどに適用できる。
The liquid
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、1つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and are obtained by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in one embodiment or by appropriately combining constituent elements disclosed in different embodiments. Various inventions can be configured. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements disclosed in the embodiments, the problems to be solved by the invention can be solved and the effects of the invention can be obtained. Embodiments made can be extracted as inventions.
GL…走査線、SL…信号線、10…液晶表示パネル、11…バックライト、12…画素、12R…反射領域、12T…透過領域、21…TFT基板、22…カラーフィルタ基板、23…液晶層、24…TFT、25…反射膜、26…画素電極、27,32…配向膜、28…スペーサ、30…カラーフィルタ、31…共通電極、33…突起、34,38…位相差板、35,40…偏光板、36,39…拡散粘着材、37…反射偏光板、41,45,46…絶縁膜、42…半導体層、43…ソース電極、44…ドレイン電極、47…コンタクトプラグ、48…蓄積容量線、50…液晶表示装置、51…走査ドライバ、52…信号ドライバ、53…共通電圧供給回路、54…電圧発生回路、55…制御回路、60…シフトレジスタ、61…データラッチ回路、62…レベルシフタ、63…D/Aコンバータ、64…出力バッファ、65…階調電圧生成回路。
GL ... scanning line, SL ... signal line, 10 ... liquid crystal display panel, 11 ... back light, 12 ... pixel, 12R ... reflection region, 12T ... transmission region, 21 ... TFT substrate, 22 ... color filter substrate, 23 ...
Claims (6)
前記第1及び第2の基板間に挟まれ、無電界時に垂直配向(VA)となる液晶層と、
反射領域及び透過領域を有し、前記反射領域及び前記透過領域のセルギャップが同じである画素と、
前記第1の基板の画素領域に設けられた画素電極と、
前記第2の基板に設けられた共通電極と、
前記第1の基板かつ前記反射領域に設けられた反射膜と、
を具備し、
前記反射膜の面積は、前記画素電極の面積の30%以下であることを特徴とする液晶表示装置。 First and second substrates disposed opposite to each other;
A liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates and having vertical alignment (VA) when no electric field is applied;
A pixel having a reflective region and a transmissive region, the cell gap of the reflective region and the transmissive region being the same;
A pixel electrode provided in a pixel region of the first substrate;
A common electrode provided on the second substrate;
A reflective film provided on the first substrate and the reflective region;
Comprising
The area of the reflective film is 30% or less of the area of the pixel electrode.
前記駆動電圧は、前記透過領域の階調表示に合わせて設定されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 A drive circuit for applying a drive voltage to the pixel electrode;
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the driving voltage is set in accordance with gradation display of the transmissive region.
前記反射膜は、前記トランジスタを覆うように配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。 A transistor provided on the first substrate and transferring a driving voltage to the pixel electrode;
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the reflective film is disposed so as to cover the transistor.
前記第2の基板と前記第2の偏光板との間に設けられ、光を拡散する拡散層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の液晶表示装置。 First and second polarizing plates provided so as to sandwich the opposed first and second substrates;
A diffusion layer provided between the second substrate and the second polarizing plate and diffusing light;
The liquid crystal display device according to claim 1, further comprising:
前記第1の偏光板の前記第1の基板と反対側に設けられた反射偏光板と、
前記第1の偏光板と前記反射偏光板との間に設けられ、光を拡散する拡散層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の液晶表示装置。 First and second polarizing plates provided so as to sandwich the opposed first and second substrates;
A reflective polarizing plate provided on the opposite side of the first polarizing plate from the first substrate;
A diffusion layer provided between the first polarizing plate and the reflective polarizing plate for diffusing light;
The liquid crystal display device according to claim 1, further comprising:
前記第2の基板と前記第2の偏光板との間に設けられた第2の位相差板と、
をさらに具備し、
前記第1及び第2の位相差板の位相差は、λ/4であることを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶表示装置。 A first retardation plate provided between the first substrate and the first polarizing plate;
A second retardation plate provided between the second substrate and the second polarizing plate;
Further comprising
6. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein a phase difference between the first and second retardation plates is λ / 4.
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