JP4301927B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に透過表示と反射表示を行う液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるため、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーション等の機器に広く用いられている。

液晶表示装置には、バックライト光の透過量を制御して画像表示を行う透過型のものやバックライトを設けず一方の基板に反射板を設置し、自然光や室内照明等の外光を当該反射板で反射させて画像表示を行う反射型のものがある。

透過型液晶表示装置は、自然光や室内照明等の外光が非常に明るい場合には、外光に比べて表示光が暗いため視認性が悪化するという問題が発生し、視認性を良好にするにはバックライト光の強度を上げる必要があるため消費電力の増大等の問題が起こる。また、反射型液晶表示装置は、外光が暗い場合には視認性が極端に悪化するという欠点を有する。

上記問題点を解決するため、透過表示と反射表示を行う液晶表示装置（以下、半透過型液晶表示装置ともいう）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。半透過型液晶表示装置は、各画素内に透過効率の高い領域と反射効率の高い領域とが設けられており、透過効率の高い領域が透過表示のみに寄与し、反射効率の高い領域が反射表示のみに寄与している。

半透過型液晶装置には、図７（ａ）の部分平面図に示すように透過効率の高い領域１０１が反射効率の高い領域１０２の内部に形成されている構造のアクティブマトリクス基板を有するものや、図７（ｂ）の部分平面図に示すように配線１０５が透過効率の高い領域１０３に接するとともに反射効率の高い領域１０４が配線１０５にオーバーラップする構造のアクティブマトリクス基板を有するものがある。
特開２０００−１９５６３号公報

ところが、図７（ｂ）の部分平面図に示すように配線１０５が透過効率の高い領域１０３に接するとともに反射効率の高い領域１０４が配線１０５にオーバーラップする構造の半透過型液晶装置では、配線１０５の幅を広くすると透過効率の高い領域１０３の開口率を低下させるとともに、画素電極とのオーバーラップが大きくなり寄生容量が増加し、表示品位を損なうという問題があり、逆に配線１０５の幅を狭くすると、反射電極と配線１０５とのオーバーラップが小さくなり、隙間から光が透過し、透過光が漏れてコントラストが低下するという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、透過効率の高い領域と反射効率の高い領域とで共に表示品位が高い半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る液晶表示装置は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持され、一方の基板上に複数のゲート線と複数のソース線がマトリクス状に配置され、マトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶表示装置であって、前記複数の画素それぞれにおいて透過効率が高くて透過表示を行う領域と反射効率が高くて反射表示を行う領域とが設けられ、前記ゲート線は、前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分と前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分を有し、前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分における前記ゲート線の幅が、前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分における前記ゲート線の幅より狭くなるようにしている。

このような構成によると、透過効率の高くて透過表示を行う領域に接している部分におけるゲート線の幅が狭いので、各画素の透過開口率が向上し、透過光の光量が増加する。これにより、より明るい表示が可能となる。さらに、ゲート線によって反射する反射光の光量が減少するので、反射表示品位を損ねる要因を減らすことになり、結果的に反射表示品位が向上することになる。また、反射効率の高くて反射表示を行う領域に接している部分におけるゲート線の幅が広いので、斜めの透過光を遮光することができ、斜視時の透過表示品位の向上がする。したがって、透過効率の高い領域と反射効率の高い領域とで共に表示品位が高くなる。

また、上記目的を達成するために本発明に係る液晶表示装置は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持され、一方の基板上に複数のゲート線と複数のソース線がマトリクス状に配置され、マトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶表示装置であって、前記複数の画素それぞれにおいて透過効率が高くて透過表示を行う領域と反射効率が高くて反射表示を行う領域とが設けられ、前記ソース線は、前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分と前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分を有し、前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分における前記ソース線の幅が、前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分における前記ソース線の幅より狭くなるようにしている。

このような構成によると、透過効率の高くて透過表示を行う領域に接している部分におけるソース線の幅が狭いので、各画素の透過開口率が向上し、透過光の光量が増加する。これにより、より明るい表示が可能となる。さらに、ソース線によって反射する反射光の光量が減少するので、反射表示品位を損ねる要因を減らすことになり、結果的に反射表示品位が向上することになる。また、反射効率の高くて反射表示を行う領域に接している部分におけるソース線の幅が広いので、斜めの透過光を遮光することができ、斜視時の透過表示品位の向上がする。したがって、透過効率の高い領域と反射効率の高い領域とで共に表示品位が高くなる。

本発明によると、透過効率の高い領域と反射効率の高い領域とで共に表示品位が高い半透過型液晶表示装置を実現することができる。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係る液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の部分平面図を図１（ａ）に示す。また、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図を図１（ｂ）に示し、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図を図１（ｃ）に示す。

ガラスやプラスチック等からなる透明絶縁性基板１上に、タングステンと窒化タンタルよりなる複数のゲート配線２とチタンとアルミニウムよりなる複数のソース配線３とが直交するように配設される。ゲート配線２とソース配線３によってマトリクス状に複数の画素が形成され、各画素においてゲート配線２とソース配線３の交差部近傍にＴＦＴ（Thin Film Transistor）４が設けられている。

また、ゲート配線２、ソース配線３、ＴＦＴ４が形成された透明絶縁性基板１上に透明絶縁膜５が形成され、さらに１対のゲート配線２及び１対のソース配線３にオーバーラップしてゲート配線２とソース配線３によって包囲された領域全面を覆うＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる矩形状の透明電極６が形成された後、１対のゲート配線２及び１本のソース配線３にオーバーラップするアルミニウム等からなる矩形状の反射電極７が形成される。なお、反射電極７はオーバーエッチング対策として、透明電極６より内側に設ける。このような構成により、ゲート配線２とソース配線３によって包囲された領域のうち反射電極７によって覆われていない領域は透過効率の高い領域となり透過表示のみに寄与し、反射電極７が形成されている領域は反射効率の高い領域となり反射表示のみに寄与する。

そして、ゲート配線２は、透過効率の高い領域に接している部分では配線幅が狭く、反射効率の高い領域がオーバーラップしている部分では配線幅が広い形状となっている。

図示しないが、以上のようなアクティブマトリクス基板に配向膜を塗布し、これを透明電極、配向膜、及びカラーフィルタ等が配設されている透明絶縁性対向基板と張り合わせ両基板間に液晶を封入し、後方に蛍光灯などのバックライトを設置し、各画素のＴＦＴを駆動するドライブ回路を設けることにより、液晶表示装置が完成する。

ここで、図１のアクティブマトリクス基板を具備する本発明に係る液晶表示装置における透過表示領域の概略断面図を図２に示す。なお、図２において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。透明絶縁性基板１と対向基板８との間に液晶が封入され、液晶層９を形成している。

上述したようにゲート配線２は透過効率の高い領域に接している部分では配線幅が狭くなっているので、各画素の透過開口率が向上し、透過光１０の光量が増加する。これにより、より明るい表示が可能となる。さらに、ゲート配線２によって反射する反射光１１の光量が減少するので、反射表示品位を損ねる要因を減らすことになり、結果的に反射表示品位が向上することになる。

ただし、透明電極６の無い領域では液晶が正常に配向しないため、透明電極６がゲート配線２にオーバーラップする必要がある。また、ゲート配線２の材料によって異なるが、ゲート配線２が細すぎるとゲート配線２の配線抵抗が高くなり、駆動上の不具合が生じる可能性がある。したがって、透過効率の高い領域に接している部分におけるゲート配線２の幅には下限がある。

続いて、図１のアクティブマトリクス基板を具備する本発明に係る液晶表示装置における反射表示領域の概略断面図を図３に示す。なお、図３において図１及び図２と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

上述したようにゲート配線２は反射効率の高い領域がオーバーラップしている部分では配線幅が広くなっているので、斜めの透過光１２を遮光するため、斜視時の透過表示品位の向上がする。

ただし、反射効率の高い領域がオーバーラップしている部分におけるゲート配線２の幅が一定以上広くなると斜視時の透過表示品位の向上は頭打ちし、却ってゲート配線２と反射電極７との間の寄生容量が増加して画素の電圧保持特性を低下させる。したがって、反射効率の高い領域がオーバーラップしている部分におけるゲート配線２の幅には上限がある。なお、この上限は透明絶縁膜５の厚さ及び屈折率によって異なり、透明絶縁膜５の厚さが厚いほど、透明絶縁膜５の屈折率が小さいほどゲート配線２の幅を広くする必要がある。

次に、本発明に係る液晶表示装置の各部寸法を具体的に定めることで、本発明に係る液晶表示装置の性能を数量化する。

図１（ａ）に示した本発明に係る液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の部分平面図に各部寸法の一例を記載したものを図４に示す。なお、図４において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

画素ピッチは横５０μｍ、縦１５０μｍである。隣接する画素間はリーク防止のため３μｍの隙間を設けているため、透明電極６のサイズは横４７μｍ、縦１４７μｍである。

また、ソース配線の幅は９μｍであり、透過効率の高い領域に接している部分におけるゲート配線２の幅は６μｍであり、反射効率の高い領域がオーバーラップしている部分におけるゲート配線２の幅は１２μｍである。透明電極６とソース配線３とのオーバーラップ量は３μｍであり、透明電極６と透過効率の高い領域に接している部分におけるゲート配線２とのオーバーラップ量は１．５μｍであり、透明電極６と反射効率の高い領域がオーバーラップしている部分におけるゲート配線２とのオーバーラップ量は４．５μｍである。

反射効率の高い領域は画素の約１／３を占め、反射電極７の寸法は横４５μｍ、縦４６μｍである。反射電極７はＴＦＴ４の上層に設けられ、アクティブマトリクス基板の上面から見るとＴＦＴ４は反射電極７の下に隠れる構造となる。なお、反射電極７はオーバーエッチング対策として、透明電極６より１μｍ内側に設けられる。

上述した寸法例では、透過効率の高い領域は縦４４um、横９７umの矩形であり、その開口率は５６．９％（＝[44×97]/[50×150]×100）となる。

続いて、半透過型液晶表示装置の反射表示領域における斜めの透過光の遮光限界を図５に示す半透過型液晶表示装置における反射表示領域の概略断面図を基づいて説明する。なお、図５において２０１はゲート配線を、２０２は透明絶縁膜を、２０３は透明電極を、２０４は反射電極をそれぞれ示している。また、図５において基板や液晶層は図示を省略している。

ここで、透明絶縁膜２０２の屈折率を１．５とし、透明絶縁膜２０２の比誘電率を３．７とする。また、ゲート配線２０１の厚さを０．５μｍとし、透明絶縁膜２０２の厚さは、ゲート配線２０１の上で３μｍとし、その他の部分で３．５μｍとする。なお、以下の説明においては透明電極２０３と反射電極２０４の厚みは無視する。

斜めの透過光２０５がゲート配線２０１や反射電極２０４によって遮光されずに透過して液晶層に達した際に斜めの透過光２０５がパネル法線２０６となす角をθとし、斜めの透過光２０５が透明絶縁膜２０２中を進行する際にパネル法線２０６となす角をαとすると、下記の（１）式が成り立つ。

sinθ＝１．５×sinα …（１）
また、下記の（２）式が成り立つとき、斜めの透過光２０５は遮光されずに透過する。ただし、Ｈは透明絶縁膜２０２のゲート配線２０１上での厚さであり、Ｘはゲート配線２０１と反射電極２０４とのオーバーラップ量である。

tanα≧Ｘ／Ｈ …（２）
図４に示す寸法の本発明に係る液晶表示装置では、Ｘ＝３．５μｍ、Ｈ＝３μｍであるので、上記（１）式と（２）式からsinθ≧１となり、斜めの透過光２０５は必ず遮光される。

ここで本発明との比較のため、従来の半透過型液晶表示装置の各部寸法を具体的に定めることで、従来の半透過型液晶表示装置の性能を数量化する。

図７（ｂ）に示した従来の半透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の部分平面図に各部寸法の一例を記載したものを図６に示す。なお、図６において図７（ｂ）と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

図６の各部寸法は、ゲート配線の幅、ゲート配線と透明電極のオーバーラップ量、及びゲート配線と反射電極のオーバーラップ量を除き図４の各部寸法と共通である。

ゲート配線の幅を全ての部分において９μｍとしているので、透過効率の高い領域は横４１μｍ、縦９７μｍの矩形形状となり、その開口率は５３．０％（＝[41×97]/[50×150]×100）となる。上述したように図４に示す寸法の本発明に係る液晶表示装置では開口率が５６．９％であり、本発明に係る液晶表示装置は従来の半透過型液晶表示装置と比較して相対比７．３％の輝度向上になり、透過率の高い領域での表示品位が高い。

また、図６に示す寸法の従来の半透過型液晶表示装置では、ゲート配線２０１（図５参照）と反射電極２０４（図５参照）とのオーバーラップ量Ｘは２μｍであり、透明絶縁膜２０２（図５参照）のゲート配線２０１上での厚さＨは３μｍであるので、上記（１）式と（２）式からθ≧５６°となる。すなわち、パネル法線２０６（図５参照）より５６°以上傾いた方向から液晶パネルを観察すると液晶パネルの背面から透過光が漏れ、表示品位が損なわれる。上述したように、図４に示す寸法の本発明に係る液晶表示装置では斜めの透過光は必ず遮光されるので、本発明に係る液晶表示装置は従来の半透過型液晶表示装置と比較して反射効率の高い領域での表示品位が高い。

さらに、ゲート配線と透明電極間の容量を、SHINTECH社製液晶シミュレーター LCD MASTERでシミュレーションしたところ、図６に示す寸法の従来の半透過型液晶表示装置では１画素当たり１１．６０ｆＦであるのに対して、図４に示す寸法の本発明に係る液晶表示装置では１画素当たり１０．６０ｆＦとなる。したがって、本発明に係る液晶表示装置は従来の半透過型液晶表示装置と比較して寄生容量が低減する。

なお、本実施形態では、透過効率の高い領域と反射効率の高い領域が縦に並ぶ構成であったが、透過効率の高い領域と反射効率の高い領域が横に並び且つゲート配線の幅が一定であるとともに透過効率の高い領域に接する部分におけるソース配線の幅が反射効率の高い領域によってオーバーラップされる部分におけるソース配線の幅より狭い構成であってもよい。また、１画素内に透過効率の高い領域が二つ以上あってもよく反射効率の高い領域が二つ以上あってもよい。このような構成としては、例えば反射効率の高い領域、透過効率の高い領域、及び反射効率の高い領域が順に縦に並ぶ構成が挙げられる。

は、本発明に係る半透過型液晶装置が有するアクティブマトリクス基板の構成を示す図である。 は、図１のアクティブマトリクス基板を具備する本発明に係る液晶表示装置における透過表示領域の概略断面図である。 は、図１のアクティブマトリクス基板を具備する本発明に係る液晶表示装置における反射表示領域の概略断面図である。 は、本発明に係る液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の部分平面図に各部寸法の一例を記載した図である。 は、半透過型液晶表示装置における反射表示領域の概略断面図である。 は、従来の半透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の部分平面図に各部寸法の一例を記載した図である。 は、従来の半透過型液晶装置が有するアクティブマトリクス基板の構成を示す部分平面図である。

符号の説明

１ 透明絶縁性基板
２ ゲート配線
３ ソース配線
４ ＴＦＴ
５ 透明絶縁膜
６ 透明電極
７ 反射電極
８ 対向基板
９ 液晶層

Claims (2)

1. 対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持され、一方の基板上に複数のゲート線と複数のソース線がマトリクス状に配置され、マトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶表示装置において、
   前記複数の画素それぞれにおいて透過効率が高くて透過表示を行う領域と反射効率が高くて反射表示を行う領域とが設けられ、
   前記ゲート線は、前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分と前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分を有し、
   前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分における前記ゲート線の幅が、前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分における前記ゲート線の幅より狭いことを特徴とする液晶表示装置。
2. 対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持され、一方の基板上に複数のゲート線と複数のソース線がマトリクス状に配置され、マトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶表示装置において、
   前記複数の画素それぞれにおいて透過効率が高くて透過表示を行う領域と反射効率が高くて反射表示を行う領域とが設けられ、
   前記ソース線は、前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分と前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分を有し、
   前記透過効率が高くて透過表示を行う領域に接する部分における前記ソース線の幅が、前記反射効率が高くて反射表示を行う領域によってオーバーラップされる部分における前記ソース線の幅より狭いことを特徴とする液晶表示装置。

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