JP4837482B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
これらの半透過型液晶表示装置においては、一対の基板間に挟持される液晶に対して、一対の基板の基板平面に垂直な方向に電界を印加して、液晶を駆動する縦電界方式が用いられている。この場合に、透過部と反射部との特性を合わせるために、透過部と反射部とで段差を設け、さらに偏光板と液晶層との間に位相差板を設置している。
一方、液晶表示装置として、IPS方式の液晶表示装置が知られており、このIPS方式の液晶表示装置では、画素電極(PIX)と対向電極(CT)とを同じ基板上に形成し、その間に電界を印加させ液晶を基板平面内で回転させることにより、明暗のコントロールを行っている。そのため、斜めから画面を見た際に表示像の濃淡が反転しないという特徴を有する。この特徴を活かすために、IPS方式の液晶表示装置を用いて、半透過型液晶表示装置を構成することが、例えば下記の特許文献1及び2等で提案されている。
IPS方式により半透過型液晶表示装置を構成する方法として、特許文献1では、透過領域及び反射領域に1/2波長板を設け、透過領域を横電界駆動とし、反射領域を縦電界駆動としている。一方、特許文献2では、反射領域のみ1/2波長板を設け、透過領域及び反射領域を共に横電界駆動している。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、半透過型液晶表示装置の反射率の向上を図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
半透過型液晶表示装置において、通常、液晶駆動電圧は、透過部の電圧−透過効率特性を基準に決められる。即ち、ノーマリーブラックモードの場合は、透過率が最大となる電圧を最大電圧とし、ノーマリーホワイトモードの場合は、透過率が最小になる電圧を最大電圧とする。一方、半透過型パネルの反射部の駆動電圧は、透過部の駆動電圧により一方的に決められてしまうため、反射部では最高の表示効率を得ることが困難である。
このような困難を克服し、高い反射率を得るためには、反射部の電圧−反射効率特性の形を透過部の電圧−透過効率特性の形と相似形にすればよい。
そこで、本発明では、液晶層の液晶初期配向方向と透過部の画素電極の延在方向とのなす角度のうち狭い角度をθtとし、液晶層の液晶初期配向方向と反射部の画素電極の延在方向とのなす角度のうち狭い角度をθrとする時、
(1)液晶層がポジ型液晶の場合は、θt>θrの関係を満たし、
(2)液晶層がネガ型液晶の場合は、θr>θtの関係を満たす。
なお、下記の「発明を実施するための最良の形態」において、液晶層がポジ型液晶の場合は、透過部での角度θtをθt_p,反射部での角度θrをθr_pとし、液晶層がネガ型液晶の場合は、透過部での角度θtをθt_n,反射部での角度θrをθr_nとして説明している。
本発明によれば、半透過型液晶表示装置の反射率の向上を図ることが可能となる。
なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[本発明の前提となる半透過型液晶表示装置]
図1は、本発明の前提となる半透過型液晶表示装置のTFT基板側の1サブピクセルの平面図、
図2は、図1のTFT基板とCF基板とを重ね合わせた平面図、
図3は、図2のA−A’に沿った断面構造を示す断面図、
図4は、図2のB−B’に沿った断面構造を示す断面図、
図5は、図2のC−C’に沿った断面構造を示す断面図である。
なお、図2において、30は透過部、31は反射部であり、図3は透過部及び反射部の断面構造、図4は透過部の断面構造、図5は反射部の断面構造を示す。
図1に示す半透過型液晶表示装置では、多数の液晶分子を含む液晶層(LC)を挟んで、一対のガラス基板(SUB1,SUB2)が設けられており、ガラス基板(SUB2)の主表面側が観察側となっている。
また、ガラス基板(SUB1;TFT基板とも言う)の液晶層側には、ガラス基板(SUB1)から液晶層(LC)に向かって順に、映像線(DL;ソース線又はドレイン線とも言う)、絶縁膜(PAS1)、対向電極(COM;共通電極とも言う)及び反射電極(RAL)、絶縁膜(PAS2)、画素電極(PIX)、配向膜(AL1)が形成される。なお、ガラス基板(SUB1)の外側には、偏光板(POL1)が形成される。
また、対向電極(COM)は面状に形成され、さらに、画素電極(PIX)と対向電極(COM)とが、絶縁膜(PAS2)を介して重畳しており、これによって保持容量を形成している。画素電極(PIX)及び対向電極(COM)は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜で構成される。なお、絶縁膜(PAS2)は、1層に限定されず、2層以上であってもよい。
反射部31は、反射電極(RAL)を有する。反射電極(RAL)は、例えば、アルミニウム(Al)の金属膜、或いは下層のモリブデン(Mo)と、上層のアルミニウム(Al)との2層構造であってもよい。
画素電極(PIX)は、映像線(DL)の延在方向に沿って延在する連結部分53と、連結部53から透過部30側に引き出され、かつ走査線(GL)の延在方向に沿って所定の間隔を置いて配置された複数の線状部分(櫛歯部分)51と、連結部53から反射部31側に引き出され、かつ走査線(GL)の延在方向に沿って所定の間隔を置いて配置された複数の線状部分(櫛歯部分)52とを有する櫛歯電極構造になっている。
反射部31のセルギャップ長は透過部30のセルギャップ長の約半分に設定している。これは、反射部31は往復2回光が通過するため、透過部30と反射部31とで光路長をおおよそ一致させるためである。
透過部30では、液晶層(LC)の複屈折性を利用して光の明暗を表示するのに対して、反射部31では、液晶表示パネルの内部に配置された位相板(1/2波長板)(RET)と液晶層(LC)の複屈折性を利用して光の明暗を表示する。
図1に示す半透過型液晶表示装置では、隣接するサブピクセルの縦方向及び横方向の境界部に遮光膜(BM)を配置している。これにより隣接するサブピクセルへの光漏れや混色を防ぐことができるが、開口率が低下してしまう。
図7は、ネガ型液晶を用いた時の液晶初期配向方向(S)と画素電極(PIX)の延在方向との関係を示す。液晶層(LC)の液晶初期配向方向(S)と透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)の延在方向(Ut)とのなす角度のうち狭い角度を(θt_n)とし、液晶層(LC)の液晶初期配向方向(S)と反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)の延在方向(Ur)とのなす角度のうち狭い角度を(θr_n)とする時、図1に示す半透過型液晶表示装置では、ネガ型液晶の場合において、|θt_n|=|θr_n|の関係を満たしている。
図8は、ポジ型液晶を用いた時の、透過部30の電圧−透過率特性のθt_p依存性を示す。θt_pが小さい程、駆動電圧が低くなり、透過部30での透過率が高くなる傾向にある。なお、ここでは触れないが、θt_pが小さい程、液晶の応答時間が遅くなるという弊害があるため、θt_pが小さければ良いとは一概には言えない。
図9は、ポジ型液晶を用いた時の、反射部31の電圧−反射率特性のθr_p依存性を示す。θr_pが小さい程、駆動電圧が低くなり、反射部31での反射率が高くなる傾向にある。
一方、反射部31に着目すると、図11において、θr_p=20°(Vmax=5.0V)とθr_p=5°(Vmax=4.2V)との電圧−反射率特性を比較すると、θr_p=5°の方が低電圧側にシフトしており、反射特性が向上しているように見えるが、駆動電圧は透過部30のVmaxで決まるため、それぞれの駆動での反射率を比較するとθr_p=20°と5°とでは、反射率はほとんど変わらないという結果になる。
この原因は、反射部31の駆動電圧が透過部30の表示特性に依存し、必ずしも反射の効率の良い駆動電圧で反射部31が駆動されないためである。
本実施例1の半透過型液晶表示装置は、画素電極(PIX)の形状が図1に示す半透過型液晶表示装置と相違するが、残余の構成は、図1に示す半透過型液晶表示装置と同様であるので、以下、図1に示す半透過型液晶表示装置との相違点を中心に本実施例1の半透過型液晶表示装置について説明する。
図12は、本発明の実施例1である半透過型液晶表示装置において、ポジ型液晶を用いたときの液晶初期配向方向(S)と画素電極(PIX)の延在方向との関係を示す。
液晶層(LC)の液晶初期配向方向(S)と透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)の延在方向(Ut)とのなす角度のうち狭い角度をθt_pとし、液晶層(LC)の液晶初期配向方向(S)と反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)の延在方向(Ur)とのなす角度のうち狭い角度をθr_pとする時、本実施例1の半透過型液晶表示装置では、ポジ型液晶を用いた場合、|θt_p|>|θr_p|の関係を満たしている。
図13は、本発明の実施例1である半透過型液晶表示装置において、ネガ型液晶を用いたときの液晶初期配向方向(S)と画素電極(PIX)の延在方向との関係を示す。
液晶層(LC)の液晶初期配向方向(S)と透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)の延在方向(Ut)とのなす角度のうち狭い角度をθt_nとし、液晶層(LC)の液晶初期配向方向(S)と反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)の延在方向(Ur)とのなす角度のうち狭い角度をθr_nとする時、本実施例1の半透過型液晶表示装置では、ネガ型液晶を用いた場合、|θr_n|>|θt_n|の関係を満たしている。
本実施例1では、映像線(DL)の延在方向に対して、反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)を斜めに延在させることにより、ポジ型液晶を用いた場合の|θt_p|>|θr_p|の関係、並びにネガ型液晶を用いた場合の|θr_n|>|θt_n|の関係を満たしている。
図14−1は、図1に示す半透過型液晶表示装置において、ポジ型液晶を用いた時の透過部30の電圧−透過率特性及び反射部31の電圧−反射率特性を示す。
図14−2は、本実施例1の半透過型液晶表示装置において、ポジ型液晶を用いた時の透過部30の電圧−透過率特性及び反射部31の電圧−反射率特性を示す。
図14−1に示す例では、透過部30の電圧−透過率特性の形と反射部31の電圧−反射率特性の形とが大きくかけ離れており、特に、透過率、反射率が最大となる電圧が大きくずれている。この場合、駆動電圧は透過部30の透過率が最大となる約5.0Vになるが、この時の反射部31の反射率はかなり低くなってしまう。
これに対して、図14−2に示す本実施例では、透過部30の電圧−透過率特性の形と反射部31の電圧−反射率特性の形とが相似形に近くなっている。この場合、駆動電圧は透過部30の透過率が最大となる約5.0Vになるが、この時の反射部31の反射率も最大反射率に近い値が得られている。具体的には従来例に比べて約13%高い反射率が得られており、本発明の効果の高さがわかる。
その結果、透過部30の電圧−透過率特性の形と反射部31の電圧−反射率特性の形が相似形に近くなるため、透過部30で最大透過率が得られる電圧において、反射部31でも高い反射率が得られる。
実施例1では、反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)を映像線(DL)に対して斜めに延在させてネガ型液晶を用いた場合の|θr_n|>|θt_n|の関係を満たしているが、本変形例では、透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)、及び反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)を映像線(DL)に対して斜めに延在させること、例えば、透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)、及び反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)が画素電極(PIX)の連結部分53を境にしてハの字形状になるように屈曲させることによって、ネガ型液晶を用いた場合の|θr_n|>|θt_n|の関係を満たしている。
なお、図示していないが、ポジ型液晶を用いた場合の|θt_p|>|θr_p|の関係においても、透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)、及び反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)を映像線(DL)に対して斜めに延在させることによって満たすことができる。
このように構成された本変形例においても、前述の実施例1と同様に、半透過型液晶表示装置の反射効率の向上を図ることが可能となる。
図16は、本発明の実施例2である半透過型液晶表示装置のTFT基板側の1サブピクセルの平面図、
図17は、図16のTFT基板とCF基板とを重ね合わせた平面図、
図18は、図17のD−D’線に沿った断面構造を示す断面図である。
なお、図17のA−A’線に沿った断面図及びB−B’線に沿った断面図は、図3,図4と同様である。
本実施例2の半透過型液晶表示装置は、基本的に前述の実施例1と同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
即ち、本実施例2の半透過型液晶表示装置では、反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)が屈曲していることに合わせて、反射部31の遮光膜(BM)、反射開口部、及びカラーフィルタ(CFR,CFG,CFB)も屈曲、換言すれば、反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)が映像線(DL)に対して斜めになっていることに合わせて、反射部31の遮光膜(BM)、反射開口部、及びカラーフィルタ(CFR,CFG,CFB)も映像線(DL)に対して斜めになっている。このような構成にすることにより、開口率を最大限に広げることができる。
図19は、本発明の実施例3である半透過型液晶表示装置の1サブピクセルの平面図、
図20は、図19のE−E’線に沿った断面構造を示す断面図である。
なお、図19のA−A’線に沿った断面図及びB−B’線に沿った断面図は、図3,図4と同様である。
本実施例3の半透過型液晶表示装置は、基本的に前述の実施例2と同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
即ち、本実施例3の半透過型液晶表示装置では、反射部31の縦方向(映像線(DL)の延在方向)の遮光膜(BM)が除去、換言すれば、走査線(GL)に沿って隣接する各サブピクセル間の反射部31における境界領域に遮光膜(BM)が形成されていない。
反射部31では、映像線(DL)上に反射電極(RAL)が存在するため、反射部31の縦方向(映像線(DL)の延在方向)の遮光膜(BM)を必ずしも設ける必要はない。また、反射部31の縦方向(映像線(DL)の延在方向)の遮光膜(BM)を除去することで、その部分も反射に寄与することができるため、更なる反射率の向上が期待できる。
図21は、本発明の実施例4である半透過型液晶表示装置のTFT基板側の1サブピクセルの平面図、
図22は、図21のTFT基板とCF基板とを重ね合わせた平面図、
図23は、図22のF−F’線に沿った断面構造を示す断面図である。
なお、図22のA−A’線に沿った断面図及びB−B’線に沿った断面図は、図3,図4と同様である。
本実施例4の半透過型液晶表示装置は、基本的に前述の実施例3と同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
即ち、本実施例4の半透過型液晶表示装置では、透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)の本数よりも反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)の本数の方が多くなっている。また、反射部31のカラーフィルタ(CFR,CFG,CFB)の一部を除去して遮光膜(BM)の幅よりも広い目開き部(CFLS)が設けられている。
反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)の本数を増やすことにより、走査線(GL)に沿って隣接する各サブピクセル間の反射部31における境界領域近傍も反射表示に寄与させることができるため、更に反射率を向上させることができる。また、カラーフィルタ(CFR,CFG,CFB)の一部を除去して目開き部(CFLS)を設けることにより、カラーフィルタ(CFR,CFG,CFB)に起因する光の吸収を少なくすることができるため、更に反射率を向上させることができる。
図24は、本発明の実施例4の変形例である半透過型液晶表示装置の1サブピクセルの平面図である。
実施例4では、カラーフィルタの一部を画素電極と平行に斜め方向に除去しているが、必ずしも斜め方向に除去する必要は無く、例えば図24に示すように縦方向(映像線(DL)の延在方向)に除去しても何ら問題ない。
図25は、本発明の実施例5である半透過型液晶表示装置のTFT基板側の1サブピクセルの平面図、
図26は、図25のTFT基板とCF基板とを重ね合わせた平面図である。
本実施例5の半透過型液晶表示装置は、基本的に前述の実施例4と同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
即ち、本実施例5の半透過型液晶表示装置では、1サブピクセルの画素電極(PIX)全体が隣り合う2本の映像線(DL1,DL2)の間に収まるように配置されている。画素電極(PIX)が映像線(DL1,DL2)からはみ出してしまうと、液晶ディスプレイの端(左端,右端)において画素の一部が欠損してしまい、表示が乱れてしまう可能性がある。従って、1サブピクセルの画素電極(PIX)全体が2本の映像線(DL1,DL2)の間に収まることがより望ましい。
図27は、本発明の実施例6である半透過型液晶表示装置のTFT基板側の1サブピクセルの平面図である。
本実施例6の半透過型液晶表示装置は、基本的に前述の実施例4と同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
即ち、本実施例6の半透過型液晶表示装置では、透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)と反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)が、2方向に夫々屈曲している。このように、透過部30の画素電極(PIX)(線状部分51)と反射部31の画素電極(PIX)(線状部分52)を少なくとも2方向に夫々屈曲させることにより、液晶層(LC)の液晶分子配向状態をマルチドメイン配向にすることができるため、視野角を広げることが可能となる。
図28は、本発明の実施例6の変形例である半透過型液晶表示装置のTFT基板側の1サブピクセルの平面図である。
本変形例では、画素電極(PIX)と同じように映像線(DL)も屈曲している。このような構成にすることにより、透過開口率を向上させることができる。
図29は、本発明の実施例7である半透過型液晶表示装置において、ポジ型液晶を用いた時の液晶初期配向方向と画素電極の延在方向との関係を示す図、
図30は、本発明の実施例7である半透過型液晶表示装置において、ネガ型液晶を用いた時の液晶初期配向方向と画素電極の延在方向との関係を示す図である。
本実施例7の半透過型液晶表示装置は、画素電極(PIX)と対向電極(COM)とが同一層に形成されており、透過部30及び反射部31において、画素電極(PIX)の線状部分(51,52)の間にも対向電極(COM)を配置した電極構造になっている。
このように構成された本実施例7においても、前述の実施例1と同様に、半透過型液晶表示装置の反射率の向上を図ることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
31 反射部
51,52 線状部分
53 連結部分
AL1,AL2 配向膜
BM 遮光膜(ブラックマトリックス)
CFR,CFG,CFB カラーフィルタ
CFLS カラーフィルタの目開き部
CH コンタクトホール
COM 対向電極
DL,DL1,DL2 映像線(ドレイン線又はソース線)
GI ゲート絶縁膜
GL 走査線(ゲート線)
LC 液晶層
MR 段差形成層
OC 保護膜
PAS1,PAS2 絶縁膜
PIX 画素電極
POL1,POL2 偏光板
RAL 反射電極
RET 位相差板
SUB1,SUB2 ガラス基板
Claims (12)
- 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される液晶層とを有する液晶表示パネルを備え、
前記液晶表示パネルは、各々が透過部と反射部とを有する複数のサブピクセルを有し、
前記複数のサブピクセルの各々のサブピクセルは、前記一対の基板のうちの一方の基板上に形成された画素電極及び対向電極を有する半透過型液晶表示装置であって、
前記各々のサブピクセルは、前記画素電極が前記透過部と反射部とで共通であり、
前記液晶層の液晶初期配向方向と前記透過部の画素電極の延在方向とのなす角度のうち狭い角度をθtとし、前記液晶層の液晶初期配向方向と前記反射部の画素電極の延在方向とのなす角度のうち狭い角度をθrとする時、
前記液晶層がポジ型液晶の場合、θt>θrを満足することを特徴とする半透過型液晶表示装置。 - 前記反射部の画素電極は、前記透過部の画素電極に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記一対の基板のうちの一方の基板は映像線を有し、
前記透過部の画素電極および前記反射部の画素電極の少なくとも一方の画素電極は、前記映像線に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記一対の基板のうちの一方の基板は映像線を有し、
前記一対の挟持基板のうちの他方の基板は、隣接するサブピクセル間の境界領域に対応して形成された遮光膜を有し、
前記透過部の画素電極および前記反射部の画素電極の少なくとも一方の画素電極は、前記映像線に対して斜めになっており、
前記透過部の画素電極および前記反射部の画素電極の少なくとも一方の画素電極に合わせて、前記反射部の遮光膜も前記映像線に対して斜めになっていることを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記一対の基板のうちの一方の基板は走査線を有し、
前記一対の基板のうちの他方の基板は遮光膜を有し、
前記走査線に沿って隣接する各サブピクセル間の前記反射部における境界領域には、前記遮光膜が形成されていないことを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記反射部の画素電極は、前記透過部の画素電極よりも本数が多いことを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記一対の基板のうちの一方の基板は走査線を有し、
前記一対の基板のうちの他方の基板は遮光膜及びカラーフィルタを有し、
前記走査線に沿って隣接する各サブピクセル間の前記反射部における境界領域には、前記遮光膜及び前記カラーフィルタが形成されておらず、前記遮光膜の幅よりも広い目開き部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記一対の基板のうちの一方の基板は、複数の映像線を有し、
前記各サブピクセルの前記画素電極は、互いに隣り合う前記2本の映像線の間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記透過部の画素電極、及び前記反射部の画素電極は、夫々屈曲していることを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記一対の基板のうちの一方の基板は映像線を有し、
前記映像線は、前記透過部の画素電極、或いは前記反射部の画素電極の形状に合わせて、屈曲していることを特徴とする請求項9に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記対向電極は、面状の電極であり、
前記画素電極は、絶縁膜を介して前記対向電極上に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項10のうちの何れか1項に記載の半透過型液晶表示装置。 - 前記一対の基板のうちの他方の基板は、前記反射部と対向する領域に段差形成層を有することを特徴とする請求項1乃至請求項11のうちの何れか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
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