JP4597906B2 - 半透過型液晶ディスプレイパネル、半透過型液晶ディスプレイ装置及び半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法 - Google Patents

Description

本件発明は、液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤｓ）に関する。特に、半透過型液晶ディスプレイパネルに関するものである。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、スタイリッシュな薄型の外観、低消費電力等の利点を有し、例えば、携帯型パソコン、デジタルカメラ、及びプロジェクタなど、広範の各種の電子製品のモニタに用いられている。一般に、ＬＣＤパネルは、透過型、反射型、及び半透過型の３種に分類される。透過型ＬＣＤパネルは、バックライトモジュールを光源として用いており、反射型ＬＣＤパネルは、外光を光源として用いている。そして、特許文献１に開示の如き半透過型ＬＣＤパネルは、外光の反射とバックライトとの双方を光源として利用するタイプの表示パネルである。

一枚のカラーＬＣＤパネル１は、図２１に示すように、二次元に配列した複数の画素アレイ１０を有している。そして、各画素アレイは、それぞれ複数のサブピクセルを含んでおり、通常は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の要素が含まれている。そして、カラーフィルターを組み合わせて用いることで、これらのＲＧＢの各色成分を認識できるようにする。そして、図２２には、従来の半透過型ＬＣＤパネルの画素構造の平面図を表している。更に、図２３と図２４とには、図２２の３−３’の断面として示した画素の層構造を示している。図２２に示すように、１つの画素は、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの３つのサブピクセルに分けらて考えることが出来る。そして、図２２に示すように、各サブピクセルは、１つの透過領域（ＴＡ）と１つの反射領域（ＲＡ）との２つの領域に分けて考えられる。ここで、図２３を見ると、透過領域ＴＡでは、バックライトモジュール３００からの光が、下部基板３０を通過し、続いて液晶層１９０（図面中は単なる空隙のようにして表示）、カラーフィルターＲ、上部基板２０を順次通過し、上記画素域で視認されるようになる。これに対し、反射領域ＲＡでは、反射層５２に反射されるのは外光であり、外光は上部基板２０から入射し、カラーフィルターＲ、液晶層１９０を通過し、反射領域５２へ順次進み、特許文献２及び特許文献３に開示の反射部材等により反射された外光は上部基板２０に向かって放射される。また、他の方法としては、図２４に示すように、一部の反射領域ＲＡの一部の領域は、外光の反射効率を上げるため、カラーフィルターＲを設けることなく、無色フィルター（ｎｏｎ−ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ）ＮＣＦを設ける場合がある。

そして、当業者間で、周知のように、各画素には多くの異なる材料の層が含まれており、液晶層１９０の光学挙動を制御するように構成されている。これらの複数の材料の層は、素子層５０と、一以上の電極層を含むことができる。通常、この素子層５０は、下部基板３０の上に設置され、且つ、ゲートライン３１、３２、データライン２１〜２４（図２２）、図示を省略したトランジスタ及び保護層（ＰＬ）等を含む。

半透過型液晶ディスプレイパネルの場合には、透過領域ではバックライトからの入射光が液晶層を通過し、反射領域では外光である入射光が液晶層を往復して通過する。従って、これらの双方の光は、液晶層において光路差が存在することになる。このため、液晶層の膜厚に層とする反射領域の反射ギャップ値及び透過領域の透過ギャップ値とを、液晶のツイスト角に応じて最適に設定することで、リタデーションの相違による反射領域及び透過領域から出射する表示面への出射光の強度を最適化することが求められる。

特開２００３−１５６７５６号公報 特開２００３−０５０３８９号公報 特開平１０−１６１１２号公報

しかしながら、従来の半透過型液晶ディスプレイは、透過型として使用する場合と反射型として使用する場合とで、これらのＶ−Ｔ曲線及びＶ−Ｒ曲線の操作電圧を同一とすると、透過型使用と反射型使用との間では、出射光の強度が安定化せず、階調反転の問題が生じ、しかも、同一の操作電圧を使用する限り、同じ発光効率及び輝度を達成するのが困難で色度がバラツクという問題があった。

従って、半透過型液晶ディスプレイを低消費電力とし、且つ、透過型使用と反射型使用との切り替えを行った場合の画像品質の階調反転を 改善する方法と画素構造とが望まれてきた。

そこで、半透過型液晶ディスプレイパネルの画素アレイの構造内に、リフレッシュコンデンサを設けることで、上記課題を達成しうる事に想到したのである。なお、画素アレイは、複数のサブピクセルセグメントを含み、各サブピクセルセグメントは、透過領域と反射領域とを含んだ構造を基本構造としている。そして、このサブピクセルセグメントは、データライン、第１ゲートライン、第２ゲートライン、コモンラインの各ラインは、液晶層を駆動させるための操作電圧を制御するために用いられる。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネル： この本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルは、複数のサブピクセルを含み且つ透過領域及び反射領域を備える複数の画素アレイから構成された半透過型液晶ディスプレイパネルであって、構成要素としての画素アレイの構成及び制御方法に特徴を有している。これを最も、上位概念的に言い表せば、前記半透過型液晶ディスプレイパネルは、コモン電極を有する第１基板、ゲートライン、データライン、コモンラインのそれぞれを複数有し且つ前記データラインと前記ゲートラインとが異なる方向に配置された第２基板、複数ある画素アレイから選択された少なくとも一つの画素アレイ（第１画素アレイ）が第１データライン（一般化して言えばｍ番目のデータラインであり、以下「データラインｍ」と称する。）、第１ゲートライン（一般化して言えばｎ番目のゲートラインであり、以下「ゲートラインｎ」と称する）、第２ゲートライン（一般化して言えば、（ｎ＋１）番目のゲートラインであり、以下「ゲートライン（ｎ＋１）」と称する）のそれぞれと接合した液晶層を当該第１基板と第２基板との間に配置したものであり、前記画素アレイは、第１サブピクセルセグメントと第２サブピクセルセグメントとからなり、前記第１サブピクセルセグメントは第１スイッチング素子を介して前記データラインに電気的に接続するための第１画素電極と、前記第１画素電極と並列に接続する１以上の第１蓄積コンデンサとを備え、前記第２サブピクセルセグメントは第２スイッチング素子を介して前記データラインに電気的に接続するための第２画素電極と、第２画素電極と並列に接続する１以上の第２蓄積コンデンサと、第３スイッチング素子を介して第２画素電極と第２蓄積コンデンサと並列に接続する１以上のリフレッシュコンデンサとを備え、前記画素アレイが、第１ゲートラインの電位を利用して第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とをオンさせ、前記データラインからのデータ信号をそれぞれ前記第１画素電極と前記第２画素電極に書き込み、且つ、第２ゲートラインの電位を利用して第３スイッチング素子をオン／オフさせ、当該第２画素電極に接続した第２蓄積コンデンサとリフレッシュコンデンサとの間での蓄積電気量（電荷）の再分布をさせることで前記第２画素電極の透過効率又は反射効率を制御することを特徴としたものである。

そして、本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第３スイッチング素子と前記リフレッシュコンデンサの間のノードはさらに第４スイッチング素子を介して前記コモンラインの１つに接続され、前記画素アレイが、第１ゲートライン（ゲートラインｎ）の電位を利用して、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とを閉回路（“ＯＮ”状態）とし、第２ゲートラインの電位を利用して、前記第３スイッチング素子を開回路（“ＯＦＦ”）とし、前記第１画素電極と前記コモン電極との間の第１電位と前記第２画素電極と前記コモン電極との間の第２電位とはデータラインによって同じ電位とされ、且つ、前記第２画素電極と前記リフレッシュコンデンサとの電気的接続の無い状態を第１状態とし、第１ゲートライン（ゲートラインｎ）の電位を利用して、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とを開回路（“ＯＦＦ”）とし、且つ、第２ゲートラインの電位を利用して前記第３スイッチング素子は閉回路（“ＯＮ”）とし、前記第２画素電極と前記リフレッシュコンデンサとの間に電気的接続状態を形成し前記第２画素電極に蓄積した電荷の再分布を行わせ、前記第１電位と前記第２電位とが異なる電位となるようにした状態を第２状態とし、この第１状態と第２状態とで画素アレイの透過効率又は反射効率の制御を行うことを特徴としたものであることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子は前記第１ゲートライン（ゲートラインｎ）に電気的に接続するための制御端子をそれぞれ備え、前記第３スイッチング素子は、前記第２ゲートライン（ゲートライン（ｎ＋１））に電気的に接続するための制御端子を備え、第１ゲートライン（ゲートラインｎ）及び第２ゲートライン（ゲートライン（ｎ＋１））の電位を利用して対応するスイッチング素子を開回路又は閉回路となるように制御することが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第４スイッチング素子の各スイッチング素子は、前記第１ゲートライン（ゲートラインｎ）に電気的に接続された制御端子を備えるものであることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記コモン電極は、前記コモンラインの１つに電気的に接続されていることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第１サブピクセルセグメントは透過領域を含み、且つ、前記第１画素電極が透過型電極であり、前記第２サブピクセルセグメントは反射領域を含み、且つ、前記第２画素電極が反射型電極であることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第１サブピクセルセグメントは反射領域を含み、且つ、前記第１画素電極が反射型電極であり、前記第２サブピクセルセグメントは透過領域を含み、且つ、前記第２画素電極が透過型電極であることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第１スイッチング素子〜第４スイッチング素子の各スイッチング素子は、薄膜トランジスタ構造を備え、その制御端子は当該薄膜トランジスタ構造のゲートであることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、前記コモン電極は、透明導電材料で構成され、前記コモンラインの少なくとも１つに電気的に接続したものであることが好ましい。

前記第１画素電極又は第２画素電極のいずれかを透過型電極として用いる場合は、透明導電材料で構成するものであることが好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイ装置： 本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルは、上述に記載のいずれかの半透過型液晶ディスプレイパネルを用いた半透過型液晶ディスプレイ装置である。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法： 本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法は、第１基板、第２基板、前記第１基板と第２基板との間に液晶層を備える層構成で複数の画素を構成し、当該画素は複数個のカラーサブピクセルを含み、更にこのサブピクセルは透過領域と反射領域とを含み、前記第２基板側にある透過領域は、前記第２基板に隣接して設けた透過型電極を含み、前記第２基板側から前記サブピクセルに入射した光が当該透過型電極及び液晶層を透過して前記第１基板から画像として観察者に認識され、前記第２基板側にある反射領域は、前記第２基板側に隣接して設けた反射型電極を含み、前記第１基板側から入射した外光が液晶層を経て反射型電極によって跳ね返され、再び前記液晶層を経て前記第１基板側から画像として観察者に認識されるものである半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法であって、前記透過型電極と並列に接続された第１蓄積キャパシタと前記反射型電極と並列に接続された第２蓄積キャパシタとが同じ電位の充電状態にある第１状態と、スイッチング素子を介して透過型電極及び第１蓄積キャパシタ、又は、反射型電極及び第２蓄積キャパシタと接続されたリフレッシュコンデンサと、当該スイッチング素子を介して当該リフレッシュコンデンサと接続された蓄積キャパシタとの間で、当該スイッチング素子をオン／オフさせることにより蓄積電気量（電荷）の再分布をさせて第１蓄積キャパシタと第２蓄積キャパシタとの充電状態が異なる状態とした第２状態とを用いて、透過型電極の透過効率又は反射型電極の反射効率を制御することにより、表示画像品質の改善を行うことを特徴としたものである。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法において、前記リフレッシュコンデンサは、前記スイッチング素子を介して反射型電極及び第２蓄積キャパシタと接続されており、前記第１状態から第２状態にする際に、前記スイッチング素子をオンにして、第２蓄積キャパシタとリフレッシュコンデンサとを電気的に接続して、第２蓄積キャパシタとリフレッシュコンデンサとの間の電気的接続状態を形成し、前記リフレッシュコンデンサと、前記第２蓄積キャパシタとの間で前記第２蓄積キャパシタに充電された電荷の再分布を行わせ、前記第１蓄積キャパシタと第２蓄積キャパシタとの電位が異なるように制御する事が好ましい。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルの画素アレイは、その構造内にリフレッシュコンデンサを設けることで、蓄積キャパシタの電気容量を変化させ、透過型電極を制御する電圧と、反射型電極を制御する電圧とを調整することで、透過型電極の透過率応答と反射型電極の反射率応答との最適なマッチング状態を得ることが出来る。その結果、本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルは、透過型使用と反射型使用との間での出射光の強度が安定化でき、見る角度によって画像品質の異なる画像反転も起こりにくく、透過型として使用する場合、反射型として使用する場合、透過型と反射型とを併用して使用する場合、それぞれのモードでの色度の変動の少ない良好な画像を表示することが可能となる。

本件発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、図１〜図２０に不種々の実施形態を例示し、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１には、本件発明に係る液晶ディスプレイ装置のＬＣＤパネルの複数の画素にあるサブピクセルセグメント（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ ｓｅｇｍｅｎｔ）の模式断面図を示している。この図１に示すように、サブピクセルセグメント１００は、上部構造層、下部構造層、上部構造層と下部構造層との間に設けられた液晶層１９０を備える。そして、上部構造層は、偏光板１２０、１／２波長板１３０、１／４波長板１４０、及び上部電極１５０を含む。ここで言う１／２波長板とは一定の波長の光に対して位相差δを１８０度に調節したものであり、１／４波長板とは一定の波長の光に対して位相差δが９０度になるように移相子の材料と厚みを調節したものを言う。そして、上部電極１５０は、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）などの透明導電膜の形成材料により構成されるものである。下部構造層は、透過型電極１６０及び反射型電極１７０を含む。この透過型電極１６０は、ＩＴＯなどの透明材料より構成される。そして、反射型電極１７０は、反射板としての役割をするものであり、少なくとも一種以上の高反射性の金属成分、例えば、アルミニウム、銀、クロム、モリブデン、チタン等で構成される。下部構造層は、その他、保護層１８０、素子層２００、１／４波長板１４２、１／２波長板１３２と、偏光板１２２を含んでいる。このときの透過型電極１６０は、コネクタ１８２によって素子層２００に電気的接続され、反射型電極１７０は、コネクタ１８４によって素子層２００に電気的に接続して用いられる。

図２は、サブピクセルセグメント１００の平面図を表している。この図２に示すように、透過型電極１６０は、コネクタ１８２とコネクタ２８２とによって、第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）によって動作可能なように接続される。そして、反射型電極１７０は、コネクタ１８４によって第２蓄積コンデンサ２３４（Ｃ２）によって動作可能なように接続される。更に、このサブピクセルセグメント１００は、Ｃ３と表示したリフレッシュコンデンサ（ｒｅｆｒｅｓｈ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）２３６と、４つのスイッチング素子２４０（ＴＦＴ−１）、２４５（ＴＦＴ−２）、２５０（ＴＦＴ−３）、２６０（ＴＦＴ−４）を有し、コモンライン２１０によって、蓄積コンデンサの充電と放電とを制御する。

また、第１スイッチング素子２４０は、２つのスイッチ端子２４１、スイッチ端子２４３と制御端子２４２を有する。スイッチ端子２４１は、データライン２０２に接続され、スイッチ端子２４３は、第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）２３２に接続され、且つ、制御端子２４２は、第１ゲートライン２１２（ゲートライン１、Ｇ１）に接続される。

第２スイッチング素子２４５は、２つのスイッチ端子２４６、スイッチ端子２４８、制御端子２４７を有する。スイッチ端子２４６は、データライン２０２に接続され、スイッチ端子２４８は第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４に接続され、且つ、制御端子２４７は、第１ゲートライン２１２（ゲートライン１、Ｇ１）に接続される。

第３スイッチング素子２５０は、２つのスイッチ端子２５１、２５３、制御端子２５２を有する。スイッチ端子２５３は第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４に接続され、スイッチ端子２５１はリフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６に接続され、且つ、制御端子２５２は、第２ゲートライン２１４（ゲートライン２、Ｇ２）に接続される。

第４スイッチング素子２６０は、二つのスイッチ端子２６１、スイッチ端子２６３、制御端子２６２を有する。第１スイッチ端子２６１はリフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６に接続され、第２スイッチ端子２６３はコネクタ２８４によって、コモンライン２１０に接続される。そして、制御端子２６２が、第１ゲートライン２１２（ゲートライン１、Ｇ１）に接続される。

図３には、図２に示したサブピクセルセグメント１００の電子部品の等価回路を図３に示している。ここで、図２の透過領域ＴＡに配される透過型電極１６０は、第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）２３２に並列に接続した等価容量コンデンサＣＴとして表すことができる。そして、当該等価容量コンデンサＣＴは、第１スイッチング素子２４０を介して、データライン２０２と接続されているように表せる。このとき第１スイッチング素子２４０は、一方で第１ゲートライン２１２とも接続しており、第１ゲートラインからの信号によって制御される。

一方、図２の反射領域ＲＡに配される反射型電極１７０は、第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４に並列に接続した等価容量コンデンサＣＲとして表すことが出来る。そして、当該第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）及び等価容量コンデンサＣＲは、第２スイッチング素子２４５を介して、データライン２０２にそれぞれ接続するように表せる。また、このときの第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４は、第３スイッチング素子２５０を介して、リフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６と並列に接続しているように表せる。

そして、リフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６は、第４スイッチング素子２６０を介して、コモンライン２１０に接続するように表現できる。ここで、このとき第２スイッチング素子２４５、第３スイッチング素子２５０、第４スイッチング素子２６０のそれぞれは、一方で第１ゲートライン２１２，２１４とも接続しており、第１ゲートラインからの信号によって制御される。

図４には、図３の透過型電極１６０の等価容量コンデンサＣＴと第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）２３２の充放電が、第１ゲートライン２１２（ゲートライン１、Ｇ１）からの信号によって制御された第１スイッチング素子２４０で行われることを拡大等価回路として模式的に示している。図５には、図３の反射型電極１７０の等価容量コンデンサＣＲ、第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４とリフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６の充電と放電は、第２ゲートライン２１４（ゲートライン２、Ｇ２）からの信号によって制御される第３スイッチング素子２５０と、第１ゲートライン２１２（ゲートライン１、Ｇ１）からの信号によって制御される第２スイッチング素子２４５及び第４スイッチング素子２６０の駆動によって行われることを拡大等価回路として模式的に示している。

ここで、ゲートライン１（Ｇ１）が高電位に設定され、ゲートライン２（Ｇ２）が低電位に設定した状態を第１制御状態とする。この第１制御状態のようにゲートライン１（Ｇ１）が高電位の時には、第１スイッチング素子２４０、第２スイッチング素子２４５、第４スイッチング素子２６０のそれぞれは、閉回路（“ＯＮ”の状態）となる。そして、当該第１制御状態のようにゲートライン２（Ｇ２）が低電位の時には、第３スイッチング素子２５０は開回路（“ＯＦＦ”の状態）となる。

このような第１制御状態の場合、第１スイッチング素子２４０が“ＯＮ”の状態になっている。そのため、図６に示すように、透過型電極の等価容量コンデンサＣＴと第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）とは、データライン２０２と電気的に接続した状態となる。この結果、透過型電極１６０の電位は、データライン２０２の電位（Ｖｄａｔａ）と同じとなる。

そして、この第１制御状態の場合には、第２スイッチング素子２４５と第４スイッチング素子２６０とが“ＯＮ”の状態となり、第３スイッチング素子２５０が“ＯＦＦ”の状態となっている。従って、反射型電極の等価容量コンデンサＣＲと第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）とは電気的にデータライン２０２と接続している。従って、反射型電極１７０は、データライン２０２の電位Ｖｄａｔａと同じ電位となる。一方、リフレッシュコンデンサ（Ｃ３）は、データライン２０２とは電気的に接続していない状態になり、第４スイッチング素子２６０が“ＯＮ”の状態であるため、図８に拡大等価回路として示すように、コモンライン２１０と接続し、放電されコモンライン２１０の電圧と平衡状態になる。

次に、ゲートライン１（Ｇ１）が低電位に設定され、ゲートライン２（Ｇ２）が高電位に設定した状態を第２制御状態とする。この第２制御状態のようにゲートライン１（Ｇ１）が低電位の時には、第１スイッチング素子２４０、第２スイッチング素子２４５、第４スイッチング素子２６０のそれぞれは、開回路（“ＯＦＦ”の状態）となる。そして、当該第２制御状態のようにゲートライン２（Ｇ２）が高電位の時には、第３スイッチング素子２５０は閉回路（“ＯＮ”の状態）となる。

この第２制御状態の場合は、図９に示すように、等価容量コンデンサＣＴと第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）とは、データライン２０２と電気的に未接続の開回路（“ＯＦＦ”の状態）となる。このとき等価容量コンデンサＣＴと第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）とは、第１制御状態のときに蓄積した電気容量があるため、一定の時間は第１制御状態の場合と同じ電圧を維持する。従って、透過型電極１６０の電位は、実質的に変動せず第１制御状態の場合の電位Ｖｄａｔａを維持することができる。

更に、第２制御状態の場合は第３スイッチング素子２５０が“ＯＮ”の状態であり、図１０に示すように、等価容量コンデンサＣＲと第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）と第３蓄積コンデンサＣ３とが、並行に接続された等価回路として示せる。そして、第３蓄積コンデンサＣ３は、第１制御状態において放電しコモンライン２１０の電圧と平衡状態となったものである。従って、このときの反射型電極１７０に供給可能な全電気容量値は、（等価容量コンデンサＣＲの電気容量＋第２蓄積コンデンサＣ２の電気容量）から（等価容量コンデンサＣＲの電気容量＋第２蓄積コンデンサＣ２の電気容量＋第３蓄積コンデンサＣ３の電気容量）に変化することになる。この結果、反射型電極１７０の電位は下がることになる。従って、反射領域の液晶層に負荷される電圧差が、透過領域の液晶層に負荷される電圧差より小さくなる。

以上のように、リフレッシュコンデンサとスイッチング素子とを組み合わせて用いることで、反射領域と透過領域との液晶層に負荷する電圧を別個の制御して、液晶層の光学挙動の制御を行うことが可能となる。本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイ装置の実施形態としては、サブピクセルセグメントを用いた液晶ディスプレイの画像表示品質の改善を行うため、各種の異なるリフレッシュコンデンサを応答測定（ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）に用いたものである。以下の説明において、等価容量コンデンサＣＲの電気容量を意味する場合も単に「ＣＲ」、第２蓄積コンデンサＣ２の電気容量を意味する場合も単に「Ｃ２」、第３蓄積コンデンサＣ３の電気容量を意味する場合も単に「Ｃ３」と称する。

ここでは、Ｃ３／（ＣＲ＋Ｃ２）の値を１／３、２／５、２／１となるように制御した場合を述べる。一般的に、画像の表示品質を示すためには、二つの液晶層の偏光状態が透過性及び反射性の応答測定のために用いられる。第１の応答測定は、電位が電極に供給されていない時の液晶ディスプレイの液晶分子の状態であって、液晶分子が電極に実質的に垂直な方向で配列されているものを用いる。図１１には、液晶ディスプレイのサブピクセルセグメントの断面から見た配置図として、液晶ディスプレイの液晶分子が電極に実質的に垂直な方向に配列した様子を表している。この状態で、以下の透過率及び反射率の評価を行った。

図１２には、液晶層の透過率（Ｔ、法線入射と直視型； ｎｏｒｍａｌ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｖｉｅｗ）と反射率（Ｒ、法線入射と出射；ｎｏｒｍａｌ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｘｉｔ）とその操作電圧Ｖｄａｔａ（図中は単に「Ｖ」と表示）との関係の概略図を表している。図１２には、反射型電極の容量値を調整していない時のＲ−Ｖ曲線を曲線Ａとして示し、反射型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝１／２（０．５）に調整したときのＲ−Ｖ曲線を曲線Ｂとして示し、反射型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝１／３（０．３３）に調整したときのＲ−Ｖ曲線を曲線Ｃとして示し、反射型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝２／５（０．４）に調整したときのＲ−Ｖ曲線を曲線Ｄとして示し、反射型電極の最適透過率応答を見る場合のＴ−Ｖ曲線として曲線Ｔを示している。

これらの関係を見るに、曲線Ａの反射率応答の最適操作電圧（曲線Ａのピークトップに相当するＶ、図１２の場合２．６Ｖ付近）は、透過率応答を良好にするための最適操作電圧（曲線Ｔの定常化したピークとなる位置のＶ、図１２の場合３．６Ｖ付近）よりかなり低くなる。一方、反射型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝２／５（０．４）に調整したときの曲線Ｃを見ると、この曲線Ｃのピークトップに相当するＶ（図１２の場合３．８Ｖ）は４．０Ｖ付近にある。この結果、曲線Ｔの定常化したピークとなる４Ｖ付近（図１２の場合３．６Ｖ）と、ほぼ一致することになる。そして、反射型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝１／２（０．５）に調整したときの曲線Ｂを見ると、この曲線Ｂのピークトップに相当するＶ（図１２の場合４．１Ｖ）は４．０Ｖ付近にある。この結果、曲線Ｔの定常化したピークとなる４Ｖ付近（図１２の場合３．６Ｖ）と、ほぼ一致することになる。更に、反射型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝１／３（０．３３）に調整したときの曲線Ｄを見ると、この曲線Ｄのピークトップに相当するＶ（図１２の場合３．６Ｖ）は４．０Ｖ付近にある。この結果、曲線Ｔの定常化したピークとなる４Ｖ付近（図１２の場合３．６Ｖ）と、ほぼ一致することになる。このようにすることで、同一の電圧Ｖｄａｔａを用いても、反射領域の反射効率と液晶層の透過効率とを同時に最大にする事が可能で、反射領域を用いて画像表示を行う場合の画像品質を向上させうるのである。

また、本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイ装置においては、図１３に示すように、第１蓄積コンデンサ２３２が反射型電極１７０に接続され、且つ、第２蓄積コンデンサ２３４が透過型電極１６０に接続している場合である。そして、第２蓄積コンデンサ２３４は、第３スイッチング素子２５０によってリフレッシュコンデンサ２３６と接続している。このような回路配置を等価回路図として示すと、図１４に示すようになる。このときの制御状態が、ゲートライン１（Ｇ１）が高電位でゲートライン２（Ｇ２）が低電位から、ゲートライン１（Ｇ１）が低電位でゲートライン２（Ｇ２）が高電位に変えられたときを考えると、透過型電極１６０の電位は、（ＣＴ＋Ｃ２）／（ＣＴ＋Ｃ２＋Ｃ３）倍だけ減少する。

この実施形態では、図１５に示したように、液晶層の偏光状態が、液晶ディスプレイのサブピクセルセグメントの断面から見た配置図として、液晶ディスプレイの液晶分子が電極に実質的に平行となるような方向に配列したときの透過率と反射率とを測定するようにした。そして、ここでは、（ＣＴ＋Ｃ２）／（ＣＴ＋Ｃ２＋Ｃ３）の値が２／５と３／５となるように制御した場合を述べる。

図１６は、液晶層の透過率（Ｔ、法線入射と直視型）と反射率（Ｒ、法線入射と出射）とその操作電圧Ｖｄａｔａ（図中は単に「Ｖ」と表示）との関係の概略図を表している。図１６には、透過型電極の容量値を調整していない時のＴ−Ｖ曲線を曲線Ｘ、Ｒ−Ｖ曲線を曲線Ｒとして示し、透過型電極の容量値を（ＣＴ＋Ｃ２）／（ＣＴ＋Ｃ２＋Ｃ３）＝２／５に調整したときのＴ−Ｖ曲線を曲線Ｙとして示し、透過型電極の容量値を（ＣＴ＋Ｃ２）／（ＣＴ＋Ｃ２＋Ｃ３）＝３／５に調整したときのＴ−Ｖ曲線を曲線Ｚとして示し、透過型電極の容量値をＣ３／（ＣＲ＋Ｃ２）＝２／５（０．４）に調整したときのＲ−Ｖ曲線を曲線Ｄとして示している。この図１６から分かるように、透過型電極の容量値を何ら調整していない場合は、曲線Ｘから判断できる透過率応答の最適電圧は２Ｖ以下であり、曲線Ｒから判断できる反射率応答の最適電圧は２Ｖを超えたあたり（通常、２Ｖ〜５Ｖの間にある）であり、この両者の曲線は全く一致せず、最適な電圧範囲が異なることが分かる。従って、同一のＶｄａｔａで透過率と反射率とを最適化条件にしようとしても不可能である。これに対し、透過型電極の容量値を（ＣＴ＋Ｃ２）／（ＣＴ＋Ｃ２＋Ｃ３）＝３／５に調整したときの曲線Ｚは、反射率応答の最適電圧のある２Ｖ〜５Ｖの間に曲線Ｒのピーク値があり、その曲線Ｒと曲線Ｚとがうまく合致している。また、（ＣＴ＋Ｃ２）／（ＣＴ＋Ｃ２＋Ｃ３）＝２／５に調整したときの曲線Ｙは、反射率応答の最適電圧のある２Ｖ〜５Ｖの間に曲線Ｒの定常化したピーク値があるが、曲線Ｒと曲線Ｙとがうまく合致しないため、透過と反射とのバランスがうまく取れないことになる。

本件発明に係る他の実施形態としては、図１７に示すように、第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）２３２が反射型電極１７０と接続し、リフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６が透過型電極１６０と接続したものである。そして、第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４は、第３スイッチング素子２５０によって透過型電極１６０とリフレッシュコンデンサ２３６とに接続した状態にある。係る場合の等価回路を図１８に示している。この等価回路から理解できるように、ゲートライン１（Ｇ１）２１２が高電位でゲートライン２（Ｇ２）２１４が低電位に設定されているときにリフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６が放電され、透過型電極１６０とコモンライン２１０との電位差をゼロにする。そして、同時に第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４はＶｄａｔａによって充電される。これに対し、ゲートライン１（Ｇ１）２１２が低電位でゲートライン２（Ｇ２）２１４が高電位に変化したとき、第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４に蓄積した電気量相当の電荷が、リフレッシュコンデンサ２３６によって共有され減少する。

更に、本件発明に係る他の実施形態としては、図１９に示すように、第１蓄積コンデンサ２３２が透過型電極１６０と接続し、リフレッシュコンデンサ２３６が反射型電極１７０と接続した状態にある。このとき第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４は、第３スイッチング素子２５０によって反射型電極１７０とリフレッシュコンデンサ（Ｃ３）２３６に接続している。係る場合の等価回路を図２０に示している。この等価回路から理解できるように、ゲートライン１（Ｇ１）が高電位でゲートライン２（Ｇ２）が低電位に設定されているとき、リフレッシュコンデンサ２３６は放電し、透過型電極１７０とコモンライン２１０との電位差をゼロとする。そして、同時に、第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４はＶｄａｔａによって充電される。これに対し、ゲートライン１（Ｇ１）が低電位でゲートライン２（Ｇ２）が高電位に変化したとき第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）２３４に蓄積した電気量相当の電荷が、リフレッシュコンデンサ２３６によって共有され減少する。

以上の制御方法を要約して言えば、透過型電極１６０又は反射型電極１７０に関連する電気容量値を調整することによって、透過率応答と反射率応答との間の適合性を改善することができる。そして、その電気容量値の調整は、以下の方法によって達成することができる。（ｉ）１つ、または１つ以上の蓄積コンデンサを透過型電極と反射型電極とにそれぞれ接続する。（ｉｉ）スイッチング素子によって、１つ以上のリフレッシュコンデンサを透過型電極と反射型電極とに接続する。（ｉｉｉ）蓄積コンデンサとリフレッシュコンデンサとを、少なくとも二つのゲートラインによって制御された複数のスイッチング素子に接続する。以上のような手法により、複数あるゲートラインを、個別に異なる状態で制御することによって、液晶層の光学応答を局所的に調整し、透過率応答と反射率応答との効果的な組み合わせを可能として、画像品質の向上が図れるのである。

本件明細書では、２つの実施形態を主に取り上げ説明している。図２に示す実施形態では、反射領域の液晶層に供給される有効電位は、反射電極に関連する電気容量値を調節することによって変化させるものである。これに対し、図１１に示す実施形態では、透過領域の液晶層に供給される有効電位が、透過電極に関連する電気容量値を調節することによって変化させる点が異なる。しかし、これらは必ずしも、液晶ディスプレイパネルの画像表示に関して別個に適用すべきものではなく、同じサブピクセルセグメントの透過電極の制御に関する電気容量値と、反射電極の制御に関する電気容量値の双方を同時に制御することも可能であることを明記しておく。

以上、本件発明の好適な実施形態を例示したが、これは本件発明を限定するものではなく、本件発明の技術的思想及び範囲を逸脱しない限りにおいては、技術常識を加味して当業者であれば行い得る要素変更及び要素付加を行うことは可能である。

本件発明に係る半透過型液晶ディスプレイパネルの画素アレイは、その構造内にリフレッシュコンデンサを設けることで、蓄積キャパシタの電気容量を変化させ、透過型電極を制御する電圧と、反射型電極を制御する電圧とを調整するものであり、特段に複雑な画素アレイ構造が必要となるものではない。従って、特段の半透過型液晶ディスプレイパネルとしてのコストの上昇は招かない。従って、安価で高品質の半透過型液晶ディスプレイパネルの供給が可能である。従って、この半透過型液晶ディスプレイパネルを用いれば、外光を受け反射光を利用する場合と透過光を主に利用した場合との画像品質の変動を最小限に抑制することが可能であり、携帯電話、その他モバイル電子機器に多用される半透過型液晶ディスプレイ装置として広範囲の使用が可能となる。

本件発明に係る液晶ディスプレイのサブピクセルセグメントの模式断面図である。 本件発明に係るサブピクセルセグメントの平面模式図である。 図２に示すサブピクセルセグメントの等価回路である。 図２に示すサブピクセルセグメントの透過領域の等価回路である。 図２に示すサブピクセルセグメントの反射領域の等価回路である。 ゲートラインが第１制御状態に設定された時のサブピクセルセグメントの透過領域の等価回路である。 ゲートラインが第１制御状態に設定された時のサブピクセルセグメントの反射領域の等価回路である。 ゲートラインが第１制御状態に設定された時の制御コンデンサ（第３蓄積コンデンサ）の等価回路を表している。 ゲートラインが第２制御状態に設定された時のサブピクセルセグメントの透過領域の等価回路である。 ゲートラインが第２制御状態に設定された時のサブピクセルセグメントの反射領域の等価回路である。 液晶層が電場を受けて制御された時のサブピクセルセグメントの液晶分子が第１方向に沿って配列された状態を示す概略模式図である。 操作電圧の関数に対する透過率応答と反射率応答を表している図表である。 本件発明のもう１つの実施例に基づいたサブピクセルセグメントの平面図を表している。 図１１ａに示すサブピクセルセグメントの等価回路の回路図を表している。 液晶層が電場を受けて制御された時のサブピクセルセグメントの液晶分子が第２方向に沿って配列される概略図を表している。 操作電圧の関数に対する透過率応答と反射率応答を表している図表である。 本件発明のもう１つの実施例に基づいたサブピクセルセグメントの平面図を表している。 図１７に示すサブピクセルセグメントの等価回路の回路図を表している。 本件発明のもう１つの実施例に基づいたサブピクセルセグメントの平面図を表している。 図１９に示すサブピクセルセグメントの等価回路の回路図を表している。 典型的な液晶ディスプレイの概略図を表している。 従来の半透過型カラー液晶ディスプレイの画素構造の平面図を表している。 図２２に示す画素内での光線の反射と透過の断面図を表している。 もう一つの従来の半透過型液晶ディスプレイ内での光線の反射と透過の断面図を表している。

ＴＡ 透過領域
ＲＡ 反射領域
Ｒ カラーフィルター
ＮＣＦ 無色フィルター
１ カラーＬＣＤパネル
１０ 二次元画素アレイ
２０ 上部基板
２１〜２４ データライン
３０ 下部基板
３１、３２ ゲートライン
５０ 素子層
５２ 反射層
１００ サブピクセルセグメント
１２０、１２２ 偏光板
１３０、１３２ １／２波長板
１４０、１４２ １／４波長板
１５０ 上部電極
１６０ 透過型電極
１７０ 反射型電極
１８０ 保護層（ＰＬ）
１８２、１８４ コネクタ
１９０ 液晶層
２００ 素子層
２０２ データライン
２１０ コモンライン
２１２ 第１ゲートライン（Ｇ１）
２１４ 第２ゲートライン（Ｇ２）
２３２ 第１蓄積コンデンサ（Ｃ１）
２３４ 第２蓄積コンデンサ（Ｃ２）
２３６ リフレッシュコンデンサ（Ｃ３）
２４０（ＴＦＴ−１）、２４５（ＴＦＴ−２）、２５０（ＴＦＴ−３）、２６０（ＴＦＴ−４） スイッチング素子
２４１、２４３、２４２ 第１スイッチング素子２４０の２つのスイッチ端子と制御端子
２４６、２４８、２４７ 第２スイッチング素子２４５の２つのスイッチ端子と制御端子
２５１、２５３、２５２ 第３スイッチング素子２５０の２つのスイッチ端子と制御端子
２６１、２６３、２６２ 第４スイッチング素子２６０の２つのスイッチ端子と制御端子
２８４ コネクタ
ＣＴ 透過型電極１６０の容量値
ＣＲ 反射型電極１７０の容量値
Ｖｄａｔａ データライン２０２の電位

Claims (13)

1. 複数のサブピクセルを含み且つ透過領域及び反射領域を備える複数の画素アレイから構成された半透過型液晶ディスプレイパネルにおいて、
   前記半透過型液晶ディスプレイパネルは、コモン電極を有する第１基板と、
   ゲートライン、データライン、コモンラインのそれぞれを複数有し且つ前記データラインと前記ゲートラインとが異なる方向に配置された第２基板と、
   当該第１基板と第２基板との間に配置され、且つ、複数ある画素アレイから選択された少なくとも一つの画素アレイがデータライン、第１ゲートライン、第２ゲートラインのそれぞれと接合した液晶層とを含むものであり、
   前記画素アレイは、第１サブピクセルセグメントと第２サブピクセルセグメントとからなり、
   前記第１サブピクセルセグメントは第１スイッチング素子を介して前記データラインに電気的に接続するための第１画素電極と、前記第１画素電極と並列に接続する１以上の第１蓄積コンデンサとを備え、
   前記第２サブピクセルセグメントは第２スイッチング素子を介して前記データラインに電気的に接続するための第２画素電極と、第２画素電極と並列に接続する１以上の第２蓄積コンデンサと、第３スイッチング素子を介して第２画素電極と第２蓄積コンデンサと並列に接続する１以上のリフレッシュコンデンサとを備え、
   前記画素アレイが、第１ゲートラインの電位を利用して第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とをオンさせ、前記データラインからのデータ信号をそれぞれ前記第１画素電極と前記第２画素電極に書き込み、且つ、第２ゲートラインの電位を利用して第３スイッチング素子をオン／オフさせ、当該第２画素電極に接続した第２蓄積コンデンサとリフレッシュコンデンサとの間での蓄積電気量（電荷）の再分布をさせることで前記第２画素電極の透過効率又は反射効率を制御することを特徴とした半透過型液晶ディスプレイパネル。
2. 前記第３スイッチング素子と前記リフレッシュコンデンサの間のノードはさらに第４スイッチング素子を介して前記コモンラインの１つに接続され、
   前記画素アレイが、第１ゲートラインの電位を利用して、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とを閉回路（“ＯＮ”状態）とし、
   第２ゲートラインの電位を利用して、前記第３スイッチング素子を開回路（“ＯＦＦ”）とし、
   前記第１画素電極と前記コモン電極との間の第１電位と前記第２画素電極と前記コモン電極との間の第２電位とはデータラインによって同じ電位とされ、且つ、前記第２画素電極と前記リフレッシュコンデンサとの電気的接続の無い状態を第１状態とし、
   第１ゲートラインの電位を利用して、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とを開回路（“ＯＦＦ”）とし、且つ、第２ゲートラインの電位を利用して前記第３スイッチング素子は閉回路（“ＯＮ”）とし、前記第２画素電極と前記リフレッシュコンデンサとの間に電気的接続状態を形成し前記第２画素電極に蓄積した電荷の再分布を行わせ、前記第１電位と前記第２電位とが異なる電位となるようにした状態を第２状態とし、この第１状態と第２状態とで画素アレイの透過効率又は反射効率の制御を行うことを特徴とした請求項１に記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
3. 前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子は前記第１ゲートラインに電気的に接続するための制御端子をそれぞれ備え、前記第３スイッチング素子は、前記第２ゲートラインに電気的に接続するための制御端子を備え、
   第１ゲートライン及び第２ゲートラインの電位を利用して対応するスイッチング素子を開回路又は閉回路となるように制御する請求項２に記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
4. 前記第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第４スイッチング素子の各スイッチング素子は、前記第１ゲートラインに電気的に接続された制御端子を備えるものである請求項３に記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
5. 前記コモン電極は、前記コモンラインの１つに電気的に接続されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
6. 前記第１サブピクセルセグメントは透過領域を含み、且つ、前記第１画素電極が透過型電極であり、
   前記第２サブピクセルセグメントは反射領域を含み、且つ、前記第２画素電極が反射型電極である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
7. 前記第１サブピクセルセグメントは反射領域を含み、且つ、前記第１画素電極が反射型電極であり、
   前記第２サブピクセルセグメントは透過領域を含み、且つ、前記第２画素電極が透過型電極である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
8. 前記第１スイッチング素子〜第４スイッチング素子の各スイッチング素子は、薄膜トランジスタ構造を備え、その制御端子は当該薄膜トランジスタ構造のゲートである請求項４〜請求項７のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
9. 前記コモン電極は、透明導電材料で構成され、前記コモンラインの少なくとも１つに電気的に接続したものである請求項１〜請求項８のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
10. 前記第１画素電極又は第２画素電極のいずれかを透過型電極として用いる場合は、透明導電材料で構成するものである請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネル。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の半透過型液晶ディスプレイパネルを用いた半透過型液晶ディスプレイ装置。
12. 第１基板、第２基板、前記第１基板と第２基板との間に液晶層を備える層構成で複数の画素を構成し、当該画素は複数個のカラーサブピクセルを含み、更にこのサブピクセルは透過領域と反射領域とを含み、
    前記第２基板側にある透過領域は、前記第２基板に隣接して設けた透過型電極を含み、前記第２基板側から前記サブピクセルに入射した光が当該透過型電極及び液晶層を透過して前記第１基板から画像として観察者に認識され、
    前記第２基板側にある反射領域は、前記第２基板側に隣接して設けた反射型電極を含み、前記第１基板側から入射した外光が液晶層を経て反射型電極によって跳ね返され、再び前記液晶層を経て前記第１基板側から画像として観察者に認識されるものである半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法であって、
    前記透過型電極と並列に接続された第１蓄積キャパシタと前記反射型電極と並列に接続された第２蓄積キャパシタとが同じ電位の充電状態にある第１状態と、
    スイッチング素子を介して透過型電極及び第１蓄積キャパシタ、又は、反射型電極及び第２蓄積キャパシタと接続されたリフレッシュコンデンサと、当該スイッチング素子を介して当該リフレッシュコンデンサと接続された蓄積キャパシタとの間で、当該スイッチング素子をオン／オフさせることにより蓄積電気量（電荷）の再分布をさせて第１蓄積キャパシタと第２蓄積キャパシタとの充電状態が異なる状態とした第２状態とを用いて、透過型電極の透過効率又は反射型電極の反射効率を制御することにより、表示画像品質の改善を行うことを特徴とした半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法。
13. 前記リフレッシュコンデンサは、前記スイッチング素子を介して反射型電極及び第２蓄積キャパシタと接続されており、
    前記第１状態から第２状態にする際に、前記スイッチング素子をオンにして、第２蓄積キャパシタとリフレッシュコンデンサとを電気的に接続して、第２蓄積キャパシタとリフレッシュコンデンサとの間の電気的接続状態を形成し、前記リフレッシュコンデンサと、前記第２蓄積キャパシタとの間で前記第２蓄積キャパシタに充電された電荷の再分布を行わせ、前記第１蓄積キャパシタと第２蓄積キャパシタとの電位が異なるようにした請求項１２に記載の半透過型液晶ディスプレイパネルの表示画像品質の改善方法。

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