JP4123208B2 - 液晶表示装置、電子機器 - Google Patents
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Description
(1)誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「VA(Vertical Alignment)モード」を採用している点。
(2)透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚(セルギャップ)が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点(この点については、例えば特許文献1参照)。
(3)透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が8方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、垂直配向型の液晶を用いた半透過反射型のカラー液晶表示装置において、液晶分子の倒れる方向を反射表示領域において確実に規制し、反射モード時にも透過モード時と同様の高輝度・広視野角な表示が得られるような構成を提供し、更には該液晶表示装置を備えた視認性のよい電子機器を提供することにある。
垂直配向モードのカラー液晶表示装置においては、高電圧側で白表示が若干黄色にシフトすることが知られており、この色味のシフトを改善することが1つの課題となっている。これは、電圧印加時の液晶層のリタデーション変化が色毎に異なる、いわゆる波長分散が原因である。このような色調の変化は、透過表示においては、バックライト等の発光スペクトルを調整することによってある程度回避することが可能であるが、反射表示においては、制御されない外光を利用するので白表示の黄色味は大きな問題となる。一方、突起等を使って液晶分子の倒れる方向を制御する場合には、電圧が印加されたときに突起等の存在する場所とない場所で面内における電界に分布が生じ、これによって面内で明暗の分布ができる。突起等が形成された領域は電圧が低いときには光が透過しないが、高い電圧が印加されると突起等が形成された領域も明るさに寄与するようになる。本発明は、印加電圧が高くなると突起等の配置された領域が明るさに寄与することを利用して、反射表示領域における着色領域と突起等との相対位置を色毎に変えることによって、反射モード時における色再現性を向上するようにしたものである。本発明においては、例えば高電圧側において色味を増したい色又は低電圧側において色味を弱めたい色(例えば青色)のドット領域の突起等を着色領域と平面的に重なるように配置し、それ以外の色(例えば赤色と緑色)のドット領域の突起等を着色領域と平面的に重ならないように非着色領域に対応する位置に配置する。この構成では、印加電圧が小さいときには、突起等の近傍に位置する液晶は明るさに殆ど寄与しないので、突起等と重なるように配置された着色領域からの光はその突起等の面積分だけロスされ、暗い表示(薄い色の表示)となる。一方、印加電圧が大きくなると、突起等の近傍に位置する液晶も明るさに寄与するようになるので、光のロスが少なくなり、明るい表示(濃い色の表示)となる。このように本発明の構成によれば、従来、低電圧側で強かった色味が低減され、高電圧側で弱かった色味が強化されるので、印加電圧によらずに色再現性の良い表示が得られるようになる。
この構成によれば、前記面積比率を外光の分光特性に応じて決定することによって、制御されない外光を用いた反射表示においても色再現性のよい表示が得られるようになる。また、前記面積比率をバックライト等の照明光の分光特性を考慮して決定することで、より色再現性のよい透過表示が得られるようになる。
この構成によれば、前記面積比率を外光の分光特性に応じて決定することによって、制御されない外光を用いた反射表示においても色再現性のよい表示が得られるようになる。また、前記面積比率をバックライト等の照明光の分光特性を考慮して決定することで、より色再現性のよい透過表示が得られるようになる。
本発明は、表示単位であるドット領域をさらに複数のサブドット領域に分割して互いを連結し、液晶分子の傾倒方向をサブドット領域単位で制御するようにしたものである。この構成によれば、島状に形成した電極部(島状部)のエッジに生じる斜め電界の作用によって、液晶は電圧印加時にサブドット領域の中心に対して放射状に傾倒されるようになる。このため、360°全方位にわたってコントラストが高い広視角な表示を実現することができる。
隣接する島状部と島状部との間の部分(島状部間の領域)は電極の一部を切り欠いて形成した一種の電極スリットと見ることができるため、配向規制手段として用いる電極スリット(スリット状の開口部等)と同様に、液晶の配向を規制する作用を有する。本発明では、この配向規制手段として機能する島状部間の領域と着色層の着色領域との配置関係を色毎に変えることによって、色再現性の向上を図っている。本発明においては、例えば高電圧側で色味を増したい色又は低電圧側で色味を弱めたい色(例えば青色)の着色領域の一部を島状部間の領域と平面的に重なるように配置し、それ以外の色(例えば赤色と緑色)の着色領域を島状部間の領域と平面的に重ならないように配置する(即ち、島状部間の領域に対応する部分には着色領域を設けず、非着色領域とする)。この構成では、印加電圧が小さいときには、島状部間の領域に位置する液晶は明るさに殆ど寄与しないので、島状部間の領域と平面的に重なるように配置された着色領域からの光はその分ロスされ、暗い表示(薄い色の表示)となる。一方、印加電圧が大きくなると、島状部間の領域に位置する液晶も明るさに寄与するようになるので、光のロスが少なくなり、明るい表示(濃い色の表示)となる。このように本発明の構成によれば、従来、低電圧側が強かった色味が低減され、高電圧側で弱かった色味が強化されるので、印加電圧によらずに色再現性の良い表示が得られるようになる。
これにより、反射モード時にも透過モード時と同様の高輝度・広視野角な表示が得られる視認性のよい表示部を備えた電子機器を提供することができる。
[第1の実施の形態]
[液晶表示装置]
図1は本実施の形態の液晶表示装置100の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図2は本液晶表示装置100の1画素領域の構造を示す平面図であって、図2(a)は素子基板側の平面図、図2(b)は対向基板側の平面図、図3は本液晶表示装置100の構造を示す断面図であって、図2のA−A’線に沿う部分断面図である。
そして、TFT30は、走査線3aを介して入力されるゲート信号により所定期間だけオン状態とされることで、データ線6aを介して供給される画像信号を、所定のタイミングで液晶に対して書き込めるようになっている。
また図示は省略したが、対向電極31及び誘電体突起18を覆ってポリイミド等の垂直配向膜が形成されており、液晶分子51の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。
次に本実施形態の液晶表示装置100の表示動作について説明する。
まず、透過モードにおいては、バックライトから照射された光は、偏光板17および位相差板16を透過して円偏光に変換され、液晶層50に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層50を進行する。さらに位相差板16を透過した入射光は、偏光板37の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板37を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置100では、電圧無印加時において黒表示が行われる(ノーマリーブラックモード)。
また本実施形態では、反射表示領域Rにカラーフィルタ22の非形成領域(非着色領域)HR,HG,HBを設けて反射と透過の色の濃淡差を少なくしているので、反射モード時においても透過モード時と同様に明るく、視認性の高い表示を実現することができる。また、本実施形態では、カラーフィルタ22の非着色領域と平面的に重なる位置に誘電体突起18を配置し、この非着色領域を形成したことによって生じる基板の凹部Pに該誘電体突起18を埋没させているので、実質的に突起の高さを低くすることができる。このため、突起近傍の液晶を表示に寄与させることができるようになり、反射表示領域Rにおいても透過表示領域Tと同様に良好な配向制御が可能となる。
また本実施形態では、カラーフィルタ22R〜22Bの着色領域と非着色領域との面積比率を色毎に変えている。この場合、これらの面積比率を外光の分光特性に応じて決定することによって、制御されない外光を用いた反射表示においても色再現性のよい表示が得られるようになる。また、前記面積比率をバックライト等の照明光の分光特性を考慮して決定することで、より色再現性のよい透過表示が得られるようになる。
[液晶表示装置]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図5は本実施形態の液晶表示装置200の対向基板側の構造を示す図であって1画素領域を拡大して示す模式的な平面図、図6は本液晶表示装置200の断面構造を示す模式図であって、図5のB−B’線に沿う部分断面図である。なお、本実施形態において前記第1の実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において前記第1の実施形態と異なる点は、青色カラーフィルタ22Bの非着色領域を反射表示領域Rの縁辺に沿って配置した点と、青色ドット領域D3における反射表示領域Rの誘電体突起18を、反射表示領域Rの中央部に配置された青色着色領域の上に積層した点のみである。本実施形態では、素子基板側の構造については前記第1の実施形態と全く同じであるため、ここでは対向基板側の構造についてのみ説明する。
また図示は省略したが、対向電極31及び誘電体突起18を覆ってポリイミド等の垂直配向膜が形成されており、液晶分子51の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体25Aの外側の構成については前記第1の実施形態と同様である。
次に本実施形態の液晶表示装置200の表示動作について説明する。なお、透過モードの動作については前記第1の実施形態と同様であるため、ここでは反射モードの動作についてのみ説明する。
反射モードにおいては、対向基板25の外側から入射された外光は、偏光板37および位相差板36を透過して円偏光に変換され、液晶層50に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層50を進行してサブピクセル29a(反射電極)に到達する。そしてサブピクセル29aにより反射されて液晶層50に戻り、再び位相差板36に入射する。このとき、サブピクセル29aにより反射された円偏光は、その回転方向が反転しているので、位相差板36によって偏光板37の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板37を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置200では、電圧無印加時において黒表示が行われる(ノーマリーブラックモード)。
一方、青色ドット領域D3では、誘電体突起が凹部のない平坦な面に形成されているので、誘電体突起18と素子基板10とのギャップは非常に狭くなっている。このため、突起近傍の液晶は実質的に表示に寄与する(即ち、所望の階調を表示する)ことはできない。しかし、この部分の液晶は高電圧を印加することによって明るさに寄与するので、低電圧側では突起部分の光を遮断し、高電圧側では突起部分の光を透過させるように働く。すなわち、この部分の液晶は電圧の印加状態に応じて、光の透過量(即ち、着色光の色の濃さ)を調節する調節弁のような役割を果たす。このため、従来の垂直配向モードでは低電圧側で白表示が青味がかっており、高電圧側にシフトするに従って白表示が黄色にシフトするという問題があったが、本実施形態の構成では低電圧側では青色の光量が小さく、高電圧側で青色の光量が大きくなる(即ち、低電圧側で強かった色味が低減され、高電圧側で弱かった色味が強化される)ので、印加電圧によらずに色再現性の良い表示が得られるようになる。
[液晶表示装置]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図7は本実施形態の液晶表示装置300の1画素領域の構造を示す平面図であって、図7(a)は素子基板側の平面図、図7(b)は対向基板側の平面図、図8は本液晶表示装置300の構造を示す断面図であって、図7のA−A’線に沿う部分断面図、図9は本液晶表示装置300の構造を示す断面図であって、図7のB−B’線に沿う部分断面図である。なお、本実施形態において前記第2の実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において前記第2の実施形態と異なる点は、3つのサブピクセルのうち上側2つを反射表示用のサブピクセルとした点と、これに対応して各色のカラーフィルタの非着色領域の形状,配置,数を変えた点のみである。それ以外の構成については前記第2の実施形態と同様である。
また図示は省略したが、対向電極31及び誘電体突起18を覆ってポリイミド等の垂直配向膜が形成されており、液晶分子51の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体25Aの外側の構成については前記第1の実施形態と同様である。また、表示動作についても、サブピクセルの連結部が表示に寄与する点を除けば前記第2の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
[液晶表示装置]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図10は本実施形態の液晶表示装置400の1画素領域の構造を示す平面図であって、図10(a)は素子基板側の平面図、図10(b)は対向基板側の平面図、図11は本液晶表示装置400の構造を示す断面図であって、図10のA−A’線に沿う部分断面図、図12は本液晶表示装置400の構造を示す断面図であって、図10のB−B’線に沿う部分断面図である。なお、本実施形態において前記第3の実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において前記第3の実施形態と異なる点は、液晶層厚調整用の絶縁膜40を素子基板側に配置し、カラーフィルタの表面をオーバーコート層で保護した点と、反射表示用のサブピクセルの反射機能と電極機能とを分離し、電極機能を有しない光反射膜を画素電極9とは別に設けた点と、各色のカラーフィルタの非着色領域の形状,配置,数を変えた点のみである。それ以外の構成については前記第3の実施形態と同様である。
また図示は省略したが、対向電極31及び誘電体突起18を覆ってポリイミド等の垂直配向膜が形成されており、液晶分子51の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体25Aの外側の構成については前記第1の実施形態と同様である。
次に本実施形態の液晶表示装置400の表示動作について説明する。なお、透過モードの動作については前記第1の実施形態と同様であるため、ここでは反射モードの動作についてのみ説明する。
反射モードにおいては、対向基板25の外側から入射された外光は、偏光板37および位相差板36を透過して円偏光に変換され、液晶層50に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層50を進行してサブピクセル29a(反射電極)に到達する。そしてサブピクセル29aにより反射されて液晶層50に戻り、再び位相差板36に入射する。このとき、サブピクセル29aにより反射された円偏光は、その回転方向が反転しているので、位相差板36によって偏光板37の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板37を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置400では、電圧無印加時において黒表示が行われる(ノーマリーブラックモード)。
一方、青色ドット領域D3では、誘電体突起が凹部のない平坦な面に形成されているので、誘電体突起18と素子基板10とのギャップは非常に狭くなっている。このため、突起近傍の液晶は実質的に表示に寄与する(即ち、所望の階調を表示する)ことはできない。しかし、この部分の液晶は高電圧を印加することによって明るさに寄与するので、低電圧側では突起部分の光を遮断し、高電圧側では突起部分の光を透過させるように働く。すなわち、この部分の液晶は電圧の印加状態に応じて、光の透過量(即ち、着色光の色の濃さ)を調節する調節弁のような役割を果たす。このため、従来の垂直配向モードでは低電圧側で白表示が青味がかっており、高電圧側にシフトするに従って白表示が黄色にシフトするという問題があったが、本実施形態の構成では低電圧側では青色の光量が小さく、高電圧側で青色の光量が大きくなる(即ち、低電圧側で強かった色味が低減され、高電圧側で弱かった色味が強化される)ので、印加電圧によらずに色再現性の良い表示が得られるようになる。
[液晶表示装置]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図13は本実施形態の液晶表示装置500の対向基板側の構造を示す図であって1画素領域を拡大して示す模式的な平面図である。なお、本実施形態において前記第3の実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において前記第3の実施形態と異なる点は、1つのドット領域内において反射表示領域Rと透過表示領域Tの面積比率を色毎に変えた点のみである。それ以外の構成については前記第3の実施形態と同様である。
なお、表示動作については前記第3の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図14は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話1300は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、及び送話口1304を備えて構成されている。
上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、明るく、高コントラストであり、かつ広視野角の透過/反射表示が可能になっている。
例えば、前述した各実施形態において、液晶層厚調整層やカラーフィルタ22の配置は任意である。液晶層厚調整層は素子基板側若しくは対向基板側のいずれに配置してもよく、双方に配置することもできる。同様に、カラーフィルタ22は対向基板側だけでなく、素子基板側に配設することも可能である。例えば第3の実施形態では、反射膜45と絶縁膜40との間にカラーフィルタ22を形成するような構成が考えられる。
また、第1,第2,第3,第5実施形態では、反射表示用のサブピクセル29aを光反射性の導電材料によって形成したが、第4実施形態のように電極を透明導電材料によって形成し、これとは別に光反射用の反射膜を形成する構造としてもよい。逆に、第4実施形態では、第1実施形態等におけるように、反射表示用のサブピクセルを光反射性の導電材料によって形成し、反射膜45を省略することもできる。
また前記実施形態では、液晶の配向規制手段として略円錐状の誘電体突起18をサブピクセルの中央部に配置したが、この代わりに、サブピクセルの外周部に沿って細長い壁状の突起を形成し、これを配向制御手段として用いてもよい。この細長い突起は前述した略円錐状の突起18と同様の作用効果を奏する。また、液晶駆動用の電極(画素電極9や対向電極31)の一部を切り欠いて形成したスリット状の開口部(電極スリット)を配向規制手段として用いても良い。電極スリットは突起では原理は異なるものの略同様の作用を示す。さらに、配向規制手段は突起と電極スリットの組み合わせであってもよい。これらの配向規制手段は、必ずしもカラーフィルタ22と同じ基板に形成される必要はなく、カラーフィルタ22と配向規制手段とを別々の基板に形成することもできる。
また前記実施形態では、液晶層厚調整用の絶縁膜40を反射表示領域Rのみに形成したが、絶縁膜40は反射表示領域Rのみならず透過表示領域Tに形成することも可能である。この場合、反射表示領域Rの液晶層厚が透過表示領域Tの液晶層厚よりも小さくなるように、それぞれの領域の絶縁膜の厚みを調節する。例えば、反射表示領域Rの絶縁膜の厚みを透過表示領域Tの絶縁膜の厚みよりも厚くするように調節する。また、この絶縁膜40は一方の基板のみに形成するのでなく、双方の基板に形成することもできる。
また前記実施形態では、画素駆動用の素子として三端子素子であるTFTを用いたが、この代わりに二端子素子であるTFD(Thin Film Diode)を用いてもよい。さらに、このような駆動素子を有しないパッシブマトリクス型の液晶表示装置(例えばSTN型液晶表示装置)に本発明を適用することも可能である。
Claims (6)
- 一対の基板間に挟持された液晶層を備え、ドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とを備える液晶表示装置であって、
前記反射表示領域における液晶層厚を前記透過表示領域における液晶層厚より小さくする液晶層厚調整層を備え、
前記液晶層は誘電異方性が負の液晶を含み、
前記ドット領域内には着色層が形成されており、
前記着色層は、前記着色層が形成された着色領域と前記着色層が形成されない非着色領域とを有してなり、
前記反射表示領域において、前記着色領域と前記非着色領域との間の段差により凹部が形成され、
前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板の内面には、誘電体の突起が設けられ、
前記誘電体の突起が前記凹部と平面的に重なるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記一対の基板の内面側に前記液晶を駆動するための電極が設けられており、前記誘電体の突起が前記電極上に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記着色層が、前記一方の基板に形成されてな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。
- 一対の基板間に挟持された液晶層を備え、ドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とを備える液晶表示装置であって、
前記液晶層は誘電異方性が負の液晶を含み、
前記ドット領域内に、透過表示領域と反射表示領域とを備え、且つ前記反射表示領域における液晶層厚を前記透過表示領域における液晶層厚より小さくする液晶層厚調整層を備え、
前記反射表示領域おいて、前記液晶層厚調整層は凹部を備えており、
前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板の内面には、誘電体の突起が設けられ、
前記誘電体の突起が前記凹部と平面的に重なるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記一対の基板の内面側に前記液晶を駆動するための電極が設けられており、前記誘電体の突起が前記電極上に形成されてなることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004256809A JP4123208B2 (ja) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | 液晶表示装置、電子機器 |
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