JP2022072419A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】各画素が反射モードで表示を行う反射領域を含む液晶表示装置において、従来よりも反射率を向上させ、従来よりも明るい表示を実現する。【解決手段】液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、垂直配向型の液晶層とを備え、複数の画素を有する。各画素は、反射モードで表示を行う反射領域を含む。第１基板は、各画素内に位置する第１領域および互いに隣接する任意の２つの画素間に位置する第２領域を含む反射電極と、反射電極を覆うように設けられた透明絶縁層と、透明導電材料から形成され、各画素において透明絶縁層上に設けられた画素電極とを有する。第２基板は、対向電極を有する。行方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素、列方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素、または、すべての画素の液晶層に同極性の電圧が印加される。最高階調表示状態と最低階調表示状態とにおいて、画素電極と反射電極との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じである。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、各画素が反射領域を含む液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、一般に、透過型液晶表示装置と、反射型液晶表示装置とに大別される。透過型液晶表示装置は、バックライトから出射された光を用いた透過モードの表示を行う。反射型液晶表示装置は、周囲光を用いた反射モードの表示を行う。また、各画素が反射モードで表示を行う反射領域と透過モードで表示を行う透過領域とを含む液晶表示装置が提案されている。このような液晶表示装置は、半透過型（Transflective）または透過反射両用型液晶表示装置と呼ばれる。
反射型および半透過型液晶表示装置は、例えば、屋外で利用されるモバイル用途の中小型の表示装置として好適に用いられている。反射型液晶表示装置は、例えば特許文献１に開示されている。半透過型液晶表示装置は、例えば特許文献２に開示されている。
特開２０００－１２２０９４号公報 特開２００３－１３１２６８号公報
反射型および半透過型液晶表示装置、つまり、各画素が反射モードで表示を行う領域（反射領域）を含む液晶表示装置において、反射モードの表示における光の利用効率（反射率）のいっそうの向上（つまり反射モードでいっそう明るい表示を行い得ること）が要望されている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各画素が反射モードで表示を行う反射領域を含む液晶表示装置において、従来よりも反射率を向上させ、従来よりも明るい表示を実現することにある。
本明細書は、以下の項目に記載の液晶表示装置を開示している。
［項目１］
第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層と、
を備え、
複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域を含み、
前記第１基板は、
前記複数の画素のそれぞれ内に位置する第１領域、および、前記複数の画素のうちの互いに隣接する任意の２つの画素間に位置する第２領域を含む反射電極と、
前記反射電極を覆うように設けられた透明絶縁層と、
透明導電材料から形成され、前記複数の画素のそれぞれにおいて前記透明絶縁層上に設けられた画素電極と、
を有し、
前記第２基板は、前記画素電極および前記反射電極に対向するように設けられた対向電極を有し、
前記複数の画素のうちの行方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素、前記複数の画素のうちの列方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素、または、前記複数の画素のすべての画素、の前記液晶層に同極性の電圧が印加され、
最高階調表示状態と最低階調表示状態とにおいて、前記画素電極と前記反射電極との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じである、液晶表示装置。
［項目２］
前記反射電極は電気的に浮遊状態である、項目１に記載の液晶表示装置。
［項目３］
前記反射電極には接地電位が与えられる、項目１に記載の液晶表示装置。
［項目４］
前記複数の画素のそれぞれは、透過モードで表示を行う透過領域をさらに含み、
前記画素電極の一部が前記透過領域内に位置している、項目１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
［項目５］
前記対向電極は、透明導電材料から形成されている、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
［項目６］
前記反射電極の前記第１領域および前記第２領域のそれぞれは、凹凸表面構造を有する、項目１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
［項目７］
前記液晶層よりも観察者側に配置された光散乱層をさらに備える、項目１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
［項目８］
前記複数の画素のそれぞれに接続されたメモリ回路をさらに備える、項目１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
本発明の実施形態によると、各画素が反射モードで表示を行う反射領域を含む液晶表示装置において、従来よりも反射率を向上させ、従来よりも明るい表示を実現することができる。
本発明の実施形態による液晶表示装置１００を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置１００の３つの画素Ｐに対応した領域を示している。 液晶表示装置１００を模式的に示す断面図であり、図１中の２Ａ－２Ａ’線に沿った断面構造を示している。 液晶表示装置１００を模式的に示す断面図であり、図１中の２Ｂ－２Ｂ’線に沿った断面構造を示している。 図１に例示した構成を用いた階調表示の例を示す図である。 本発明の実施形態による他の液晶表示装置２００を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置２００の３つの画素Ｐに対応した領域を示している。 液晶表示装置２００を模式的に示す断面図であり、図４中の５Ａ－５Ａ’線に沿った断面構造を示している。 液晶表示装置２００を模式的に示す断面図であり、図４中の５Ｂ－５Ｂ’線に沿った断面構造を示している。 本発明の実施形態によるさらに他の液晶表示装置３００を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置３００の３つの画素Ｐに対応した領域を示している。 液晶表示装置３００を模式的に示す断面図であり、図６中の７Ａ－７Ａ’線に沿った断面構造を示している。 液晶表示装置３００を模式的に示す断面図であり、図６中の７Ｂ－７Ｂ’線に沿った断面構造を示している。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）
図１、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、本実施形態における液晶表示装置１００を説明する。本実施形態の液晶表示装置１００は、半透過型（透過反射両用型）の液晶表示装置である。図１は、液晶表示装置１００を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置１００の３つの画素Ｐに対応した領域を示している。図２Ａおよび図２Ｂは、液晶表示装置１００を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１中の２Ａ－２Ａ’線および２Ｂ－２Ｂ’線に沿った断面構造を示している。
液晶表示装置１００は、図１に示すように、複数の画素Ｐを有する。複数の画素Ｐは、複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列されている。複数の画素Ｐは、典型的には、赤を表示する赤画素ＰＲ、緑を表示する緑画素ＰＧおよび青を表示する青画素ＰＢを含む。
また、液晶表示装置１００は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ＴＦＴ基板（第１基板）１０と、ＴＦＴ基板１０に対向する対向基板（第２基板）２０と、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間に設けられた垂直配向型の液晶層３０とを備える。各画素Ｐは、反射モードで表示を行う反射領域Ｒｆと、透過モードで表示を行う透過領域Ｔｒとを含んでいる。図示している例では、透過領域Ｔｒにおける液晶層３０の厚さ（セルギャップ）ｄｔと、反射領域Ｒｆにおける液晶層３０の厚さ（セルギャップ）ｄｒとは同じである（つまりｄｔ＝ｄｒ）。画素Ｐ内に占める透過領域Ｔｒの面積の割合は、用途等に応じて適宜設定され得るが、例えば２０％以上９０％以下である。また、画素Ｐ内における透過領域Ｔｒの位置や形状も用途等に応じて適宜設定され得る。
ＴＦＴ基板１０は、複数の画素Ｐのそれぞれに設けられた画素電極１１と、画素電極１１に対して液晶層３０とは反対側（つまり画素電極１１よりも背面側）に位置する反射電極１２とを有する。ＴＦＴ基板１０は、さらに、第１層間絶縁層１３、第２層間絶縁層１４、コンタクト部ＣＰおよび第１配向膜１５を有する。
ＴＦＴ基板１０の構成要素（上述した画素電極１１等）は、基板１０ａによって支持されている。基板１０ａは、例えばガラス基板またはプラスチック基板である。
基板１０ａ上には、画素Ｐを駆動するための回路（バックプレーン回路）が形成されている（不図示）。ここでは、バックプレーン回路は、複数の画素Ｐのそれぞれに接続されたメモリ回路（例えばＳＲＡＭ）を有する。画素Ｐごとにメモリ回路が設けられた液晶表示装置は、「メモリ液晶」と呼ばれることもある。メモリ液晶の具体的な構成は、例えば、特許第５０３６８６４号公報（米国特許第８６９２７５８号明細書に対応）に開示されている。特許第５０３６８６４号公報および米国特許第８６９２７５８号明細書のすべての開示内容を参考のために本明細書に援用する。
第１層間絶縁層１３は、バックプレーン回路を覆うように設けられている。第１層間絶縁層１３の表面は、凹凸形状を有する。つまり、第１層間絶縁層１３は、凹凸表面構造を有する。凹凸表面構造を有する第１層間絶縁層１３は、例えば、特許第３３９４９２６号公報に記載されているように感光性樹脂を用いて形成され得る。
反射電極１２は、第１層間絶縁層１３上に設けられている。反射電極１２は、反射率の高い金属材料から形成されている。ここでは、反射電極１２を形成するための金属材料として銀合金を用いるが、これに限定されず、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いてもよい。反射電極１２の表面は、第１層間絶縁層１３の凹凸表面構造が反映された凹凸形状を有する。つまり、反射電極１２も凹凸表面構造を有する。反射電極１２の凹凸表面構造は、周囲光を拡散反射してペーパーホワイトに近い表示を実現するために設けられている。凹凸表面構造は、例えば、隣り合う凸部ｐの中心間隔が５μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下となるようにランダムに配置された複数の凸部ｐで構成され得る。基板１０ａの法線方向からみたとき、凸部ｐの形状は略円形または略多角形である。画素Ｐに占める凸部ｐの面積は、例えば約２０％から４０％である。凸部ｐの高さは、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。
第２層間絶縁層１４は、反射電極１２を覆うように設けられた透明絶縁層である。
画素電極１１は、第２層間絶縁層１４上に設けられている。つまり、画素電極１１は、透明絶縁層１４を介して反射電極１２上に配置されている。画素電極１１は、透明導電材料から形成されている。透明導電材料としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（登録商標））、またはこれらの混合物を用いることができる。画素電極１１は、メモリ回路を含むバックプレーン回路に電気的に接続されている。透過領域Ｔｒ内には、画素電極１１の一部が位置しており、反射領域Ｒｆには、画素電極１１の他の一部が位置している。
コンタクト部ＣＰは、第１層間絶縁層１３に形成された第１コンタクトホールＣＨ１および第２層間絶縁層１４に形成された第２コンタクトホールＣＨ２において、画素電極１１とバックプレーン回路とを電気的に接続する。図示している例では、コンタクト部ＣＰは、第１コンタクト電極１６、第２コンタクト電極１７および第３コンタクト電極１８から構成されている。
第１コンタクト電極１６は、第１コンタクトホールＣＨ１内に露出した電極（または配線の一部）である。第２コンタクト電極１７は、第１層間絶縁層１３上および第１コンタクトホールＣＨ１内に形成されており、第１コンタクトホールＣＨ１内で第１コンタクト電極１６に接続されている。また、第２コンタクト電極１７の一部は、第２コンタクトホールＣＨ２内に露出している。第３コンタクト電極１８は、第２コンタクトホールＣＨ２内において、第２コンタクト電極１７と画素電極１１とに接続されている。言い換えると、第３コンタクト電極１８は、第２コンタクト電極１７と画素電極１１との間に介在している。なお、図示している例では、第２コンタクト電極１７と同じ導電膜から（つまり第２コンタクト電極１７と同層に）形成された導電層１９が反射電極１２と第１層間絶縁層１３との間に介在している。また、第３コンタクト電極１８は、反射電極１２と同じ金属膜から（つまり反射電極１２と同層に）形成されている。導電層１９および第３コンタクト電極１８は、省略されてもよい。
対向基板２０は、対向電極（共通電極）２１および第２配向膜２５を有する。また、対向基板２０は、カラーフィルタ層および複数の柱状スペーサ（いずれも不図示）をさらに有する。対向基板２０の構成要素（上述した対向電極２１等）は、基板２０ａによって支持されている。基板２０ａは、例えばガラス基板またはプラスチック基板である。なお、対向基板２０は、互いに隣接する任意の２つの画素Ｐ間にはブラックマトリクス（遮光層）を有しない。
対向電極２１は、画素電極１１および反射電極１２に対向するように設けられている。対向電極２１は、透明導電材料から形成されている。対向電極２１を形成するための透明導電材料としては、画素電極１１と同様の材料を用いることができる。
カラーフィルタ層は、典型的には、赤画素ＰＲに対応する領域に設けられた赤カラーフィルタ、緑画素ＰＧに対応する領域に設けられた緑カラーフィルタ、および、青画素ＰＢに対応する領域に設けられた青カラーフィルタを含む。赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタおよび青カラーフィルタは、それぞれ赤色光、緑色光および青色光を透過する。
柱状スペーサは、液晶層３０の厚さ（セルギャップ）を規定する。柱状スペーサは、感光性樹脂から形成することができる。
液晶層３０は、誘電異方性が負の（つまりネガ型の）ネマチック液晶材料と、カイラル剤とを含む。液晶層３０は、例えば滴下法により形成することができる。
第１配向膜１５および第２配向膜２５は、それぞれ液晶層３０に接するように設けられている。ここでは、第１配向膜１５および第２配向膜２５のそれぞれは、垂直配向膜である。第１配向膜１５および第２配向膜２５の少なくとも一方は、配向処理を施されており、プレチルト方位を規定する。液晶層３０の液晶分子３１は、液晶層３０に電圧が印加されていない状態では垂直配向し（図２Ａ参照）、液晶層３０に所定の電圧が印加されると、倒れてツイスト配向する。このように、液晶層３０は、垂直配向型の液晶層である。
また、ここでは図示していないが、液晶表示装置１００は、ＴＦＴ基板１０の背面側および対向基板２０の観察者側に配置された一対の偏光板をさらに備える。一対の偏光板は、例えばノーマリブラックモードで表示が行われるように配置される。
反射電極１２は、複数の画素Ｐのそれぞれ内に位置する第１領域１２ａと、互いに隣接する任意の２つの画素Ｐ間に位置する第２領域１２ｂとを含んでいる。反射電極１２の凹凸表面構造は、第１領域１２ａおよび第２領域１２ｂのそれぞれに形成されている。つまり、第１領域１２ａだけでなく第２領域１２ｂも凹凸表面構造を有している。
液晶表示装置１００は、メモリ液晶で階調表示を行うための構成を有する。具体的には、液晶表示装置１００の各画素Ｐは、図１に示すように、複数のサブ画素Ｓｐに分割されている。図１には、１つの画素Ｐが３つのサブ画素Ｓｐに分割された例を示している。この例では、画素電極１１は、３つのサブ画素電極１１ａに分割されている。３つのサブ画素電極１１ａのうち、図中の上側および下側に配置されている２つのサブ画素電極１１ａは、共通の１つのメモリ回路に電気的に接続されており、図中の中央に配置されている１つのサブ画素電極１１ａは、別の１つのメモリ回路に電気的に接続されている。つまり、各画素Ｐに対して２つのメモリ回路が設けられている。
図１に示したように画素Ｐが分割されていることにより、図３に示すように、面積階調法による４階調表示を行うことができる。具体的には、図３のもっとも左側に示しているように、３つのサブ画素Ｓｐをすべて黒表示状態にすることにより、１画素Ｐ全体として黒表示を行うことができ、図３の左側から２番目に示しているように、２つのサブ画素Ｓｐを黒表示状態とし、１つのサブ画素Ｓｐを白表示状態とすることにより、１画素Ｐ全体として暗い中間調表示を行うことができる。また、図３の左側から３番目に示しているように、２つのサブ画素Ｓｐを白表示状態とし、１つのサブ画素Ｓｐを黒表示状態とすることにより、１画素Ｐ全体として明るい中間調表示を行うことができ、図３のもっとも右側に示しているように、３つのサブ画素Ｓｐをすべて白表示状態にすることにより、１画素Ｐ全体として白表示を行うことができる。
なお、３つのサブ画素電極１１ａが、それぞれ別のメモリ回路に電気的に接続されていても（つまり各画素Ｐに３つのメモリ回路が設けられていても）よい。
液晶表示装置１００では、以下の駆動方式のいずれかが用いられる。
方式（Ａ）：複数の画素Ｐのうちの行方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素Ｐの液晶層３０に同極性の電圧が印加される。行ライン反転駆動（Ｈライン反転駆動）と呼ばれる駆動方式であり、複数行ごとに極性が反転する態様（２Ｈライン反転駆動等）も含む。
方式（Ｂ）：複数の画素Ｐのうちの列方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素Ｐの液晶層３０に同極性の電圧が印加される。列ライン反転駆動（Ｖライン反転駆動）と呼ばれる駆動方式であり、複数列ごとに極性が反転する態様（２Ｖライン反転駆動等）も含む。
方式（Ｃ）：複数の画素Ｐのすべての画素Ｐの液晶層３０に同極性の電圧が印加される。フィールド反転駆動（フレーム反転駆動）と呼ばれる駆動方式である。
また、液晶表示装置１００では、反射電極１２は電気的に浮遊状態（フローティング状態）である。このことにより、後述するように、最高階調表示状態（白表示状態）と最低階調表示状態（黒表示状態）とにおいて、画素電極１１と反射電極１２の間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じとなる。
上述したように、本実施形態の液晶表示装置１００では、反射電極１２が、画素Ｐ内に位置する第１領域１２ａだけでなく、隣接する２つの画素Ｐ間に位置する第２領域１２ｂを含んでいる。従って、画素Ｐ間の領域も反射表示に寄与させることができるので、反射開口率（表示領域内で反射モードの表示に寄与する領域が占める割合）が向上し、反射率のいっそうの向上を図ることができる。そのため、反射モードでいっそう明るい表示を行うことができる。なお、従来の一般的な反射型液晶表示装置では画素電極が反射電極である（反射電極が画素電極として機能する）ので、反射電極を画素間に配置することはできない。
また、本実施形態の液晶表示装置１００は、従来の半透過型液晶表示装置における以下のような問題を解決し得る。
半透過型の液晶表示装置として、隣接する画素間の領域を透過モードの表示に用いる構成が知られている。しかしながら、画素間には画素電極が存在していないので、画素間に位置する液晶分子を所望の方向に十分に配向させることはできず、透過率が低いという問題があった。また、画素間は、画素電極のエッジ近傍に生成される斜め電界による配向とラビング処理による配向との整合性が良くない領域を含んでおり、液晶分子の配向が不安定である。このように画素間の配向が不安定な領域を透過モードの表示に用いるので、透過モードの表示において配向不良に起因する表示不良（残像等）が発生していた。さらに、反射電極の凹凸表面構造による配向変化が画素間の領域（透過表示に用いられる領域）にまで及ぶことも、表示不良の一因となっていた。
これに対し、本実施形態の液晶表示装置１００では、透過領域Ｔｒ内に画素電極１１が存在しているので、透過領域Ｔｒ内の液晶分子を所望の方向に十分に配向させることができる。そのため、透過率が向上する。
また、配向が安定な領域を透過モードの表示に用いることと、画素電極１１が凹凸表面構造を有している必要がない（画素電極１１と分離した反射電極１２が凹凸表面構造を有していればよい）ことから、透過モードの表示における配向不良に起因した表示不良を改善することができる。
さらに、本実施形態の液晶表示装置１００では、上述した方式（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれかで駆動が行われる。これにより、反射率を向上する（表示を明るくする）効果が高くなる。以下、この理由を説明する。
液晶表示装置の駆動方式として、ドット反転駆動と呼ばれる方式がよく知られており、広く用いられている。ドット反転駆動では、複数の画素のうちの互いに隣接する任意の２つの画素の液晶層に、異なる極性の電圧が印加される。つまり、行方向に沿って１画素ごとに印加電圧の極性が反転し、列方向に沿っても１画素ごとに印加電圧の極性が反転する。ドット反転駆動のように、隣接画素同士で液晶層への印加電圧の極性が逆である場合、画素間に発生する斜め電界の影響により、画素間に位置する液晶分子が、明るさに寄与するように配向しないおそれがある。
これに対し、本実施形態では、行方向および列方向の少なくとも一方に沿っては、隣接する画素Ｐ同士で印加電圧の極性が同じである（反転しない）ので、同極性の電圧が印加される画素Ｐ同士の間に位置する液晶分子３１を、明るさに寄与するように配向させることができる。そのため、反射率を向上する効果が高くなる。なお、反射率のいっそうの向上を図る観点からは、方式（Ａ）および（Ｂ）よりも、方式（Ｃ）が好ましい。つまり、複数の画素Ｐのすべての画素Ｐの液晶層３０に同極性の電圧が印加される、フィールド反転駆動が好ましい。
また、上述したように、本実施形態では、反射電極１２はフローティング状態である。
これに対し、対向電極に与えられる電位（共通電位）と同じ電位を反射電極に与えることが考えられる。また、本願発明者は、最高階調表示時に画素電極に与えられる電位（白表示電位）と同じ電位を反射電極に与えることも検討した。しかしながら、いずれの場合についても、高温環境下での黒／白固定パターン表示（焼付き試験）において、黒表示部と白表示部とでフリッカの様子が異なり、０．５Ｈｚ駆動等の低周波駆動の際に全面白表示で観察を行うと焼付きが視認されることがわかった。駆動周波数を３０Ｈｚ等に高くすると上述したような焼付きは生じないと考えられるが、その場合には消費電力が増加してしまう。
焼付きが生じる原因は、黒表示部と白表示部とで、反射電極－画素電極間への電圧のかかり方が異なることと考えられる。反射電極に共通電位を与える場合、黒表示時には反射電極－画素電極間に電位差は生じないが、白表示時には反射電極－画素電極間に電位差が生じる。また、反射電極に白表示電位を与える場合、白表示時には反射電極－画素電極間に電位差は生じないが、黒表示時には反射電極－画素電極間に電位差が生じる。このような表示ごとの電圧のかかり方の違いが、低周波数で固定パターン表示を続けるうちに液晶分子の配向状態に影響を与え、焼付きが発生したと考えられる。
これに対し、本実施形態のように反射電極１２がフローティング状態であると、後述するように、白表示状態と黒表示状態とで反射電極１２と画素電極１１の間への印加電圧の時間平均が同じとなる。そのため、焼付きの発生が抑制されるので、低周波駆動を好適に行うことができる。
［焼付きの改善効果の検証結果］
本実施形態の液晶表示装置１００を作製し（実施例１）、焼付きの改善効果を検証した結果を説明する。作製した液晶表示装置１００の画面サイズは１．２型であり、１つの画素Ｐのサイズは、縦１２６μｍ×横４２μｍであった。ＴＦＴ基板１０の第１配向膜１５および対向基板２０の第２配向膜２５のうち、第２配向膜２５にのみラビング処理を行った。従って、第１配向膜１５および第２配向膜２５のうち、第２配向膜２５のみがプレチルト方位を規定する。液晶層３０の厚さ（セルギャップ）は３μｍであり、液晶層３０の液晶材料には、白電圧印加時においてツイスト角が７０°となるようにカイラル剤を添加した。ＴＦＴ基板１０の背面側および対向基板２０の観察者側に、それぞれ円偏光板を配置した。駆動方式は、フィールド反転駆動（方式（Ｃ））である。
表１に、実施例１において対向電極２１、画素電極１１および反射電極１２に与えられる電位を示す。なお、表１中の「正極性」、「負極性」は、それぞれ液晶層３０への印加電圧が正極性、負極性であることを意味している。
Figure 2022072419000002
表１中の正極性に対応する電位と負極性に対応する電位とを周期的に切り替えることにより、白表示時の液晶層３０（画素電極１１と対向電極２１との間）には、正極性の電圧（＋３Ｖ）と負極性の電圧（－３Ｖ）とが交互に印加される。表１に示しているように、反射電極１２は、フローティング状態である。画素電極１１と反射電極１２の間の電圧（電位差）に着目すると、白表示の正極性時と黒表示の負極性時とが同じ状態であり（いずれも画素電極１１の電位が３Ｖで反射電極１２がフローティング状態）、また、白表示の負極性時と黒表示の正極性時とが同じ状態である（いずれも画素電極１１の電位が０Ｖで反射電極１２がフローティング状態）。これは、白表示状態と黒表示状態とにおいて、画素電極１１と反射電極１２との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じであることを意味している。
実施例１との比較のため、比較例１および２の液晶表示装置を作製した。比較例１は、対向電極と反射電極とに同じ電位が与えられる点において、実施例１と異なる。比較例２は、反射電極に白表示電位が与えられる点において、実施例１と異なる。表２および表３に、比較例１および２において対向電極、画素電極および反射電極に与えられる電位を示す。
Figure 2022072419000003
Figure 2022072419000004
比較例１では、表２に示すように、白表示の際には画素電極と反射電極の間に電位差があるのに対し、黒表示の際には画素電極と反射電極の間に電位差がない。また、比較例２では、表３に示すように、白表示の際には画素電極と反射電極との間に電位差がないのに対し、黒表示の際には画素電極と反射電極との間に電位差がある。このように、比較例１および２のいずれについても、白表示と黒表示とで画素電極－反射電極間への電圧のかかり方が異なっている。
実施例１、比較例１および２について、環境温度７５℃で白と黒の固定チェッカーパターンを７５０時間連続表示させた後に全面白表示を行い、白を表示していた部分と黒を表示していた部分のフリッカ値を測定した。さらにその状態で、目視観察により焼付き（チェッカーパターンの跡）が見えるか否かを評価した。フリッカ値の測定は、具体的には、以下のようにして行った。まず、白表示時の明るさの時間変化を測定した。極性切替に伴って明るさが周期的に変化するので、明るさの最大値Ｂｍａｘ、最小値Ｂｍｉｎおよび平均値Ｂａｖｅを求め、下記式に代入することにより、フリッカ値Ｆを得た。表４に、フリッカ値の測定および目視評価の結果を示す。
Ｆ＝１０ｌｏｇ１０｛（Ｂｍａｘ－Ｂｍｉｎ）／Ｂａｖｅ｝
Figure 2022072419000005
表４に示すように、実施例１では、比較例１および２に比べ、白表示部と黒表示部とのフリッカ値の違いが小さかった。また、比較例１および２では目視評価で焼付きが見えたのに対し、実施例１では目視評価で焼付きが見えなかった。
このように、実施例１では、焼付きが改善された。これは、白表示状態と黒表示状態とにおいて画素電極１１と反射電極１２との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じであることにより、白表示部と黒表示部とでフリッカ値の違いが小さくなったためと考えられる。
なお、反射電極１２がフローティング状態である構成を例示したが、反射電極１２に接地電位を与えてもよい。反射電極１２に接地電位を与えることによっても、白表示状態と黒表示状態とで反射電極１２と画素電極１１の間への印加電圧の時間平均を同じとすることができる。そのため、焼付きの発生が抑制され、低周波駆動を好適に行うことができる。反射電極１２に接地電位を与える構成（実施例２）について、焼付きの改善効果を検証した結果を説明する。
表５に、実施例２において対向電極２１、画素電極１１および反射電極１２に与えられる電位を示す。
Figure 2022072419000006
表５中の正極性に対応する電位と負極性に対応する電位とを周期的に切り替えることにより、白表示時の液晶層３０（画素電極１１と対向電極２１との間）には、正極性の電圧（＋３Ｖ）と負極性の電圧（－３Ｖ）とが交互に印加される。表５に示すように、反射電極１２に与えられる電位は、接地電位、すなわち極性に関わらず常時０Ｖである。画素電極１１と反射電極１２の間の電圧（電位差）に着目すると、白表示の正極性時と黒表示の負極性時とが同じ状態であり（いずれも画素電極１１の電位が３Ｖで反射電極１２の電位が０Ｖ）、また、白表示の負極性時と黒表示の正極性時とが同じ状態である（いずれも画素電極１１の電位が０Ｖで反射電極１２の電位が０Ｖ）。これは、白表示状態と黒表示状態とにおいて、画素電極１１と反射電極１２との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じであることを意味している。
表６に、実施例２について、フリッカ値の測定および目視評価の結果を示す。
Figure 2022072419000007
表６に示すように、実施例２においても、比較例１および２に比べ、白表示部と黒表示部とのフリッカ値の違いが小さかった。また、比較例１および２では目視評価で焼付きが見えたのに対し、実施例２では目視評価で焼付きが見えなかった。
このように、実施例２では、焼付きが改善された。これは、白表示状態と黒表示状態とにおいて画素電極１１と反射電極１２との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じであることにより、白表示部と黒表示部とでフリッカ値の違いが小さくなったためと考えられる。
なお、本実施形態の液晶表示装置１００では、画素Ｐ間の領域を反射モードの表示に寄与させるので、対向基板２０は、複数の画素Ｐのうちの互いに隣接する任意の２つの画素Ｐ間にブラックマトリクスを有しないことが好ましい。
また、本実施形態では、反射電極１２を覆うように透明絶縁層１４が設けられており、透明導電材料から形成された画素電極１１が透明絶縁層１４上に配置されている。そのため、透明導電材料から形成された画素電極１１と、透明導電材料から形成された対向電極２１とが液晶層３０を介して対向している。これに対し、一般的な反射型液晶表示装置では、画素電極が反射電極であるので、金属材料から形成された画素電極（反射電極）と、透明導電材料から形成された対向電極とが、液晶層を介して対向している。そのため、金属材料と透明導電材料との仕事関数の差に起因したフリッカが発生することがある。本実施形態では、画素電極１１と、対向電極２１とが同種の電極材料（いずれも透明導電材料）から形成されていることにより、このようなフリッカの発生が抑制される。
［他の態様］
ここでは、画素Ｐごとにメモリ回路を有するバックプレーン回路を例示したが、バックプレーン回路はこの例に限定されない。バックプレーン回路は、一般的なアクティブマトリクス基板のように、画素電極１１に接続されたＴＦＴおよびＴＦＴに接続されたゲートバスライン、ソースバスラインなどを含んでいてもよい。ＴＦＴは、例えば、活性層として、アモルファスシリコン層、ポリシリコン層、またはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体を含む酸化物半導体層を有するＴＦＴ（特開２０１４－００７３９９号公報参照）である。特開２０１４－００７３９９号公報を参考のために本明細書に援用する。
また、一方の垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定するＶＡ－ＨＡＮモードを例示したが、両方の垂直配向膜がプレチルト方位を規制するＶＡ－ＴＮモードであってもよい。
また、透過領域Ｔｒにおけるセルギャップｄｔと、反射領域Ｒｆにおけるセルギャップｄｒが同じである構成を例示したが、透過領域Ｔｒのセルギャップｄｔが反射領域Ｒｆのセルギャップｄｒよりも大きい（つまりｄｔ＞ｄｒ）構成を採用してもよい。
透過モードの表示に用いられる光が液晶層３０を１回だけ通過するのに対し、反射モードの表示に用いられる光は液晶層３０を２回通過する。そのため、透過領域Ｔｒのセルギャップｄｔが反射領域Ｒｆのセルギャップｄｒよりも大きいと、透過モードの表示に用いられる光と反射モードの表示に用いられる光に対する液晶層３０のリタデーションを近くすることができ、透過領域Ｔｒと反射領域Ｒｆの両方にとって好ましい（より明るい表示を実現できる）電圧－輝度特性が得られる。
透過領域Ｔｒと反射領域Ｒｆの両方でより明るい表示を行う観点からは、透過領域Ｔｒのセルギャップｄｔと、反射領域Ｒｆのセルギャップｄｒとは、ｄｔ＝２ｄｒの関係を実質的に満足することが好ましい。
また、各画素Ｐが複数のサブ画素Ｓｐに分割されている構成を例示したが、各画素Ｐは複数のサブ画素Ｓｐに分割されていなくてもよい。
（実施形態２）
図４、図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら、本実施形態における液晶表示装置２００を説明する。本実施形態の液晶表示装置２００は、反射型の液晶表示装置である。図４は、液晶表示装置２００を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置２００の３つの画素Ｐに対応した領域を示している。図５Ａおよび図５Ｂは、液晶表示装置２００を模式的に示す断面図であり、それぞれ図４中の５Ａ－５Ａ’線および５Ｂ－５Ｂ’線に沿った断面構造を示している。以下では、本実施形態の液晶表示装置２００が、実施形態１における液晶表示装置１００と異なる点を中心に説明を行う。
本実施形態の液晶表示装置２００は、複数の画素Ｐのそれぞれが透過領域Ｔｒを含まない点において、実施形態１の液晶表示装置１００と異なっている。
本実施形態の液晶表示装置２００においても、反射電極１２が、隣接する２つの画素Ｐ間に位置する第２領域１２ｂを含んでいることにより、画素Ｐ間の領域も反射表示に寄与させることができる。そのため、反射開口率が向上し、反射率のいっそうの向上を図ることができる。また、上述した方式（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれかで駆動が行われることにより、反射率を向上する（表示を明るくする）効果が高くなる。
さらに、本実施形態の液晶表示装置２００においても、白表示状態と黒表示状態とで反射電極１２と画素電極１１の間への印加電圧の時間平均を同じとすることにより、焼付きの発生を抑制し、低周波駆動を好適に行うことができる。
（実施形態３）
図６、図７Ａおよび図７Ｂを参照しながら、本実施形態における液晶表示装置３００を説明する。図６は、液晶表示装置３００を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置３００の３つの画素Ｐに対応した領域を示している。図７Ａおよび図７Ｂは、液晶表示装置３００を模式的に示す断面図であり、それぞれ図６中の７Ａ－７Ａ’線および７Ｂ－７Ｂ’線に沿った断面構造を示している。以下では、本実施形態の液晶表示装置３００が、実施形態２における液晶表示装置２００と異なる点を中心に説明を行う。
液晶表示装置３００の反射層１２は、凹凸形状を有しない（つまり平坦な）第１層間絶縁層１３上に形成されている。そのため、反射層１２は、凹凸表面構造を有しておらず、鏡面反射層として機能する。
液晶表示装置３００は、対向基板２０の観察者側に配置された円偏光板４０と、液晶層３０よりも観察者側に配置された光散乱層４１をさらに備える。光散乱層４１は、例えば異方性光散乱フィルムである。図示している例では、光散乱層４１は、基板２０ａと円偏光板４０との間に配置されている。
本実施形態では、光散乱層４１によって光が散乱されることにより、ペーパーホワイトに近い表示を実現することができる。
本発明の実施形態は、各画素が反射モードで表示を行う反射領域を含む液晶表示装置（つまり反射型液晶表示装置および半透過型液晶表示装置）に広く適用することができる。
１０ ＴＦＴ基板
１１ 画素電極
１１ａ サブ画素電極
１２ 反射電極
１２ａ 第１領域
１２ｂ 第２領域
１３ 第１層間絶縁層
１４、１４Ａ 第２層間絶縁層
１５ 第１配向膜
２０ 対向基板
２１ 対向電極
２５ 第２配向膜
３０ 液晶層
３１ 液晶分子
４０ 円偏光板
４１ 光散乱層
１００、２００、３００ 液晶表示装置
Ｐ 画素
Ｓｐ サブ画素
Ｒｆ 反射領域
Ｔｒ 透過領域
ＣＰ コンタクト部

Claims (8)

  1. 第１基板と、
    前記第１基板に対向する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層と、
    を備え、
    複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
    前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域を含み、
    前記第１基板は、
    前記複数の画素のそれぞれ内に位置する第１領域、および、前記複数の画素のうちの互いに隣接する任意の２つの画素間に位置する第２領域を含む反射電極と、
    前記反射電極を覆うように設けられた透明絶縁層と、
    透明導電材料から形成され、前記複数の画素のそれぞれにおいて前記透明絶縁層上に設けられた画素電極と、
    を有し、
    前記第２基板は、前記画素電極および前記反射電極に対向するように設けられた対向電極を有し、
    前記複数の画素のうちの行方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素、前記複数の画素のうちの列方向に沿って互いに隣接する任意の２つの画素、または、前記複数の画素のすべての画素、の前記液晶層に同極性の電圧が印加され、
    最高階調表示状態と最低階調表示状態とにおいて、前記画素電極と前記反射電極との間に印加される電圧の時間平均が実質的に同じである、液晶表示装置。
  2. 前記反射電極は電気的に浮遊状態である、請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記反射電極には接地電位が与えられる、請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記複数の画素のそれぞれは、透過モードで表示を行う透過領域をさらに含み、
    前記画素電極の一部が前記透過領域内に位置している、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 前記対向電極は、透明導電材料から形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記反射電極の前記第１領域および前記第２領域のそれぞれは、凹凸表面構造を有する、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記液晶層よりも観察者側に配置された光散乱層をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記複数の画素のそれぞれに接続されたメモリ回路をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
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