KR20150002486A - 반투과형 액정 표시 장치 및 전자 기기 - Google Patents

반투과형 액정 표시 장치 및 전자 기기 Download PDF

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KR20150002486A
KR20150002486A KR20140077385A KR20140077385A KR20150002486A KR 20150002486 A KR20150002486 A KR 20150002486A KR 20140077385 A KR20140077385 A KR 20140077385A KR 20140077385 A KR20140077385 A KR 20140077385A KR 20150002486 A KR20150002486 A KR 20150002486A
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요꼬 후꾸나가
마사야 다마끼
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가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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Abstract

반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 다음에 투과 표시를 실현 가능한 반투과형 액정 표시 장치, 이것을 구비한 전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다. 반투과형 액정 표시 장치(1)는 복수의 화소마다 설치된 반사 전극 및 반사 전극이 설치되는 제1 기판과, 반사 전극과 대향하는 투명 전극 및 투명 전극이 설치되는 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 사이에 형성된 액정층과, 반사 전극보다도 투명 전극 측에 설치되고, 복수의 색 필터를 구비하고, 각 색의 필터가 화소에 대응하여 배치된 컬러 필터를 갖고, 제1 기판은, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 제1 방향으로 연장되고, 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치는 제1 공간과, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고, 제1 공간보다도 투과율이 높은 제2 공간이 형성되며, 제1 공간의 전역에 배치된 차광 부재를 구비한다.

Description

반투과형 액정 표시 장치 및 전자 기기{TRANSFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 반투과형 액정 표시 장치 및 이것을 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
표시 장치로서, 화면 배면의 백라이트광에 의한 투과광을 이용하여 표시를 행하는 투과형 표시 장치 및 외광에 의한 반사광을 이용하여 표시를 행하는 반사형 표시 장치가 있다. 투과형 표시 장치는, 채도가 높고, 어두운 환경하에서도 화면을 보기 쉽다는 특징을 가지고 있다. 반사형 표시 장치는, 소비 전력이 적고, 밝은 환경하에서도 화면을 보기 쉽다는 특징을 가지고 있다.
또한, 투과형 표시 장치와 반사형 표시 장치의 특징을 겸비하는 표시 장치로서, 예를 들어 1개의 화소 내에 투과 표시 영역(투과 표시부)과 반사 표시 영역(반사 표시부)을 갖는 반투과형 액정 표시 장치가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 반투과형 액정 표시 장치는, 어두운 환경하에서는 백라이트광에 의한 투과광을 이용하여 표시하고, 밝은 환경하에서는 외광에 의한 반사광을 이용하여 표시한다.
반투과형 액정 표시 장치는, 밝은 환경하에서도 어두운 환경하에서도 화면을 보기 쉽고, 게다가, 소비 전력이 적다. 이 때문에, 전자 기기, 그 중에서도, 옥외에서 사용되는 빈도가 높은 휴대형의 전자 기기(휴대 단말 기기), 예를 들어 디지털 카메라 등의 휴대 정보 기기 또는 휴대 전화기 등의 휴대용 통신 기기의 표시부로서 이용되고 있다.
일본 특허 공개 제2009-93115호 공보
반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 투과 표시 영역을 확보하는 것과, 반사 표시 성능을 유지하는 것은 상반된 관계에 있다. 즉, 투과 표시 성능을 높이기 위해서, 투과 표시 영역을 크게 확보하고자 하면, 그만큼만 반사 표시 영역을 작게 하지 않을 수 없기 때문에 반사 표시 성능이 저하된다. 반대로, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지하려고 하면, 반사 표시 영역을 크게 확보해야만 하기 때문에, 그만큼만 투과 표시 성능이 저하된다.
따라서, 본 발명은, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 다음에 투과 표시를 실현 가능한 반투과형 액정 표시 장치, 및 이것을 구비한 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 복수의 화소마다 설치된 반사 전극 및 상기 반사 전극이 설치되는 제1 기판과, 상기 반사 전극과 대향하는 투명 전극 및 상기 투명 전극이 설치되는 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성된 액정층과, 상기 반사 전극보다도 상기 투명 전극 측에 설치되고, 복수의 색 필터를 구비하고, 각 색의 필터가 상기 화소에 대응하여 배치된 컬러 필터를 갖고, 상기 제1 기판은, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 제1 방향으로 연장되고, 상기 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치는 제1 공간과, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 공간보다도 투과율이 높은 제2 공간이 형성되며, 상기 제1 공간의 전역에 배치된 차광 부재를 구비하고, 반사 표시는, 상기 반사 전극을 사용하여 행해지고, 투과 표시는, 상기 차광 부재가 배치되지 않은 상기 제2 공간을 이용하여 행해지는 반투과형 액정 표시 장치 및 이것을 구비한 전자 기기이다.
상기 구성의 반투과형 액정 표시 장치 및 그 반투과형 액정 표시 장치를 갖는 전자 기기에 있어서, 반사 전극 사이의 공간을 이용하여 투과 표시를 행한다 함은, 그 반사 전극 사이의 공간의 영역을 투과 표시 영역으로서 사용한다고 하는 것이다. 이와 같이 함으로써, 1개의 화소 내에 투과 표시를 위한 전용 영역을 확보할 필요가 없어진다. 이것은, 1개의 화소 내에 존재하는 반사 전극의 크기(면적)로서, 반사형 표시 장치의 반사 전극과 동일 정도의 크기를 확보할 수 있음을 의미한다. 따라서, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 채, 반사 전극 사이의 공간을 통하여 투과 표시를 실현할 수 있다.
또한, 상기 반사 전극 사이의 공간 중, 제1 방향으로 연장되고, 상기 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치며, 제2 방향으로 연장되는 제2 공간보다도 투과율이 낮은 제1 공간에 차광 부재를 설치하고, 제1 공간으로부터의 광의 투과를 억제함으로써, 투과율의 저감을 억제하면서, 광학 특성을 안정시킬 수 있다. 그 결과, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 채, 반사 전극 사이의 공간을 통하여 투과 표시를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인접하는 화소의 반사 전극 사이의 공간을 이용하여 투과 표시를 행함으로써, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 다음에 투과 표시를 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치의 구성 개략을, 일부를 절결한 상태에서 나타내는 사시도이다.
도 2a는, 기본적인 화소 회로를 나타내는 회로도이다.
도 2b는, 컬러 표시에 있어서의 화소의 모식도이다.
도 2c는, 모노크롬 표시에 있어서의 화소의 모식도이다.
도 2d는, 부화소의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2e는, 부화소의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2f는, 부화소의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3a는, 반사형 액정 표시 장치의 화소부의 평면도이다.
도 3b는, 반투과형 액정 표시 장치의 화소부의 평면도이다.
도 4a는, 실시 형태에 따른 화소부의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4b는, 실시 형태에 따른 화소부의 다른 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 5a는, 전압 무인가 시에 있어서, 프레임 반전의 구동 방식을 채용하는 것이 바람직한 이유에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5b는, 라인 반전 또는 도트 반전 시의 전압 인가 시에 있어서, 프레임 반전의 구동 방식을 채용하는 것이 바람직한 이유에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5c는, 프레임 반전 시의 전압 인가 시에 있어서, 프레임 반전의 구동 방식을 채용하는 것이 바람직한 이유에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은, MIP 방식을 채용한 화소의 회로 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7은, MIP 방식을 채용한 화소의 동작 설명에 이용하는 타이밍 차트이다.
도 8은, 반사 전극 사이의 공간(화소 사이의 공간)을 이용하여 투과 표시를 행하는 경우에 있어서의 화소 사이의 액정 분자의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 9는, 노멀리 화이트 모드의 경우의 화소 사이에 있어서의 투과율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은, 화소끼리를 컬러 필터의 오버랩부에서 구획한 컬러 화소를 나타내는 도면이다.
도 11a는, 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 11b는, 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 12는, 러빙 방향을 나타내는 설명도이다.
도 13은, 복수의 분할 화소 전극 및 화소 사이의 공간을 나타내는 평면도이다.
도 14는, 러빙 방향과 투과율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는, 전압 인가 전에 있어서의, 제1 기판으로서의 TFT 기판측에서의 러빙 방향 및 액정 분자의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 16은, 전압 인가 전에 있어서의, 제1 기판으로서의 TFT 기판측에서의 러빙 방향 및 액정 분자의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 17은, 전압 인가 시에 있어서의, 액정 분자의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 18은, 산란층의 단면도이다.
도 19는, 산란층의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 20은, 산란층의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 21은, 반사 전극과 컬러 필터의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 22는, 러빙 방향과 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23a는, 차광 부재를 설치하지 않은 경우의 투과 표시에서의 광의 투과의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 23b는, 차광 부재를 설치하지 않은 경우의 투과 표시에서의 광의 투과의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 23c는, 차광 부재를 설치하지 않은 경우의 투과 표시에서의 광의 투과의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 24a는, 화소부의 다른 예의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 24b는, 도 24a에 도시한 전극 구조의 단면도이다.
도 25a는, 실시 형태에 따른 화소부의 다른 예의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 25b는, 도 25a에 도시한 전극 구조의 단면도이다.
도 26은, 노멀리 블랙 모드에서의 인가 전압과 반사율의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은, 반사율과 명도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28은, 노멀리 화이트 모드에서의 인가 전압과 반사율의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29a는, 싱글 갭 구조의 경우에, 노멀리 블랙의 ECB 모드의 광학 설계를 행한 일례를 나타내는 도면이다.
도 29b는, 싱글 갭 구조의 경우에, 노멀리 블랙의 ECB 모드의 광학 설계를 행한 일례를 나타내는 도면이다.
도 30a는, 멀티 갭 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 열 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 30b는, 멀티 갭 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 행 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 31은, 반사 표시 영역의 스펙트럼의 계산 결과를 나타내는 도면이다.
도 32는, 투과 표시 영역의 스펙트럼의 계산 결과를 나타내는 도면이다.
도 33은, 변형예에 따른 화소부의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 34a는, 본 발명이 적용되는 디지털 카메라의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 34b는, 본 발명이 적용되는 디지털 카메라의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 35는, 본 발명이 적용되는 비디오 카메라의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 36은, 본 발명이 적용되는 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 37a는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는, 열린 상태의 정면도이다.
도 37b는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는 측면도이다.
도 37c는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는, 닫힌 상태의 정면도이다.
도 37d는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는 좌측면도이다.
도 37e는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는 우측면도이다.
도 37f는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는 상면도이다.
도 37g는, 본 발명이 적용되는 휴대 전화기를 나타내는 하면도이다.
도 38은, 본 발명이 적용되는 정보 휴대 단말기를 나타내는 정면도이다.
이하, 본 발명의 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 「실시 형태」라고 기술함)에 대하여 도면을 이용하여, 다음에 나타내는 수순으로 상세히 설명한다.
1. 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치
1-1. 컬러 표시 대응의 반투과형 액정 표시 장치
1-2. 기본적인 화소 회로
1-3. 화소 및 부화소
1-4. 화소부의 전극 구조에 대한 고찰
2. 실시 형태의 설명
2-1. 액정 표시 패널의 구동 방식
2-2. MIP 방식
2-3. 표시 모드
2-4. 컬러 필터의 오버랩
2-5. 액정 분자의 배향
2-6. 산란층
2-7. 투과 영역 위치
2-8. 액정의 표시 모드
2-9. 구체적인 실시예
3. 변형예
4. 전자 기기
5. 본 발명의 구성
<1. 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치>
본 발명의 기술은, 플랫 패널형(평면형)의 표시 장치에 적용할 수 있다. 플랫 패널형의 표시 장치로서는, 액정 표시(LCD: Liquid Crystal Display) 패널을 사용한 표시 장치, 일렉트로 루미네센스(EL: Electro Luminescence) 표시 패널을 사용한 표시 장치, 플라즈마 표시(PD: Plasma Display) 패널을 사용한 표시 장치 등을 예시할 수 있다.
이들 플랫 패널형의 표시 장치는, 표시의 형태로 분류하면, 투과형, 반사형 및 반투과형으로 분류할 수 있다. 본 발명의 기술은, 투과형 표시 장치와 반사형 표시 장치의 특징을 겸비하는 반투과형 액정 표시 장치, 즉, 밝은 환경하에서도, 어두운 환경하에서도 화면을 보기 쉽고, 게다가, 소비 전력이 적은 반투과형 액정 표시 장치에 적용할 수 있다. 이들 특징을 갖는 반투과형 액정 표시 장치는, 전자 기기, 그 중에서도, 옥외에서의 사용 빈도가 높은 휴대형의 전자 기기, 즉, 휴대 단말 기기, 예를 들어 디지털 카메라 등의 휴대 정보 기기 또는 휴대 전화기 등의 휴대용 통신 기기의 표시부로서 이용하기에 적합한 것이다.
본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치는, 모노크롬 표시 대응의 표시 장치이어도 되고, 컬러 표시 대응의 표시 장치이어도 된다. 컬러 표시 대응의 경우, 컬러 화상을 형성하는 단위가 되는 1개의 화소(단위 화소)는 복수의 부화소(서브 픽셀)를 포함하게 된다. 보다 구체적으로는, 컬러 표시 대응의 표시 장치에서는, 단위 화소는, 예를 들어 적색(Red: R)을 표시하는 부화소, 녹색(Green: G)을 표시하는 부화소, 청색(Blue: B)을 표시하는 부화소의 3개의 부화소를 포함한다.
다만, 1개의 화소로서는, RGB의 3원색의 부화소를 조합한 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, RGB의 3원색의 부화소에, 또한 1색 또는 복수 색의 부화소를 더하여 단위 화소로 하는 것도 가능하다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 휘도 향상을 위해 백색(White: W)을 표시하는 부화소를 더하여 단위 화소로 하거나, 색 재현 범위를 확대하기 위해 보색을 표시하는 적어도 1개의 부화소를 더하여 단위 화소로 하거나 하는 것도 가능하다.
[1-1. 컬러 표시 대응의 반투과형 액정 표시 장치]
이하, 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치로서, 컬러 표시 대응의 반투과형 액정 표시 장치를 예로 들어 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용되는 반투과형 액정 표시 장치(1)는 제1 패널부(10), 제2 패널부(20), 액정층(30) 및 백라이트부(40)를 주된 구성 요소로서 갖는다. 반투과형 액정 표시 장치(1)는 제2 패널부(20)의 표면측이 표시면측으로 된다. 제1 패널부(10)와 제2 패널부(20)는, 소정의 공극을 갖고 대향 배치되어 있다. 그리고, 제1 패널부(10)와 제2 패널부(20)의 공극 내에 액정 재료가 밀봉됨으로써 액정층(30)이 형성되어 있다.
제1 패널부(10)는 액정층(30)과 반대측, 즉, 백라이트부(40) 측부터 순서대로 편광판(11), 1/2 파장판(12), 1/4 파장판(13), 투명한 유리 등을 기판 재료로 하는 제1 기판(14) 및 평탄화막(15)이 형성되어 있다.
이 제1 패널부(10)에 있어서, 제1 기판(14) 위에는, 함께 도시하지 않은 복수의 신호선과 복수의 주사선이 교차하도록 형성되어 있다. 그리고, 복수의 신호선과 복수의 주사선이 교차하는 부위에는, 부화소(50: 이하, 단순히 「화소」라 기술하는 경우도 있음)가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있다.
제1 기판(14) 위에는, 또한, TFT(Thin Film Transistor: 박막 트랜지스터) 등의 스위칭 소자 및 용량 소자 등의 회로 소자가 화소(50)마다 형성되어 있다. 이들 회로 소자, 신호선 및 주사선의 표면에 평탄화막(15)이 형성됨으로써 제1 패널부(10)의 표면 평탄화가 도모되어 있다. 그리고, 평탄화막(15)의 위에, 후술하는 반사 전극이 화소(50)마다 형성되게 된다. 제1 기판(14)은 TFT를 포함하는 회로 소자가 형성되기 때문에 TFT 기판이라 불리는 경우가 있다.
복수의 신호선은, 화소(50)를 구동하는 신호(표시 신호/영상 신호)를 전송하기 위한 배선이며, 화소(50)의 행렬 형상의 배치에 대하여 화소열마다, 그 화소열의 화소 배열 방향, 즉, 열 방향(도 1의 Y 방향)을 따라 연장되는 배선 구조로 되어 있다. 복수의 주사선은, 화소(50)를 행 단위로 선택하는 신호(주사 신호)를 전송하기 위한 배선이며, 화소(50)의 행렬 형상의 배치에 대하여 화소행마다, 그 화소행의 화소의 배열 방향, 즉, 행 방향(도 1의 X 방향)을 따라 연장되는 배선 구조로 되어 있다. X 방향과 Y 방향은, 서로 직교한다.
제2 패널부(20)는, 액정층(30) 측부터 순서대로 ITO(Indium Tin Oxide: 인듐 주석 산화물) 등으로 형성된 투명 전극(21), 컬러 필터(22), 투명한 유리 등을 기판 재료로 하는 제2 기판(23), 1/4 파장판(24), 1/2 파장판(25) 및 편광판(26)이 설치된 구성으로 되어 있다.
이 제2 패널부(20)에 있어서, 컬러 필터(22)는, 예를 들어 열 방향(Y 방향)으로 신장되는 스트라이프 형상의 R(적색) G(녹색) B(청색)의 각 필터가, 화소(50)의 행 방향(X 방향)의 피치와 동일한 피치로 반복 배열된 구성으로 되어 있다. 제2 기판(23)은 컬러 필터(CF: Color Filter)(22)를 포함하고 있기 때문에 CF 기판이라 불리는 경우가 있다.
전술한, 제1 패널부(10), 그 제1 패널부(10)와 대향 배치된 제2 패널부(20) 및 제1 패널부(10)와 제2 패널부(20)의 사이에 배치된 액정층(30)에 의해 반투과형의 액정 표시 패널이 구성되어 있으며, 제2 패널부(20)의 상면(표면)이 표시면으로 되어 있다.
백라이트부(40)는, 액정 표시 패널을 그 액정 표시 패널의 배면측, 즉, 제1 패널부(10)의 액정층(30)과는 반대측으로부터 조명하는 조명부이다. 이 백라이트부(40)는, 그 구조 및 구성 요소를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 또는 형광관 등의 광원과, 프리즘 시트, 확산 시트 및 도광판 등의 주지의 부재를 사용할 수 있다.
상기 구성의 반투과형 액정 표시 장치(1)에 있어서, 화소(50)는 그 화소(50)마다 반사 표시 영역(반사 표시부)과 투과 표시 영역(투과 표시부)을 갖고 있다. 반사 표시 영역은, 전술한 바와 같이, 평탄화막(15)의 표면에, 화소(50)마다 형성되는 반사 전극을 갖고, 제2 패널부(20)를 투과하여 외부로부터 입사한 외광을 그 반사 전극에 의해 반사하고, 그 반사광에 의해 표시한다. 투과 표시 영역은, 백라이트부(40)로부터의 광을 투과하고, 그 투과광에 의해 표시한다. 이 화소(50)마다 설치되는 투과 표시 영역의 상세에 대해서는 후술한다.
[1-2. 기본적인 화소 회로]
다음으로, 화소(50)의 기본적인 화소 회로에 대하여, 도 2a를 이용하여 설명한다. 도 2a에 X로 나타내는 방향(X 방향)은 도 1에 도시한 반투과형 액정 표시 장치(1)의 행 방향을 나타내고, Y로 나타내는 방향(Y 방향)은 열 방향을 나타낸다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 복수의 신호선(61(611, 612, 613, …))과, 복수의 주사선(62(621, 622, 623, …))이 교차하도록 배선되고, 그 교차부에 화소(50)가 배치되어 있다. 복수의 주사선(62(621, 622, 623, …))이 연장되는 방향은 행 방향(X 방향)이며, 복수의 신호선(61(611, 612, 613, …))이 연장되는 방향은 열 방향(Y 방향)이다. 전술한 바와 같이, 복수의 신호선(61)과 복수의 주사선(62)은, 제1 패널부(10)의 제1 기판(14: TFT 기판)의 표면에 형성되어 있다. 그리고, 복수의 신호선(61(611, 612, 613, …))의 각 일단부는, 신호 출력 회로(70)의 각 열에 대응한 출력단에 접속되고, 복수의 주사선(62(621, 622, 623, …))의 각 일단부는, 주사 회로(71)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
화소(50)는, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 화소 트랜지스터(51)와 액정 용량(52)과 유지 용량(53)을 갖는 구성으로 되어 있다. 화소 트랜지스터(51)는 게이트 전극이 주사선(62(621, 622, 623, …))에 접속되고, 소스 전극이 신호선(61(611, 612, 613, …)에 접속되어 있다.
액정 용량(52)은 화소 전극과, 이에 대향하여 형성되는 대향 전극(도 1의 투명 전극(21)에 상당)의 사이에서 발생하는 액정 재료의 용량 성분을 의미하고, 화소 전극이 화소 트랜지스터(51)의 드레인 전극에 접속되어 있다. 화소 전극은, 컬러 표시의 경우에는 부화소마다 형성되는 반사 전극에 상당하고, 모노크롬 표시의 경우에는 화소마다 형성되는 반사 전극에 상당한다. 액정 용량(52)의 대향 전극에는, 직류 전압의 코먼 전위 VCOM이 전체 화소 공통으로 인가된다. 유지 용량(53)은, 한쪽의 전극이 액정 용량(52)의 화소 전극에, 다른 쪽의 전극이 액정 용량(52)의 대향 전극에 각각 접속되어 있다.
상기의 화소 회로로부터 명백해진 바와 같이, 복수의 신호선(61(611, 612, 613, …)은 화소(50)를 구동하는 신호, 즉, 신호 출력 회로(70)로부터 출력되는 영상 신호를 화소열마다 화소(50)로 전송하는 배선이다. 또한, 복수의 주사선(62(621, 622, 623, …)은 화소(50)를 행 단위로 선택하는 신호, 즉, 주사 회로(71)로부터 출력되는 주사 신호를 화소행마다 전송하는 배선이다.
[1-3. 화소 및 부화소]
반투과형 액정 표시 장치(1)가 컬러 표시에 대응하는 경우, 도 2b에 도시한 바와 같이, 컬러 화상을 형성하는 단위가 되는 1개의 화소, 즉 단위 화소(5)는 예를 들어 복수의 부화소(50: 서브 픽셀)를 포함한다. 이 예에서는, 단위 화소(5)는 R을 표시하는 부화소(50R)와, B를 표시하는 부화소(50B)와, G를 표시하는 부화소(50G)를 포함한다. 단위 화소(5)가 갖는 부화소(50R, 50B, 50G)는, X 방향, 즉 반투과형 액정 표시 장치(1)의 행 방향을 향하여 배열된다. 전술한 바와 같이, 단위 화소(5)는, 나아가 1색 또는 복수 색의 부화소를 가져도 된다. 반투과형 액정 표시 장치(1)가 모노크롬 표시에만 대응하는 경우, 도 2c에 도시한 바와 같이, 모노크롬 화상을 형성하는 단위가 되는 1개의 화소, 즉 단위 화소(5M)는, 화소(50)(컬러 화상에 있어서의 부화소(50)에 상당)가 된다. 단위 화소(5)는 컬러 화상을 표시하기 위한 기본 단위이며, 단위 화소(5M)는, 모노크롬 화상을 표시하기 위한 기본 단위이다.
여기서, 각 부화소(50)는 복수의 부부화소(화소)로 분할되어 있어도 된다. 이 경우, 반사 전극은, 부부화소에 대응하여 복수로 분할되어 있다. 부화소(50)는 복수의 부부화소의 화소 전극(반사 전극)을 각각 별도의 구동 회로를 개재하여 신호선(61), 주사선(62)과 접속함으로써, 면적 계조 표시가 가능해진다. 예를 들어, 부화소(50)는 복수의 부부화소의 반사 전극의 면적비를 2:1로 함으로써, 0, 1, 2, 3의 2비트의 면적 계조가 가능해진다. 도 2d에 도시한 부화소(50)는 반사 전극(263a)을 구비하는 부부화소(500A)와, 그 약 2배의 면적을 갖는 반사 전극(263b)을 구비하는 부부화소(500B)가 병렬 배치되어 있다. 부부화소(500A, 500B)의 반사 전극(263a, 263b)은, 각각 별도의 구동 회로를 개재하여 신호선(61), 주사선(62)과 접속되어 있다. 여기서, 부화소(50)는 도 2e에 도시한 바와 같이, 개구가 형성된 반사 전극(263c)을 구비하는 부부화소(500C)와, 반사 전극(263c)의 개구 내에 배치된 반사 전극(263d)을 구비하는 부부화소(500D)에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 부화소(50)는 예를 들어 도 2f에 도시한 바와 같이, 면적이 서로 동등한 3개의 반사 전극(263e, 263f, 263g)을 각각 구비하는 부부화소(500E, 500F, 500G)를 일렬로 배열하여 구성되어 있어도 된다. 도 2f에 도시한 부화소의 경우, 3개의 부부화소 중 부부화소(500E)의 반사 전극(263e)과, 부부화소(500G)의 반사 전극(263g)이 전기적으로 접속되고, 하나의 구동 회로를 개재하여 신호선(61), 주사선(62)과 접속되고, 나머지의 부부화소(500F)의 반사 전극(263f)이 별도의 구동 회로를 개재하여 신호선(61), 주사선(62)과 접속됨으로써, 무게 중심을 유지한 2비트의 면적 계조가 가능해진다.
[1-4. 화소부의 전극 구조에 관한 고찰]
투과 표시 영역에 대하여 설명하기 전에, 화소(50)의 전극 구조에 대하여 고찰한다.
도 3a, 도 3b는, 종래의 화소부의 전극 구조의 설명에 이용하는 도면이다. 도 3a는 반사(전반사)형 액정 표시 장치의 화소부의 평면도를, 도 3b는 종래의 반투과형 액정 표시 장치의 화소부의 평면도를 각각 나타내고 있다. 도 3a, 도 3b에 있어서, 반사 전극(63)에 대해서는, 망점을 넣어 나타내고 있다.
도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 일반적으로, 액정 표시 장치의 화소부는, 화소(50)가 행렬 형상으로 배치되고, 그 행렬 형상의 배치에 대하여 신호선(61)이 열 방향을 따라 연장되는 화소(50) 사이의 공간 위치에 배선되고, 주사선(62)이 행 방향을 따라 연장되는 화소(50) 사이의 공간 위치에 배선된 구성으로 되어 있다. 전술한 바와 같이, 신호선(61)과 주사선(62)은, 도 1에 있어서, 제1 패널부(10)의 제1 기판(14) 위에 서로 교차하도록 배선되어 있다.
이와 같은 구성의 화소부(화소 어레이부)에 있어서, 도 3a에 도시한 반사형 액정 표시 장치에 있어서는, 알루미늄 등의 금속으로 형성된 반사 전극(63)을 화소(50)의 사이즈와 거의 동일한 크기로 형성하고, 그 반사 전극(63)의 영역을 반사 표시 영역으로 하고 있다. 즉, 반사형 액정 표시 장치는, 화소(50)의 사이즈와 거의 동일한 크기의 반사 표시 영역을 확보함으로써, 원하는 반사 표시 성능을 얻도록 하고 있다.
이에 반하여, 도 3b에 도시한 종래의 반투과형 액정 표시 장치에서는, 1개의 화소(50) 내에 반사 전극(63)과 함께 개구부(64)를 형성하고, 그 개구부(64)를 투과 표시 영역으로서 이용한다. 이와 같이, 투과 표시 영역을 확보하기 위해서, 화소(50) 내에 개구부(64)를 형성하면, 그 개구부(64)의 면적분만큼 반사 전극(63), 즉, 반사 표시 영역을 작게 하지 않을 수 없다. 이로 인해, 종래의 반투과형 액정 표시 장치에서는, 반사 표시 성능이, 반사형 액정 표시 장치의 그것에 비하여 저하된다. 즉, 투과 표시 영역을 확보하는 것과, 반사 표시 성능을 유지하는 것은 상반된 관계에 있다.
<2. 실시 형태의 설명>
본 발명의 실시 형태에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1)는, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 채, 투과 표시를 실현하기 위해서, 인접하는 화소(50)의 반사 전극(63) 사이의 공간을 이용하여 투과 표시를 행한다. 이하, 적절히 「인접하는 화소의 반사 전극 사이의 공간」을, 「반사 전극 사이의 공간」 또는 「화소 사이의 공간」이라 한다. 구체적으로는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 화소(50)가 행렬 형상으로 배치되는 화소부에 있어서, 신호선(61) 및 주사선(62) 등의 배선을, 반사 전극(63) 사이의 소정의 방향의 공간을 막지 않도록 형성함으로써, 그 소정의 방향의 공간을 투과 표시 영역으로서 이용하여 투과 표시를 행할 수 있다. 보다 구체적으로는, 반사 전극(63) 사이의 컬러 필터의 상이한 색의 필터 의 경계와 겹치면서, 다른 방향의 공간보다도 투과율이 낮은 방향(제1 방향)의 공간을 막고, 제1 방향과 교차하는 방향(제2 방향)으로 연장되는 공간을 막지 않도록 형성함으로써, 제2 방향의 공간을 투과 표시 영역으로서 이용하여 투과 표시를 행할 수 있다.
도 4a에 있어서, 반사 전극(63)은 망점을 넣어 나타내고 있다. 또한, 반사 전극(63) 사이의 공간은, 화소열의 화소 배열 방향, 즉, 열 방향(Y 방향)을 따라 연장되는 공간(65A)과, 화소 행의 화소의 배열 방향, 즉, 행 방향(X 방향)을 따라 연장되는 공간(65B)이 존재한다. 또한, 본 예에서는, 화소부에 형성되는 배선으로서 신호선(61) 및 주사선(62)을 예시하고 있지만, 화소부에 형성되는 배선은 이들에 한정되는 것은 아니다. 즉, 화소(50)를 구동(제어)함에 있어서 필요해지는 구동선(제어선) 전부가, 본 예에서 말하는 배선에 포함된다.
「공간을 막지 않음」이란, 배선이 반사 전극(63) 사이의 공간(65A, 65B)과 오버랩하고 있는 영역의 존재를 배제하는 것은 아니다. 구체적으로는, 열 방향으로 배선되는 신호선(61)이 행 방향으로 연장되는 공간(65B)과 오버랩하는 상태 및 행 방향으로 배선되는 주사선(62)이 열 방향으로 연장되는 공간(65A)과 오버랩하는 상태는, 「공간을 막지 않음」 개념에 포함되는 것으로 한다.
또한, 신호선(61)이 열 방향으로 연장되는 공간(65A)과 일부가 또는 부분적으로 오버랩하는 상태 및 주사선(62)이 행 방향으로 연장되는 공간(65B)과 일부가 또는 부분적으로 오버랩하는 상태도, 「공간을 막지 않음」 개념에 포함되는 것으로 한다. 모든 경우에도, 신호선(61) 및 주사선(62)이 공간(65A, 65B)과 오버랩하지 않은 영역을 투과 표시 영역으로서 이용하게 된다.
또한, 반사 전극(63) 사이의 공간(65B)을 막지 않도록 배선을 형성할 때에는, 그 배선을 반사 전극(63) 사이의 공간(65B)을 피하여 형성하는 것이 바람직하다. 「공간을 피하여」란, 반사 전극(63) 사이의 공간(65B) 중에 배선이 존재하지 않는(즉, 그 공간(65B) 중에 배선이 오버랩하는 영역이 존재하지 않는) 상태를 말한다.
구체적으로는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 주사선(62)에 대해서는, 행 방향으로 연장되는 공간(65B)을 피하여, 즉, 공간(65B)과의 사이에 오버랩하는 영역을 존재시키지 않고 배선한다. 또한, 공간(65A)에 겹치는 영역의 전역에 신호선(61(611, 612, 613, 614, 615)을 설치하고, 신호선(61)에 의해 공간(65A)을 막는다. 또한, 본 실시 형태에서는, 공간(65A)이 반사 전극(63) 사이의 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치면서, 투과율이 낮은 방향(제1 방향)의 공간이 되고, 공간(65B)이 제1 방향과 교차하는 방향(제2 방향)으로 연장되고, 제1 방향보다도 투과율이 높은 방향의 공간이 된다. 반사 전극(63) 사이의 공간(65B) 중에 신호선(61) 및 주사선(62)이 오버랩하는 영역이 존재하지 않음으로써, 그 공간(65B)의 영역의 전체를 투과 표시 영역으로서 이용할 수 있기 때문에, 반투과형 액정 표시 장치(1)는, 보다 높은 투과 표시 성능을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 반사 전극(63) 사이의 공간(65A)을 신호선(61)으로 막음으로써, 광학 특성을 안정시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 반투과형 액정 표시 장치(1)는 반사 전극(63) 사이의 공간(65B)을 이용하여 투과 표시를 행하는, 즉, 그 공간(65B)의 영역을 투과 표시 영역으로 함으로써, 화소(50) 내에 투과 표시 영역을 별도 확보할 필요가 없어진다. 이와 같이 함으로써, 도 3a와 도 4a의 대비로부터 명백해진 바와 같이, 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 화소(50)의 사이즈를 동일하게 한 경우, 반사 전극(63)의 치수를 반사형 액정 표시 장치의 반사 전극의 치수와 동등하게 할 수 있다. 그 결과, 반투과형 액정 표시 장치(1)는 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 채, 투과 표시를 실현 가능해진다. 또한, 반사 전극(63) 사이의 공간(65A)을 신호선(61)으로 막음으로써, 광학 특성을 안정시킬 수 있다. 이 점에 대해서는 후술한다.
또한, 도 4a에 도시한 예에서는, 신호선(61)으로 공간(65A)을 막았지만, 이에 한정되지 않는다. 반투과형 액정 표시 장치(1)는 도 4b에 도시한 바와 같이, 공간(65A)으로부터 어긋난 위치, 막히지 않는 위치에 신호선(61)을 배치하고, 신호선(61)과는 별도의 차광 부재(80)로 공간(65A)을 막아 구성되어 있어도 된다. 차광 부재(80)로서는, 액정 표시 패널의 배선, 보다 구체적으로는, 반사 전극과 동일한 기판에 형성되어 있는 배선을 이용할 수 있다. 배선은, 금속 배선을 이용하는 것이 바람직하다. 차광 부재에 광을 반사하는 부재를 사용함으로써 반사 표시 시에 보다 많은 광을 반사시킬 수 있다. 또한, 차광 부재는, 투과 표시 시에, 광의 투과를 차단할 수 있으면 되며 광을 흡수하는 필터로 하여도 된다.
[2-1. 액정 표시 패널의 구동 방식]
그런데, 액정 표시 패널(액정 표시 장치)에 있어서는, 액정에 동극성의 직류 전압이 계속해서 인가됨으로써 액정의 비저항(물질 고유의 저항값) 등이 열화되는 것을 억제하기 위해서, 코먼 전위 VCOM을 기준으로 하여 영상 신호의 극성을 소정의 주기로 반전시키는 구동 방식이 채용된다.
이와 같은 액정 표시 패널의 구동 방식으로서, 라인 반전, 도트 반전, 프레임 반전 등의 구동 방식이 알려져 있다. 라인 반전은, 1 라인(1 화소행)에 상당하는 1H(H는 수평 기간)의 시간 주기로 영상 신호의 극성을 반전시키는 구동 방식이다. 도트 반전은, 서로 인접하는 상하 좌우의 화소마다 영상 신호의 극성을 교대로 반전시키는 구동 방식이다. 프레임 반전은, 1 화면에 상당하는 1 프레임마다 전체 화소에 기입하는 영상 신호를 한번에 동일한 극성에서 반전시키는 구동 방식이다.
본 실시 형태에 있어서, 반투과형 액정 표시 장치(1)는, 상기의 각 구동 방식 중 어느 하나를 채용하는 것도 가능하다. 단, 다음에 설명하는 이유에 의해, 라인 반전 및 도트 반전의 구동법보다도, 프레임 반전의 구동 방식을 채용하는 것이 바람직하다.
프레임 반전의 구동 방식을 채용하는 것이 바람직한 이유에 대하여, 도 5의 시뮬레이션 결과를 이용하여 설명한다. 도 5에 있어서, 도 5a는 화소(50)에 전압을 인가하지 않은 경우의 시뮬레이션 결과를, 도 5b는 라인 반전 또는 도트 반전 시에 화소(50)에 전압을 인가한 경우의 시뮬레이션 결과를, 도 5c는 프레임 반전 시에 화소(50)에 전압을 인가한 경우의 시뮬레이션 결과를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 5b, 도 5c에는, 등전위선을 일점쇄선으로 나타내고 있다.
라인 반전 또는 도트 반전의 경우에는, 투명 전극(21: 대향 전극)과 반사 전극(63: 화소 전극)의 사이의 전위가 인접하는 2개의 화소 사이에서 서로 다르게 됨으로써, 화소 사이에 있어서의 한쪽의 화소 근방과 다른 쪽의 화소 근방에서의 액정 분자의 움직임이 달라진다. 이로 인해, 화소 사이의 액정 배향이 안정되지 않는다. 이것은, 도 5b에 일점쇄선으로 나타내는 등전위선의 분포로부터도 명확하다.
이와 같이, 인접하는 2개의 화소 사이에서 전위가 서로 다른 라인 반전 또는 도트 반전의 경우에는, 화소 사이의 액정 배향을 안정적으로 제어할 수 없다. 액정 배향이 안정되지 않는 화소 사이의 공간을 투과 표시 영역으로서 이용하여 투과 표시를 행하면, 잔상이 발생하는 등의 우려가 있다.
이에 반하여, 프레임 반전의 경우에는, 투명 전극(21)과 반사 전극(63) 사이의 전위가 인접하는 2개의 화소 사이에서 동일함으로써, 화소 사이에 있어서의 한쪽의 화소 근방과 다른 쪽의 화소 근방에서 액정 분자가 동일한 움직임을 하게 된다. 이로 인해, 프레임 반전의 구동 방식을 이용한 경우에 있어서의 화소 사이의 액정 배향은, 라인 반전 또는 도트 반전의 경우에 비하여 안정된다. 이것은, 도 5c에 일점쇄선으로 나타내는 등전위선의 분포로부터도 명확하다.
이와 같이, 인접하는 2개의 화소 사이에 있어서 전위가 동일한 프레임 반전의 경우에는, 화소 사이의 액정 배향을 비교적 안정적으로 제어할 수 있기 때문에, 그 화소 사이의 공간(인접하는 화소의 반사 전극 사이의 공간)을 투과 표시 영역으로서 이용하여 투과 표시를 행하여도 잔상을 효과적으로 억제할 수 있다. 이상의 이유에서, 반사 전극(63) 사이의 공간을 이용하여 투과 표시를 행함에 있어서는, 라인 반전 또는 도트 반전의 구동 방식을 이용하는 것보다도, 프레임 반전의 구동 방식을 이용하는 편이 바람직하다. 단, 전술한 바와 같이, 라인 반전 또는 도트 반전의 구동 방식의 채용을 배제하는 것은 아니다.
[2-2. MIP 방식]
프레임 반전의 구동 방식을 이용하는 경우, 1 프레임 기간에 걸쳐 동일한 극성의 신호 전압을 신호선에 기입하는 것이기 때문에, 쉐이딩이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 반투과형 액정 표시 장치(1)에 있어서는, 프레임 반전의 구동 방식을 이용함에 있어서, 화소(50)로서 메모리 기능을 갖는 화소, 예를 들어 화소마다 데이터를 기억 가능한 메모리를 갖는, 소위 MIP(Memory In Pixel) 방식을 채용하도록 한다. MIP 방식의 경우, 화소(50)에는 항상 일정 전압이 인가되게 되기 때문에, 쉐이딩을 저감시킬 수 있다.
또한, MIP 방식은, 데이터를 기억하는 메모리를 화소 내에 가짐으로써, 아날로그 표시 모드에 의한 표시와, 메모리 표시 모드에 의한 표시를 실현할 수 있다. 아날로그 표시 모드란, 화소의 계조를 아날로그적으로 표시하는 표시 모드이다. 메모리 표시 모드란, 화소 내의 메모리에 기억되어 있는 2치 정보(논리 "1"/논리 "0")에 기초하여, 화소의 계조를 디지털적으로 표시하는 표시 모드이다.
메모리 표시 모드의 경우, 메모리에 유지되어 있는 정보를 이용하기 때문에, 계조를 반영한 신호 전위의 기입 동작을 프레임 주기로 실행할 필요가 없다. 그로 인해, 메모리 표시 모드의 경우에는, 계조를 반영한 신호 전위의 기입 동작을 프레임 주기로 실행할 필요가 있는 아날로그 표시 모드의 경우에 비하여 소비 전력이 적어도 된다. 다시 말하면, 반투과형 액정 표시 장치(1)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 6은, MIP 방식을 채용한 화소의 회로 구성의 일례를 나타내는 블록도이며, 도면 중, 도 2a와 동등한 부위에는 동일한 부호를 부여하여 나타내고 있다. 또한, 도 7에, MIP 방식을 채용한 화소의 동작 설명에 이용하는 타이밍 차트를 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 화소(50)는 액정 용량(52: 액정 셀) 외에, 3개의 스위치 소자(54, 55, 56) 및 래치부(57)를 갖는 구동 회로부(58)를 구비한다. 구동 회로부(58)는 SRAM(Static Random Access Memory) 기능을 구비하고 있다. 구동 회로부(58)를 구비하는 화소(50)는 SRAM 기능을 갖는 화소 구성으로 되어 있다. 액정 용량(52: 액정 셀)은, 화소 전극(예를 들어, 도 3의 반사 전극(63))과 이에 대향하여 배치되는 대향 전극 사이에서 발생하는 액정 용량을 의미하고 있다.
스위치 소자(54)의 일단부는, 신호선(61)(도 2a의 신호선(611 내지 613)에 상당)에 접속되어 있다. 스위치 소자(54)는 도 2a의 주사 회로(71)로부터 주사 신호 φV가 부여됨으로써 온(폐쇄) 상태로 되고, 도 2a의 신호 출력 회로(70)로부터 신호선(61)을 개재하여 공급되는 데이터 SIG를 받아들인다. 래치부(57)는 서로 역방향으로 병렬 접속된 인버터(571, 572)를 갖고 있으며, 스위치 소자(54)에 의해 받아들인 데이터 SIG에 따른 전위를 유지(래치)한다.
스위치 소자(55, 56)의 각 한쪽의 단자에는, 코먼 전위 VCOM과는 역상의 제어 펄스 XFRP 및 동상의 제어 펄스 FRP가 부여된다. 스위치 소자(55, 56)의 각 다른 쪽의 단자는 공통으로 접속되고, 그 공통 접속 노드가, 본 화소 회로의 출력 노드 Nout가 된다. 스위치 소자(55, 56)는, 래치부(57)의 유지 전위의 극성에 따라서 어느 한쪽이 온 상태로 된다. 이에 의해, 대향 전극(도 1의 투명 전극(21))에 코먼 전위 VCOM이 인가되어 있는 액정 용량(52)에 대하여 제어 펄스 FRP 또는 제어 펄스 XFRP가 화소 전극(예를 들어, 도 3의 반사 전극(63))에 인가된다.
도 7로부터 명백한 바와 같이, 본 예의 경우, 래치부(57)의 유지 전위가 마이너스측 극성일 때에는, 액정 용량(52)의 화소 전위가 코먼 전위 VCOM과 동상이 되기 때문에 흑색 표시로 되고, 래치부(57)의 유지 전위가 플러스측 극성인 경우에는, 액정 용량(52)의 화소 전위가 코먼 전위 VCOM과 역상이 되기 때문에 백색 표시로 된다.
전술한 점에서 명백하게 알 수 있는 바와 같이, MIP의 화소(50)에서는, 래치부(57)의 유지 전위의 극성에 따라서 스위치 소자(55, 56) 중 어느 한쪽이 온 상태로 됨으로써, 액정 용량(52)의 화소 전극(예를 들어, 도 3의 반사 전극(63))에 대하여, 제어 펄스 FRP 또는 제어 펄스 XFRP가 인가된다. 그 결과, 화소(50)에는 항상 일정한 전압이 인가되게 되므로, 쉐이딩의 발생이 억제된다.
또한, 본 예에서는, 화소(50)가 내장한 메모리로서 SRAM을 사용하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, SRAM은 일례에 지나지 않으며, 다른 메모리, 예를 들어 DRAM(Dynamic Random Access Memory)을 사용하는 구성을 취하도록 해도 된다.
본 실시 형태에 있어서, MIP 방식을 채용함에 있어서는, 면적 계조법, 시분할 계조법 등을 이용할 수 있다. 시분할 계조법의 경우, 정지 화상이더라도 시간에 따라 화소 전위가 서로 다르고, 화소 내 및 화소 사이의 액정 분자가 움직이게 된다. 따라서, 시분할 계조법을 이용하는 것보다도 면적 계조법을 이용하는 편이 바람직하다. 또한, 면적 계조법의 경우에는, 화소 전극, 즉, 반사 전극(63)을 분할하는 점에서, 전극 사이의 간극이 많아지기 때문에, 패널의 투과율로서는 분할하지 않은 경우보다도 높아지는 이점이 있다.
또한, 상기의 예에서는, 메모리 기능을 갖는 화소로서, 화소마다 데이터를 기억 가능한 메모리를 갖는 MIP의 화소를 사용하는 것으로 하였지만, 이것은 일례에 지나지 않는다. 메모리 기능을 갖는 화소로서는, MIP의 화소 외에, 예를 들어 주지의 메모리성 액정을 사용하는 화소를 예시할 수 있다.
[2-3. 표시 모드]
액정의 표시 모드에는, 전계(전압) 무인가 시에 백색 표시, 전계 인가 시에 흑색 표시가 되는 노멀리 화이트 모드와, 전계 무인가 시에 흑색 표시, 전계 인가 시에 백색 표시가 되는 노멀리 블랙 모드가 있다. 이 양 모드는 액정 셀의 구조는 동일하며, 도 1의 편광판(11, 26)의 배치가 상이하다.
반사 전극(63) 사이의 공간(화소(50) 사이의 공간)을 이용하여 투과 표시를 행하는 경우, 화소 사이의 액정 분자는 모두 스위칭하는 것은 아니며, 액정 분자가 움직이지 않는 영역도 존재한다. 노멀리 화이트 모드의 경우, 액정 분자가 움직이지 않는 영역의 존재에 의해 흑색을 돋보일 수 없기 때문에, 콘트라스트가 낮아질 우려가 있다.
도 8에, 반사 전극(63) 사이의 공간(화소(50) 사이의 공간)을 이용하여 투과 표시를 행하는 경우에 있어서의 화소 사이의 액정 분자의 움직임을 나타낸다. 도 8에 있어서, 반사 전극(63)의 중앙부의 위치 A에서는 액정 분자가 완전히 움직인다. 이에 반하여, 화소 사이에 있어서의 반사 전극(63)의 근방 위치 B에서는 액정 분자가 어느 정도 움직이고, 화소 사이의 중앙부의 위치 C에서는 액정 분자가 전혀 움직이지 않는다.
이와 같이 함으로써, 액정 분자가 전혀 움직이지 않는 화소 사이의 중앙부의 영역에서는, 투과율이 반사 전극(63)의 영역에 비하여 극단적으로 높아지기 때문에 광 누설이 발생한다. 따라서, 흑색이 돋보이지 않게 되기 때문에 콘트라스트가 저하된다.
도 9에, 노멀리 화이트 모드의 경우의 화소 사이에 있어서의 투과율의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 도 9에 있어서, 위치 A, B, C에서는, 도 8의 위치 A, B, C에 각각 대응하고 있다. 도 9의 시뮬레이션 결과로부터, 도 8에 있어서의 화소 사이의 중앙부의 위치 C에서는 액정 분자가 전혀 움직이지 않기 때문에 투과율이 높은(예를 들어, 0.35 정도) 것을 알 수 있다.
이와 같은 이유에서, 본 실시 형태에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 표시 모드로서, 노멀리 블랙 모드를 채용하는 것이 바람직하다. 노멀리 블랙 모드로 하면, 액정에 전압이 인가되지 않은 상태, 즉, 액정 배향이 균일한 상태에서 흑색 표시가 되어, 흑색을 돋보일 수 있기 때문에, 콘트라스트를 높일 수 있다. 단, 노멀리 화이트 모드의 채용을 배제하는 것은 아니다.
광학 특성의 실측 결과의 일례로서, 노멀리 화이트 모드의 경우, 백색 투과율(％)이 0.93 정도, 흑색 투과율(％)이 0.29 정도이기 때문에, 콘트라스트가 3 정도이다. 노멀리 블랙 모드의 경우, 백색 투과율(％)이 0.71 정도, 흑색 투과율(％)이 0.06 정도이기 때문에, 콘트라스트가 12 정도이다. 즉, 노멀리 블랙 모드를 채용함으로써, 콘트라스트를 노멀리 화이트 모드의 경우의 4배 정도로 향상시킬 수 있다.
[2-4. 컬러 필터의 오버랩]
도 10에 도시한 바와 같이, 컬러 필터(22R, 22G)끼리의 일부 및 컬러 필터(22G, 22B)끼리의 일부를 오버랩시키고, 각각의 오버랩부 OL에서 부화소(50R, 50G, 50B)를 차광하면서, 구획하는 구조도 있다. 오버랩 부분 OL은, 광의 투과율이 블랙 매트릭스보다는 높아지지만, 컬러 필터(22R, 22G, 22B)를 오버랩시키지 않은 경우보다도 광의 투과율은 낮아진다. 이로 인해, 도 1에 도시한 반투과형 액정 표시 장치(1)를 사용하여 투과 표시를 행하는 경우, 오버랩부 OL이 아니라, Y 방향에 인접하는 부부화소(501: 분할 부화소) 사이에 존재하면서, X 방향으로 연장되는 공간(65B)을 이용한다. 따라서, 반투과형 액정 표시 장치(1)를 사용하여 투과 표시를 행하는 경우에 화질을 향상시키기 위해서는, 공간(65B) 중에 있어서의 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
[2-5. 액정 분자의 배향]
도 10에 도시한 부화소(50) 사이 또는 부부화소(501) 사이의 공간(65B)의 투과율을 향상시키기 위해서는, 도 11a 및 도 11b에 도시한 반투과형 액정 표시 장치(1a)가 갖는 액정 분자(31)의 배향을 트위스티드 네마틱(TN: Twisted Nematic) 배향으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 11a는, 반투과형 액정 표시 장치(1a)의 주사선(62)의 연장 방향으로 직교하는 방향, 즉 열 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내고, 도 11b는, 반투과형 액정 표시 장치(1a)의 신호선(61)의 연장 방향으로 직교하는 방향, 즉 행 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내고 있다. 트위스티드 네마틱 배향이란, 도 11a 및 도 11b에 있어서, TFT 기판으로서의 제1 기판(14)과 CF 기판으로서의 제2 기판(23)의 사이에 끼워진 액정층(30)의 액정 분자(31)군의 장축 AXl 방향이, 제1 기판(14) 측의 배향막(30F) 및 제2 기판(23) 측의 배향막(20F)의 표면(30FP, 20FP)에 평행하면서, 제1 기판(14)과 제2 기판(23)의 사이에서 비틀어져 있는 배향 상태이다. 또한, 도 11a 및 도 11b에 도시한 반투과형 액정 표시 장치(1a)는 도 1에 도시한 반투과형 액정 표시 장치(1)에, 산란층(27)을 더한 것이다. 이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 반투과형 액정 표시 장치(1a)와 같이 산란층(27)을 가져도 되며, 반투과형 액정 표시 장치(1)와 같이 산란층(27)을 갖지 않아도 된다. 산란층(27)에 대해서는 후술한다.
본 실시 형태에 있어서, 러빙의 방향(이하, 적절히 '러빙 방향'이라 함)은 도 12에 도시한 바와 같이, XY 평면에 있어서의 X 방향, 즉 행렬 형상으로 배치된 복수의 화소(50: 부화소)의 행 방향을 기준으로 한 각도로 표현한다. Y 방향은, 행렬 형상으로 배치된 복수의 화소(50: 부화소)의 열 방향이다. 도 12의 직선 Ltft는 제1 기판(14) 측의 러빙 방향을 나타내고, 직선 Lcf는 제2 기판(23) 측의 러빙 방향을 나타낸다. 이하에 있어서, 직선 Ltft, Lcf를 러빙축이라고도 한다. 제1 기판(14) 및 제2 기판(23), 보다 구체적으로는, 제1 기판(14) 및 제2 기판(23)의 표면에 각각 형성된 배향막에 접촉한 액정 분자(31)는 각각의 배향막에 대응하는 러빙축 Ltft, Lcf에, 자신의 장축 AXl이 평행해지도록 배열된다.
러빙축 Ltft, Lcf와 X 방향이 이루는 각도를 러빙 각도라 한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 기판(14) 측의 러빙 각도를 θ로 나타낸다. 또한, 제1 기판(14) 측에 있어서의 러빙축 Ltft와 제2 기판(23) 측에 있어서의 러빙축 Lcf가 이루는 각도 φ를 트위스트 각도라고 한다. 본 실시 형태에 있어서, 러빙 각도 θ 및 트위스트 각도 φ는, Z축을 중심으로 하여, X축으로부터 제1 사분면을 향하는 회전(반시계 방향)을 + 방향, X축으로부터 제4 사분면을 향하는 회전(시계 방향)을 - 방향으로 한다.
트위스트 각도 φ가 0°또는 ±180°인 경우, 액정 분자(31)의 배향은 호모지니어스 배향으로 된다. 본 실시 형태에 있어서, 도 13에 있어서 일점쇄선 a로 나타나는 위치, 즉, Y 방향에 인접하는 부부화소(501) 사이로서, X 방향으로 연장되는 공간(65B)의 투과율은, 호모지니어스 배향에 있어서는 0.4 정도인 것에 비하여, 트위스트 각도 φ가 0°또는 180°를 초과하면 급격하게 상승하고, 약 ±10°(또는 ±170°)로 1.1 정도까지 커진다. 그 후, 트위스트 각도 φ가 커짐에 따라서 투과율은 점감하지만, 트위스트 각도 φ가 ±90°이더라도, 호모지니어스 배향의 2배 정도의 값이다. 또한, 도 13에 있어서 일점쇄선 b로 나타나는 위치, 즉, X 방향에 인접하는 부부화소(501) 사이로서, Y 방향으로 연장되는 공간(65A)의 투과율은, 호모지니어스 배향에 있어서는 0.2 정도인 것에 반하여, 트위스트 각도 φ가 0°또는 180°를 초과하면 급격하게 상승하고, 약 ±40°(또는 ±140°)로 0.8 정도까지 커진다. 그 후, 트위스트 각도 φ가 커짐에 따라서 투과율은 점감하지만, 트위스트 각도 φ가 ±90°이어도, 호모지니어스 배향으로 2배 정도의 값이다.
이와 같이, 트위스트 각도 φ가 0°또는 ±180°이외의 값, 즉, 액정 분자(31)의 배향이 호모지니어스 배향이 아닌 상태로 되면, 액정 분자(31)가 제1 기판(14)과 제2 기판(23)의 사이에서 비틀어져 있는 상태로 된다. 이로 인해, 부부화소(501) 사이의 공간(65A, 65B)의 투과율은, 호모지니어스 배향과 비교하여 크게 상승한다. 그 결과, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 다음에 투과 표시를 실현할 수 있다. 이어서, 제1 기판(14) 측에 있어서의 러빙 각도 θ에 대하여 설명한다.
도 11a 및 도 11b에 도시한 반사 전극(63)과 투명 전극(21)의 사이에 인가 되는 전압에 의해, XY 평면 내에 형성되는 전계의 강도가 높은 것은, 제2 기판(23)측보다도 제1 기판(14) 측이다. 이것은, 제2 기판(23) 측의 투명 전극(21)은 XY 평면 내에서 연속하고 있기 때문에, XY 평면 내에 있어서는 전위차가 존재하지 않지만, 제1 기판(14) 측의 반사 전극(63)은 인접하는 반사 전극(63) 사이에 있어서 전위차가 존재하기 때문에, XY 평면 내에 있어서 전위차가 존재하기 때문이다. 따라서, 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)에 의한 투과 표시에 있어서는, 제1 기판(14) 측에 있어서의 액정 분자(31)의 배향 방향이 보다 중요해진다. 제1 기판(14) 측에 있어서의 액정 분자(31)의 배향 방향을 결정하는 것은, 제1 기판(14) 측의 러빙 방향이다.
또한, 반사 전극(63)의 표면측에 존재하는 액정 분자(31)가 Z축 방향으로 스위칭 동작함으로써, 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)에 의한 반사 표시가 실현된다. 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)의 투과 표시는, 부부화소(501) 사이 또는 부화소(50) 사이 등에 존재하는 액정 분자(31)가 XY 평면 내에서 스위칭 동작함으로써 실현된다. 이로 인해, 투과 표시에 있어서는, 부부화소(501) 사이 또는 부화소(50) 사이 등에 존재하는 액정 분자(31)의 스위칭 동작을 고려하는 것이 바람직하다.
도 14는, 트위스트 각도 φ를 70°로 하고, 러빙 각도 θ를 변화시켰을 때에 투과율을 시뮬레이션한 결과이다. 도 14의 실선 a는, 도 13의 일점쇄선 a로 나타내는 위치에 있어서의 투과율과 러빙 각도 θ의 관계를 나타내고 있다. 도 14의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 기판(14) 측의 러빙 방향을 규정하는 러빙 각도 θ는, -45°이상 0°이하, 0°이상 45°이하, -135°이상 -180°이하 또는 135°이상 180°이하의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위라면, Y 방향에 인접하는 부부화소(501) 사이에 형성되는 공간(65B)에 있어서의 광의 투과율을 높게 할 수 있다. 그 결과, 공간(65B)에 있어서의 광의 이용 효율을 효과적으로 향상시키고, 반투과형 액정 표시 장치(1a, 1)를 사용하여 투과 표시를 행하는 경우의 화질을 향상시킬 수 있다.
러빙 각도 θ가 비교적 작은 경우, 도 15, 도 17에 도시한 바와 같이, 전압의 인가 전후에 있어서, XY 평면 내에 있어서의 액정 분자(31)의 회전이 커지는 결과(도 15의 화살표 R), 투과율이 커진다. 이에 반하여, 러빙 각도 θ가 비교적 큰 경우, 도 16, 도 17에 도시한 바와 같이, 전압의 인가 전후에 있어서, XY 평면 내에 있어서의 액정 분자(31)의 회전은 작아지는 결과(도 16의 화살표 R), 투과율은 작아진다. 제1 기판(14) 측에 있어서의 러빙 각도 θ를 전술한 범위로 함으로써, XY 평면 내에 있어서의 액정 분자(31)의 회전을 크게 하여, 투과율을 크게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, X 방향에 인접하는 부부화소(501) 사이의 공간(65A)에는 오버랩부 OL이 존재한다. 이로 인해, 공간(65A)의 투과율을 향상시키는 것보다도, Y 방향에 인접하는 부부화소(501) 사이에 형성되는 공간(65B)의 투과율을 향상시키는 편이, 반투과형 액정 표시 장치(1a, 1) 전체의 투과율을 향상시키기 위해서는 바람직하다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 러빙 각도 θ를 전술한 범위로 하여, 공간(65B)의 투과율을 향상시키고 있다. 이와 같이 함으로써, 반투과형 액정 표시 장치(1a, 1) 전체의 투과율을 효율 좋게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 다음에 투과 표시를 실현할 수 있다.
[2-6. 산란층]
도 11a 및 도 11b에 도시한 반투과형 액정 표시 장치(1a)는, 액정층(30)보다도 반사 전극(63)에서 반사한 광의 진행 방향 측에, 광을 산란시키는 산란층(27)을 갖는다. 보다 구체적으로는, 반투과형 액정 표시 장치(1a)는 제2 기판(23)과 1/4 파장판(24)의 사이에 산란층(27)을 갖는다. 산란층(27)은 반사 전극(63)에서 반사된 광을 산란시키거나, 화소 사이의 공간(65A)을 투과한 백라이트광을 산란시키거나 하는 비등방 또는 등방의 층이다. 산란층(27)으로서는, 예를 들어 LCF(Light Control Film)를 사용할 수 있다.
산란층(27)은, 전방 산란이 많고 후방 산란이 적은 전방 산란층이다. 산란층(27)은, 특정 방향으로부터 입사한 광을 산란하는 이방성 산란층이다. 산란층(27)은, 제2 기판(23)과의 관계에서 편광판(26) 측의 특정 방향으로부터 광이 입사하여 온 경우에, 그 입사광을 거의 산란하지 않고 투과시켜서, 반사 전극(63)에서 반사되어 되돌아 온 광을 크게 산란하도록 되어 있다.
산란층(27)은, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 제2 기판(23)과의 관계에서 소정의 방향으로부터 외광 L1이 입사했을 때에 그 외광 L1을 투과시키고, 그 투과한 광 중 반사 전극(63)에서 반사된 광 L2를, 산란 중심축 AX1을 중심으로 하여 소정의 범위에서 산란시키도록 되어 있다. 외광 L1은, 제2 기판(23)의 편광판(26)에 입사하는 평행광이다. 외광 L1은, 무편광 광이어도 되고, 편광 광이어도 된다. 산란층(27)은, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 굴절률이 서로 다른 2종류의 영역(제1 영역(27B), 제2 영역(27S))을 포함한다. 산란층(27)은, 도 19에 도시한 바와 같이 복수의 판 형상의 제2 영역(27S)이 제1 영역(27B) 중에 소정 간격으로 배열된 루버 구조로 되어 있어도 되고, 도 20에 도시한 바와 같이 기둥 형상의 제2 영역(27Sa)이 제1 영역(27B) 중에 배열된 기둥 형상 구조로 되어 있어도 된다.
산란층(27)은, 예를 들어 제1 영역(27B) 및 제2 영역(27S)이 두께 방향으로 연장되면서, 소정의 방향으로 경사진 것이다. 산란층(27)은, 예를 들어 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 광중합 가능한 모노머 또는 올리고머의 혼합물인 수지 시트에, 자외선을 경사 방향으로부터 조사함으로써 형성된 것이다. 또한, 산란층(27)은, 상기와는 서로 다른 구조로 되어 있어도 되며, 또한, 상기와는 서로 다른 방법으로 제조된 것이어도 된다. 산란층(27)은, 1층이어도 되고, 복수의 층이어도 된다. 산란층(27)이 복수의 층인 경우, 서로 동등한 구조이어도 되고, 서로 다른 구조이어도 된다.
산란층(27)의 산란 중심축 AX1은, 예를 들어 주 시각 방향을 향하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 산란 중심축 AX1은, 주 시각 방향과는 서로 다른 방향을 향하고 있어도 된다. 어느 쪽에 있어서도, 산란층(27)을 이용하였을 때, 산란층(27)의 효과에 의해, 주 시각 방향의 휘도가 가장 밝아지는, 즉, 반사율이 가장 높아지도록 산란 중심축 AX1의 방향이 설정되어 있으면 된다. 주 시각이란, 반투과형 액정 표시 장치(1a)의 유저가 반투과형 액정 표시 장치(1a)를 사용할 때 영상 표시면을 바라보는 방위에 대응하고 있으며, 영상 표시면이 사각형 형상으로 되어 있는 경우에는, 영상 표시면의 1변 중 유저에 가장 가까운 변과 직교하는 방위에 대응하고 있다.
화소 사이의 공간(65A)으로부터 백라이트광 등을 투과시키는 경우, 반사 전극(63)의 패터닝 정밀도 또는 제2 기판(23)과의 겹침 어긋남 등에 의해, 백라이트광 등의 투과의 변동이 커질 가능성이 있다. 특히, 웨트 프로세스를 이용하여 은을 반사 전극(63)으로서 사용하는 경우, 전술한 변동은 매우 커질 가능성이 있다. 산란층(27)에 의해, 투과광이 산란되므로, 전술한 변동이 평준화된다는 이점이 있다.
[2-7. 투과 영역 위치]
다음으로, 투과 표시 영역에 대하여 설명한다. 도 21은, 반사 전극과 컬러 필터와의 관계를 나타내는 평면도이다. 도 22는, 러빙 방향과 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 23a 내지 도 23c는, 각각 차광 부재를 설치하지 않은 경우의 투과 표시에서의 광의 투과의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4a, 도 4b, 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)는, 반사 전극(63) 사이의 공간으로서, 화소열의 화소 배열 방향, 즉, 열 방향(Y 방향)을 따라 연장되는 공간(65A)과, 화소행의 화소의 배열 방향, 즉, 행 방향(X 방향)을 따라 연장되는 공간(65B)이 존재한다. 이 중, 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 공간(65A)을 신호선(61) 또는 차광 부재(80)에 의해 막고, 공간(65B)을 막지 않는다. 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 공간(65B)이 투과 표시 영역으로 되고, 공간(65A)이 투과 표시 영역으로 되지 않는다. 본 실시 형태에서는, 공간(65A)은, 반사 표시 영역으로 된다.
여기서, 도 21에 도시한 바와 같이, 공간(65A)은, 반사 전극(63a) 사이의 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹친다. 공간(65B)은, 동일한 색의 필터가 겹친다. 또한, 액정의 러빙 각도 θ와 공간(65A)의 투과율(B-B선의 중앙 부분으로부터 나오는 광의 투과율)과 공간(65B)의 투과율(A-A선의 중앙 부분으로부터 나오는 광의 투과율)은 도 22에 나탄낸 관계로 된다. 도 22에 도시한 바와 같이, 공간(65A)의 투과율과 공간(65B)의 투과율이란, 러빙 각도의 위치에 따라서, 180°어긋난 위상에서 변화한다. 즉, 러빙 각도의 변화에 의해, 공간(65A)의 투과율이 증가하면 공간(65B)의 투과율이 감소하고, 공간(65A)의 투과율이 감소하면 공간(65B)의 투과율이 증가한다. 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 전술한 바와 같이, 공간(65A)의 투과율이 낮고, 공간(65B)의 투과율이 높아지는 러빙 각도로 액정이 배향된다. 구체적으로는 반투과형 액정 표시 장치(1)는 러빙 각도를 -180°, 0°, 180°중 어느 하나로 하는 것이 바람직하다.
반투과형 액정 표시 장치(1)는 반사 전극(63a) 사이의 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치는 공간(65A)의 투과율을 공간(65B)보다도 낮게 함으로써, 즉, 컬러 필터의 동일한 색의 필터가 겹치는 공간(65B)의 투과율을 공간(65A)보다도 높게 함으로써, 화소의 경계로부터 출력되는 광의 광학 특성을 안정시킬 수 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 컬러 필터의 배치와 액정층의 러빙 각도 및 트위스트 각도에 의해, 공간(65A)을 반사 전극(63) 사이의 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치면서, 투과율이 낮은 방향(제1 방향)의 공간으로 하고, 공간(65B)을 제1 방향과 교차하는 방향(제2 방향)으로 연장하고, 제1 방향보다도 투과율이 높은 방향의 공간으로 하면, 공간(65A)에서 디스크리네이션이 현저하게 발생하여, 표시하는 화상, 특히 동화상의 표시 얼룩이나 안개로서 인식될 우려가 있다. 또한, 컬러 필터의 각 색의 필터를 오버랩하여 배치하면, 위치에 따른 겹침량의 어긋남에 의해, 광학 특성이 불안정해진다. 또한, 화소의 단부에서 전계가 불안정해지기 때문에, 액정 도메인이 발생해 버리는 경우가 있다. 이 요인에 의해서도 표시되는 화상이 불안정해질 우려가 있다.
여기서, 도 23a 내지 도 23c는, 표시하지 않은 경우를 포함하여, 4계조로 변조할 수 있는 경우에 대하여, 1색을 표시시켜서 투과되는 광을 관찰한 결과의 일례이다. 도 23a는, 모든 화소를 표시시켜서, 도 23a로부터, 도 23b, 도 23c로 됨에 따라서, 표시시키는 화소의 비율을 저감시키고 있다. 도 23a 내지 도 23c에 도시한 바와 같이, RGB 중 1색을 표시시키면서, 표시시키는 화소의 계조를 변화시키면, 공간(65A)을 투과하여 출력되는 광은, 공간(65B)을 투과하여 출력되는 광보다도 안정되지 않는다. 구체적으로는, 공간(65A)을 투과하여 출력되는 광은, 공간(65A)의 위치에 따라 광량의 변동 비율이 크다. 또한, 반투과형 액정 표시 장치(1)는 도 23a 내지 도 23c에 도시한 바와 같이, 투과율의 관계와 컬러 필터의 배치 관계에 의해, 공간(65A)보다도 공간(65B) 쪽이 보다 많은 광을 사출시킨다.
이상에서, 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 공간(65A)을 신호선(61) 또는 차광 부재(80)에 의해 막고, 공간(65B)을 막지 않음으로써, 컬러 필터 사이의 투과율의 광학 특성이 안정되지 않는 공간(65A)으로부터의 광을 출력시키지 않는다. 이에 의해, 출력하는 광을 안정시킬 수 있어, 디스크리미네이션 등에 의해, 표시하는 화상의 안개나 얼룩이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)는 컬러 필터의 배치와 액정층의 러빙 각도 및 트위스트 각도에 의해, 공간(65A)이 투과율이 낮은 방향(제1 방향)의 공간으로 되어 있기 때문에, 공간(65A)을 신호선(61) 또는 차광 부재(80)에 의해 막아도, 투과율의 저하를 적게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)는 투과 표시 모드에 있어서, 광의 투과율을 높게 유지하면서, 출력되는 광의 광학 특성을 안정시킬 수 있어, 표시시키는 화상의 질을 높게 할 수 있다. 또한, 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 신호선(61) 또는 차광 부재(80)에 의해 공간(65A)을 막음으로써, 컬러 필터에 블랙 매트릭스를 설치하는 것보다도 반사 표시 모드에서의 광의 손실을 적게 할 수 있다.
다음으로, 도 24a 및 도 24b를 이용하여, 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)에 적합하게 사용할 수 있는 TFT 기판의 일례를 설명한다. 도 24a는, 화소부의 다른 예의 전극 구조를 나타내는 평면도이다. 도 24b는, 도 24a에 도시한 전극 구조의 단면도이다.
도 24a 및 도 24b에 도시한 부화소(250)는 부부화소(250a, 250b, 250c)를 포함하고, 2비트 4계조로 표시를 전환한다. 부부화소(250a, 250b, 250c)의, 화소 전극인 반사 전극이, 콘택트부(270a, 270b, 270c)에서 각각 구동 회로와 접속되어 있다. 또한, 부부화소(250a)와 부부화소(250c)의, 콘택트부(270a)와 콘택트부(270c)가 중간 배선층(272)에 의해 접속된다.
도 24b에 도시한 바와 같이, 제1 기판은, 예를 들어 유리 기판 등으로 이루어지는 투명 기판(211) 위에 TFT나 용량 소자 등을 포함하는 화소 구동 회로(280)를 구비하고 있다. 투명 기판(211)은 유리 기판 이외의 재료로 구성되어 있어도 되며, 예를 들어 투광성의 수지 기판이나, 석영, 실리콘 기판 등으로 구성되어 있어도 된다. 화소 구동 회로(280)는 금, 알루미늄, 구리 및 이들 합금 등의 금속으로 형성된 게이트 전극(281)과, 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 기능하는 범프 전극층(283, 284)과, TFT나 용량 소자 등을 포함하는 반도체층(282)을 포함한다. 반도체층(282)은, 절연막(212)으로 덮여 있으며, 게이트 전극(281)과, 범프 전극층(283, 284)에 접속되어 있다.
범프 전극층(283, 284)은, 막 두께가 예를 들어, 500㎚ 이상 1000㎚ 이하이며, 절연막(212) 위로 돌출된다. 범프 전극층(283, 284)이 갖는 막 두께의 고저차의 영향을 억제하기 위해서, 제1 평탄화층(224), 제2 평탄화층(227)으로 덮는다. 제1 평탄화층(224)에는, 제1 콘택트부(270)를 형성하는 콘택트 홀(270A)이 열려 있다. 중간 배선층(272: 중간 배선)과 범프 전극층(284)은, 제1 콘택트부(270)의 콘택트 홀(270A)에서 도통하도록 접속되어 있다. 중간 배선층(272)은 막 두께가 예를 들어, 50㎚ 이상 100㎚ 이하이다. 또한, 중간 배선층(272: 중간 배선)은, 반사 전극과 동일 비트에 대응하는 반사 전극(화소 전극)을 접속하고 있다.
반사 전극층(252)은, 제2 평탄화층(227) 위에 배치되고, 제2 평탄화층(227)에는, 제2 콘택트부(290)를 형성하는 콘택트 홀(290A)이 열려 있다. 중간 배선층(272)과 반사 전극층(252)은, 제2 콘택트부(290)의 콘택트 홀(290A)에서 도통하도록 접속되어 있다. 반사 전극층(252)은, 가시광을 반사하는 도전성 재료로 이루어지며, 예를 들어 Ag 등의 금속 재료로 이루어진다. 반사 전극층(252)의 표면은, 예를 들어 경면으로 되어 있다.
본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)에서는, 제1 기판을 도 24a 및 도 24b에 도시한 구성으로 함으로써, 반사 전극을 보다 평탄한 형상으로 할 수 있고, 반사율을 보다 높게 하여, 콘트라스트도 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 같이, 중간 배선층을 형성하고, 상위 비트에 포함되는 부부화소를 중간 배선에서 접속하는 다층 배선으로 함으로써, TFT 회로 밀도를 낮출 수 있어, 수율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 평탄화층을 보다 평탄화시켜서, 즉 보다 평탄하게 형성하기 위해서는, 고 멜트 플로우 재료를 사용하는 것이 매우 효과적이다. 그러나, 고온 소성 시의 멜트 플로우에 의해, 콘택트 홀이 넓어져 버리기 때문에, 넓어진 영역이 산란 반사로 된다.
본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)는, 중간 배선을 사용함으로써 제1 평탄화층(224)을 멜트 플로우성이 높은 재료로 하여 회로를 평탄화하고, 그 위에 중간 배선을 형성한 후, 제2 평탄화층(227)을 제1 평탄화층(224)과는 반대로 멜트 플로우성이 낮은 재료로 형성한다. 이에 의해, 1층째의 콘택트 홀을 제2 평탄화층(227)으로 매립함과 함께, 1층째의 콘택트 홀과는 서로 다른 위치에 2층째의 콘택트 홀을 형성할 수 있다. 또한, 제2 평탄화층의 콘택트 홀은 멜트 플로우성이 낮은 재료이기 때문에 고온 소성에 의한 콘택트 홀의 확대가 억제되고, 평탄성과 작은 콘택트 홀 직경을 양립시킨 반사형 TFT 기판을 제조할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(1)는, 도 24a 및 도 24b에 도시한 적층 구조로 함으로써, 반사 표시 시의 성능을 보다 높게 할 수 있다.
다음으로, 도 24a 및 도 24b와 같이 중간 배선을 구비하는 적층 구조의 경우 바람직한 차광 부재의 배치에 대하여 설명한다. 도 25a는, 실시 형태에 따른 화소부의 다른 예의 전극 구조를 나타내는 평면도이다. 도 25b는, 도 25a에 도시한 전극 구조의 단면도이다.
실시 형태에서는, 부부화소에 대응하여 반사 전극(63a)이 배치되어 있다. 제1 기판은, 도 25b에 도시한 바와 같이, 제1 평탄화층(82)과, 제2 평탄화층(84)이 적층되고, 제1 평탄화층(82)과 제2 평탄화층(84)의 사이의 중간 배선층에 차광 부재(80a)와, 중간 배선(80b)이 배치되어 있다. 중간 배선(80b)은 콘택트부(88)에서 제1 평탄화층(82)의 하측에 있는 화소 전극 받침대(86: 범프 전극층)와 연결하고, 콘택트부(89)에서 제2 평탄화층(84)의 상측에 있는 반사 전극(63a)과 접속한다. 즉 중간 배선(80b)은, 화소 전극인 반사 전극(63a)과 신호(전압)가 공급되는 화소 전극 받침대(86)를 접속한다. 또한, 중간 배선층의 차광 부재(80a)는 표시면에 수직인 방향에서 본 경우, 인접하는 반사 전극(63a)의 사이의 공간(65A)의 전역과 겹치는 위치에 배치되어 있다. 차광 부재(80a)는, 중간 배선(80b)과 동일한 층에 형성되어 있다. 차광 부재(80a)는, 중간 배선(80b)과 연결되어 있어도, 분리되어 있어도 된다.
이와 같이, 차광 부재(80a)를 중간 배선과 동일한 층에 설치함으로써, 평탄화층(82) 위에 차광 부재를 형성할 수 있다. 이에 의해 차광 부재(80a)를 보다 평탄한 형상으로 할 수 있어, 차광 부재를 평탄한 형상으로 할 수 있다. 또한, 차광 부재를 반사 전극의 근방에 형성할 수 있다.
여기서, 반사 전극(63, 63a)은, 표면, 즉 광을 반사하는 면을 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반사 전극의 반사율을 높게 할 수 있어, 광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 또한, 차광 부재로서 중간 배선 또는 중간 배선층에 형성한 재료(금속, 도전체)를 사용하는 경우, 화소 전극 받침대가 반도체의 경우 오믹 접속이 되도록 일함수를 선택하여, 중간 배선의 재료를 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 중간 배선층은, 반사 전극을 가능한 한 편평하게 하기 위해서, 얇게(예를 들어, 100㎚ 미만) 하면서, 충분한 차광성(OD)>Log(투과 CR)가 되는 막 두께로 하는 것이 바람직하다. 여기서, OD는, -Log(투과율)이다. 또한 중간 배선은, 반사 전극 에칭 시에 소실하지 않도록 표면측 금속의 이온화 에너지를, 반사 전극보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 화소 전극 받침대는, 중간 배선(차광 부재)의 에칭 시에 소실하지 않도록 표면측 금속의 이온화 에너지를, 중간 배선(차광 부재)보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 화소 전극 받침대는, 트랜지스터용 Si 재료로서 기능하는 재료를 사용하도록 하여도 된다. 또한, 중간 배선과 화소 전극 받침대에 반도체를 사용하는 경우, 반도체와 접촉하는 금속은, 오믹 접합이 되는 금속으로 한다. 금속의 일함수를 qΦM으로 하고, 반도체의 일함수를 qΦs로 할 때, qΦM <qΦs를 만족하는 금속으로 한다.
여기서, 중간 배선층은, Mo, Ti을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반사 전극의 처리 시(에칭 시)에 금속이 소실되거나, 박막화하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 중간 배선층은, Mo을 사용함으로써 TFT의 주사선과 동일한 재료로 할 수 있다.
여기서, 화소 전극 받침대는, Mo, Ti을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 중간 배선의 처리 시(에칭 시)에 금속이 소실되거나, 박막화하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 화소 전극 받침대는, Ti/Al/Ti, Mo/Al/Mo을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, TFT의 신호선과 동일한 재료로 할 수 있다. 또한, 화소 전극 받침대는, Si를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 받침대의 재료와 동일한 재료로 할 수 있다.
또한, 반투과형 액정 표시 장치(1)는 전술한 바와 같이, MIP를 구비하는 경우, 즉, 메모리 내장 TFT 디스플레이인 경우, 회로 밀도가 높고, 레이아웃이 복잡한 TFT 기판 위에 반사 화소를 형성할 필요가 있다. 이에 반하여, 본 실시 형태와 같이, 중간 배선을 사용함으로써 화(畵) 품위에 영향을 미치는 콘택트 홀의 배치를1층째 평탄화막 위의 중간 배선의 레이아웃(디자인)으로 자유롭게 정할 수 있다. 이에 의해, 회로 밀도를 낮출 수 있음과 함께 메모리 및 화소 스위치측에 특화한 설계가 가능해진다.
또한, 반투과형 액정 표시 장치(1)는 전술한 바와 같이, MIP를 구비하는 경우, 중간 배선층에 차광 부재를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 차광 부재는, 반사 전극과 메모리 기능의 회로 일부를 접속하는 중간 배선이 형성된 중간 배선층에 상기 중간 배선과 동일한 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 반투과형 액정 표시 장치(1)는 전술한 바와 같이, MIP를 구비하지 않는 구성의 경우, 컬러 필터의 경계와 겹치면서, 투과율이 보다 낮은 공간과 겹치는 방향으로 연장되는 신호선이나 주사선의 배선으로서 공간을 막도록 하는 것이 바람직하다.
[2-8. 액정의 표시 모드]
도 26은, 노멀리 블랙형의 표시 모드에서의 인가 전압 V와 반사율 Y의 관계를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 27은, 반사율 Y와 휘도 L*의 관계를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 28은, 참고예로서, 노멀리 화이트형의 표시 모드에서의 인가 전압 V와 반사율 Y의 관계를 모식적으로 나타낸 것이다.
본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 액정 표시 패널은 일례로서 도 26에 나타낸 관계를 갖는 노멀리 블랙형의 표시 모드로 되어 있다. 따라서, 예를 들어 구동 회로가, 영상 표시면이 백색 표시로 되는 정전압으로서 전위차를, 액정 소자에 인가한 경우에는, 전위차가 인가된 액정 소자의 반사율이 소정의 반사율로 된다.
또한, 광학 설계에 따라서는, 반사율의 차 ΔY가 제로에 근사할 수 없는 크기로 되어버리는 경우도 있다. 그러나, 그 경우이더라도, 예를 들어 반사율 Y의 크기에 의하지 않고, 반사율의 차 ΔY가 소정의 값(일정값)이 되어 있는 것으로 하였을 때, 반사율 Y가 커질수록(휘도가 커질수록), 시감도를 고려한 명도차 ΔL*이 작아진다. 즉, 도 27에 도시한 바와 같이, 반사율 10％의 근방의 반사율 차 ΔY에 대응하는 시감도를 고려한 명도차 ΔL*1보다도, 반사율 30％의 근방의 반사율 차 ΔY에 대응하는 시감도를 고려한 명도차 ΔL*2가 작아진다. 또한, 반사율 30％의 근방의 반사율 차 ΔY에 대응하는 시감도를 고려한 명도차 ΔL*2보다도, 반사율 70％의 근방의 반사율 차 ΔY에 대응하는 시감도를 고려한 명도차 ΔL*3이 작아진다. 따라서, 액정 표시 패널이 노멀리 블랙형의 표시 모드로 되어 있는 경우에는, 반사율의 차 ΔY가 제로에 근사할 수 없는 크기로 되었다고 해도, 백색 표시의 휘도 변동이 작다. 따라서, 공통 접속선의 전압이 변동되었다고 해도, 플리커의 발생을 억제할 수 있다.
그런데, 도 28에 도시한 바와 같이, 액정 표시 패널이 노멀리 화이트형의 표시 모드로 되어 있는 경우에는, 상기와 같이 되지는 않는다. 액정 표시 패널이 노멀리 화이트형의 표시 모드로 되어 있는 경우에는, 흑색 표시의 시감도를 고려한 명도가 변동되어버린다. 흑색 표시의 시감도를 고려한 명도가 변동된 경우, 그것이 플리커로 되어, 표시 품질이 열화되어버린다.
또한, 본 실시 형태에서는, 영상 표시를 행할 때에, 액정 반전 주파수가 30㎐(또는 60fps) 미만으로 되어 있다. 이에 의해, 소비 전력을 억제할 수 있다. 여기서, 전술한 바와 같이 백색 휘도의 변동이 억제되어 있으므로, 액정 반전 주파수가 60㎐ 미만으로 되어 있어도, 그것에 의해 눈에 띌 정도의 플리커는 발생하지 않는다.
이상을 종합하면, 본 실시 형태에서는, 면적 계조 및 노멀리 블랙 모드에서 영상 표시가 행해진다. 여기서, 면적 계조는 중간 계조를 사용하지 않고 흑백 2치로 계조가 행해지는 것이며, 노멀리 블랙 모드는 백색 표시일 때에 인가되는 전압에 변동이 있었다고 해도 안정된 휘도가 얻어지는 것이다. 따라서, 예를 들어 프레임 반전 구동이나 1H 반전 구동 등을 행할 때, 각 화소(50)의 액정층(30)에 인가 되는 전압이, 프레임 기간 중에 저하되었다고 해도, 안정된 휘도가 얻어진다. 또한, 이와 같이 안정된 휘도가 얻어지는 점에서, 구동 주파수를 저주파로 한 경우에도, 플리커의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 플리커의 발생을 억제하면서, 저소비 전력화를 실현할 수 있다.
[2-9. 구체적인 실시예]
다음으로, 본 실시 형태에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 이하에서는, 표시 모드로서 노멀리 블랙 모드를 채용하고, 동작 모드로서 ECB(Electrically Controlled Birefringence: 전계 제어 복굴절) 모드를 채용하는 경우를 예로 들어 설명하는 것으로 한다. 단, 동작 모드로서는, ECB 모드에 한정되는 것이 아니라, VA(Vertically Aligned) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드 등을 채용하도록 해도 된다.
우선, 도 11a 및 도 11b에 도시한, 본 실시 형태의 일 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1a)의 각각 열 방향(Y 방향) 및 행 방향(X 방향)에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내는 단면을 이용하여, 실시예를 설명한다. 도 11a 및 도 11b 중, 도 1과 동등 부위에는 동일 부호를 부여하여 나타내고 있다. 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 제1 패널부(10)는 액정층(30)과 반대측부터 순서대로 편광판(11), 1/2 파장판(12), 1/4 파장판(13), TFT 기판인 제1 기판(14) 및 평탄화막(15)이 형성되고, 평탄화막(15) 위에 반사 전극(63)이 화소마다 형성된 구성으로 되어 있다.
이 제1 패널부(10)에 있어서, 반사 전극(63)은 화소 사이즈와 동일 정도의 크기로 형성되어 있다. 그리고, 반사 전극(63)의 영역이 반사 표시 영역(반사 표시부)으로 된다. 또한, 행 방향(X 방향)에 있어서 인접하는 2개의 화소의 반사 전극(63) 사이에는, 열 방향(Y 방향)을 따라 공간(65A)이 형성되어 있다. 또한, 도 11a에 도시한 바와 같이, 열 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 반사 전극(63) 사이에는, 행 방향을 따라 공간(65B)이 형성되어 있다.
제1 기판(14) 위에는, 화소열마다 각 화소에 대하여 영상 신호를 전송하는 신호선(61)이 배선되어 있다. 이 신호선(61)은, 열 방향을 따라 연장되는 공간(65A)을 막도록, 그 공간(65A)에 오버랩하여, 반사 표시 영역 내에 형성되어 있다. 화소행마다 각 화소에 대하여 주사 신호를 전송하는 주사선(62: 도 11a 참조)에 있어서는, 행 방향을 따라 연장되는 공간(65B)을 막지 않도록, 바람직하게는 그 공간(65B)과 오버랩하지 않도록, 반사 표시 영역 내에 형성되어 있다.
그리고, 주사선(62)이 오버랩하지 않은 반사 전극(63) 사이의 공간(65B)은, 투과 표시 영역으로서 이용된다. 여기서, 본 실시예에 따른 화소 구조에 있어서는, 반사 표시 영역과 투과 표시 영역에서 액정층(30)의 두께, 즉, 셀 갭이 동일해지는, 싱글 갭 구조로 되어 있다.
제1 패널부(10)와 액정층(30)을 사이에 끼워 대향하는 제2 패널부(20)는 액정층(30) 측부터 순서대로 투명 전극(21), 컬러 필터(22), 제2 기판(23), 1/4 파장판(24), 1/2 파장판(25) 및 편광판(26)이 설치된 구성으로 되어 있다. 도 11b는, 행 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소, 예를 들어 적색을 표시하는 R의 부화소와, 녹색을 표시하는 G의 부화소에 대한 화소 구조를 나타내고 있다.
전술한 싱글 갭 구조의 경우에, 노멀리 블랙의 ECB 모드의 광학 설계를 행한 일례를 도 29a, 도 29b에 나타내었다. 도 29a, 도 29b는, 제1 패널부(10)의 구성 부재, 액정 셀(액정층(30)) 및 제2 패널부(20)의 구성 부재의 각 축 방향을 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 29a는, CF 기판측에 대하여, 편광판(26)의 흡수축 방향, 1/2 파장판(25)의 연신축 방향, 1/4 파장판(24)의 연신축 방향, 라이트 컨트롤 필름(27)의 연신 방향 및 액정 셀의 TFT 기판측·CF 기판측의 러빙 방향을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 29b는, TFT 기판측에 대하여, 1/4 파장판(13)의 연신축 방향, 1/2 파장판(12)의 연신축 방향 및 편광판(11)의 흡수축 방향을 각각 나타내고 있다.
또한, 도 29a, 도 29b에 있어서, 각 수치는 축 방향의 각도 및 위상차(리타데이션)를 나타내고 있다. 또한, 위상차에 대해서는, 제1, 제2 패널부(10, 20)의 각 구성 부재에 대하여 파장 550[㎚]의 광을 입사했을 때의 파장으로 환산한 수치이다. 여기에서는, 구체적인 실시예로서, 싱글 갭 구조의 경우를 예로 들어 설명하였지만, 반사 표시 영역과 투과 표시 영역에서 셀 갭이 서로 다른, 도 30a 및 도 30b에 도시한 바와 같은 멀티 갭 구조이어도 상관없다. 도 30a는, 멀티 갭 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 열 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내는 단면도이다. 도 30b는, 멀티 갭 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 행 방향에 있어서 인접하는 2개의 화소의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
다만, 도 30a 및 도 30b에 도시한 바와 같이, 반투과형 액정 표시 장치(1b)가 멀티 갭 구조인 경우에는, 반사 표시 영역과 투과 표시 영역의 사이에 단차를 형성하기 위해, 반사 전극(63) 사이의 공간(65A(65B))에 홈을 형성할 필요가 있기 때문에, 싱글 갭 구조의 경우에 비하여 프로세스 수가 증가한다. 따라서, 프로세스의 관점에서 보면, 멀티 갭 구조보다도 프로세스 수가 적어도 되는 싱글 갭 구조의 편이 바람직하다.
도 29a, 도 29b에 도시한 광학 설계(싱글 갭 구조)에서, 상하 전극, 즉, 대향 전극(투명 전극(21)) 및 화소 전극(반사 전극(63))에 대하여 전압 ON, 전압 OFF 한 경우의, 반사 표시 영역과 투과 표시 영역의 스펙트럼 계산 결과를 도 31 및 도 32에 나타내었다. 여기서, 「전압 ON」이란 상하 전극 사이에 전압을 인가하는 상태를 말하며, 「전압 OFF」란 상하 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태를 말한다.
도 31은, 반사 표시 영역에서의 반사율의 스펙트럼의 계산 결과를 나타내고, 도 32는, 투과 표시 영역에서의 투과율의 스펙트럼의 계산 결과를 나타내고 있다. 이 스펙트럼의 계산 결과는, 화소 사이에 있어서의 전계 분포를 재현한 것이 아니라, 상하 전극에 의한 전계가 완전히 액정 분자에 작용하고 있는 상태의 것이다. 싱글 갭 구조이기 때문에, 통상의 멀티 갭 구조의 반투과형과 달리, 투과 표시 영역의 위상차가 적기 때문에 투과율은 낮다.
<3. 변형예>
상기 실시 형태에서는, 신호선(61) 및 주사선(62)을 직선 형상의 스트라이프 배선으로 하고, 신호선(61)에 대해서는 열 방향으로 연장되는 공간(65A)에 겹치고, 주사선(62)에 대하여 행 방향으로 연장되는 공간(65B)에 겹치지 않고, 그 공간(65B) 사이에 배치된 화소의 반사 전극(63)에 겹치는 배선 구조로 되어 있다(도 4a 참조). 그러나, 이 신호선(61) 및 주사선(62)의 배선 구조는 일례이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 33에 도시한 바와 같이, 신호선(61) 및 주사선(62)을 굴곡된 사행 배선으로 하고, 이하와 같이 배선하는 배선 구조가 고려된다. 즉, 신호선(61)에 대해서는, 행 방향에서 인접하는 화소 사이에 있어서, 열 방향을 따라 형성되는 공간(65A)과, 행 방향을 따라 형성되는 공간(65B)의 교차부(65C)를 통하도록, 구체적으로는, 그 굴곡부(61A)가 교차부(65C)에 위치하도록 배선한다. 또한, 주사선(62)에 대해서는, 열 방향에서 인접하는 화소 사이에 있어서, 행 방향을 따라 형성되는 공간(65B)과, 열 방향을 따라 형성되는 공간(65A)의 교차부(65C)를 통하도록, 구체적으로는, 그 굴곡부(62A)가 교차부(65C)에 위치하도록 배선한다.
화소 사이의 중앙부의 개소 C에서는 액정 분자가 전혀 움직이지 않기 때문에, 열 방향을 따라 형성되는 공간(65A)과, 행 방향을 따라 형성되는 공간(65B)과의 교차부(65C)의 중심이 가장 투과 표시에 악영향을 미친다고 생각된다. 따라서, 신호선(61) 및 주사선(62)을 전술한 배선 구조와 같이 교차부(65C)를 통과시킴으로써, 전자의 배선 구조를 채용하는 경우에 비하여 양호한 투과 표시를 실현할 수 있다고 생각된다. 또한, 신호선(61)을 직선 형상의 스트라이프 배선으로 하고, 신호(62)를 사행 배선으로 하여도 된다. 이 경우, 신호선(61)을 도 4a에 도시한 바와 같이 공간(65A)과 겹치도록 배선하고, 주사선(62)을 그 굴곡부(62A)가 교차부(62C)를 통하도록 배선하여도 된다.
<4. 전자 기기>
이상 설명한 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는, 전자 기기에 입력된 영상 신호 또는 전자 기기 내에서 생성한 영상 신호를, 화상 또는 영상으로서 표시하는 모든 분야의 전자 기기의 표시부(표시 장치)로서 이용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는, 모든 분야의 전자 기기 중에서도, 옥외에서의 사용 빈도가 높은 휴대 단말 기기의 표시부(표시 장치)로서 이용하는 것이 바람직하다. 휴대 단말 기기로서는, 예를 들어 디지털 카메라, 비디오 카메라, PDA(Personal Digital Assistant), 게임기, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 전자 서적 등의 휴대 정보 기기나, 휴대 전화기 등의 휴대용 통신 기기 등을 예시할 수 있다.
전술한 실시 형태의 설명으로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는, 반사형 표시 장치와 동등한 반사 표시 성능을 유지한 다음에 투과 표시를 실현할 수 있기 때문에, 반사형 액정 표시 장치의 특징인, 소비 전력이 적고, 밝은 환경하에서도 화면을 보기 쉽다는 특징을 충분히 발휘할 수 있다. 따라서, 모든 분야의 전자 기기, 그 중에서도, 휴대 단말 기기에 있어서, 그 표시부로서 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 사용함으로써 휴대 단말 기기의 저소비 전력화에 크게 기여할 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)를 표시부로서 이용하는 전자 기기, 즉, 본 발명에 따른 전자 기기의 구체예에 대하여 설명한다.
도 34a는, 본 발명이 적용되는 디지털 카메라의 외관을 나타내고 있으며, 표면측에서 본 사시도, 도 34b는 이면측에서 본 사시도이다. 본 적용예에 따른 디지털 카메라는, 플래시용의 발광부(111), 표시부(112), 메뉴 스위치(113), 셔터 버튼(114) 등을 포함하고, 그 표시부(112)로서 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)를 사용함으로써 제작된다.
도 35는, 본 발명이 적용되는 비디오 카메라의 외관을 나타내는 사시도이다. 본 적용예에 따른 비디오 카메라는, 본체부(131), 전방을 향한 측면에 피사체 촬영용의 렌즈(132), 촬영 시의 스타트/스톱 스위치(133), 표시부(134) 등을 포함하고, 그 표시부(134)로서 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)를 사용함으로써 제작된다.
도 36은, 본 발명이 적용되는 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 외관을 나타내는 사시도이다. 본 적용예에 따른 노트북형 퍼스널 컴퓨터는, 본체(121)에, 문자 등을 입력할 때 조작되는 키보드(122), 화상을 표시하는 표시부(123) 등을 포함하고, 그 표시부(123)로서 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)를 사용함으로써 제작된다.
도 37a 내지 도 37g는, 본 발명이 적용되는 휴대용 통신 기기, 예를 들어 휴대 전화기를 나타내는 외관도이다. 도 37a는 열린 상태에서의 정면도, 도 37b는 그 측면도, 도 37c는 닫힌 상태에서의 정면도, 도 37d는 좌측면도, 도 37e는 우측면도, 도 37f는 상면도, 도 37g는 하면도이다.
본 적용예에 따른 휴대 전화기는, 상측 하우징(141), 하측 하우징(142), 연결부(143: 여기서는 힌지부), 디스플레이(144), 서브 디스플레이(145), 픽처 라이트(146), 카메라(147) 등을 포함하고 있다. 그리고, 디스플레이(144)나 서브 디스플레이(145)로서 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치(1, 1a)를 사용함으로써 본 적용예에 따른 휴대 전화기가 제작된다.
도 38은, 본 발명이 적용되는 정보 휴대 단말기를 나타내는 정면도이다. 본 발명이 적용되는 전자 기기의 일례인 정보 휴대 단말기는, 휴대형 컴퓨터, 다기능의 휴대 전화, 음성 통화 가능한 휴대 컴퓨터 또는 통신 가능한 휴대 컴퓨터로서 동작하고, 소위 스마트폰, 태블릿 단말기라 불리는 경우도 있다. 이 정보 휴대 단말기는, 예를 들어 하우징(561)의 표면에 표시부(562)를 갖고 있다. 이 표시부(562)는, 본 실시 형태에 따른 반투과형 액정 표시 장치이다.
<5. 본 발명의 구성>
본 발명은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1) 복수의 화소마다 설치된 반사 전극 및 상기 반사 전극이 설치되는 제1 기판과,
상기 반사 전극과 대향하는 투명 전극 및 상기 투명 전극이 설치되는 제2 기판과,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 설치된 액정층과,
상기 반사 전극보다도 상기 투명 전극 측에 설치되고, 복수의 색 필터를 구비하고, 각 색의 필터가 상기 화소에 대응하여 배치된 컬러 필터
를 갖고,
상기 제1 기판은, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 제1 방향으로 연장되고, 상기 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치는 제1 공간과, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 공간보다도 투과율이 높은 제2 공간이 형성되며,
상기 제1 공간의 전역에 배치된 차광 부재를 구비하고,
상기 반사 전극을 사용하여 반사 표시를 행하고,
상기 차광 부재가 배치되지 않은 상기 제2 공간을 이용하여 투과 표시를 행하는 반투과형 액정 표시 장치.
(2) 상기 제2 방향은, 상기 제1 방향에 직교하는 방향인 상기 (1)에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(3) 상기 컬러 필터는, 상기 제1 공간과 겹치는 영역에서 상이한 색의 필터끼리 겹쳐 오버랩하고 있는 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(4) 상기 차광 부재는, 상기 화소의 행렬 형상의 배치에 대하여 화소열마다 형성되고, 상기 화소를 구동하는 신호를 전송하는 신호선인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(5) 상기 제1 기판은, 상기 화소의 행렬 형상의 배치에 대하여 화소행마다 형성되고, 상기 화소를 선택하는 신호를 전송하는 주사선이 형성되고,
상기 주사선은, 화소행의 화소의 배열 방향을 따라서 상기 반사 전극 사이에 형성되는 공간을 피하여 배선되어 있는 상기 (4)에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(6) 상기 화소는, 메모리 기능을 갖고,
상기 차광 부재는, 상기 반사 전극과 상기 메모리 기능의 회로 일부를 접속하는 중간 배선이 형성된 중간 배선층에 상기 중간 배선과 동일한 재료로 형성되어 있는 상기 (1)내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(7) 상기 화소는, 데이터를 저장하는 메모리부를 갖는 상기 (6)에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(8) 상기 화소는, 메모리성 액정을 사용하고 있는 상기 (6) 또는 (7)에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(9) 상기 액정층은, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 설치된 액정 분자군의 장축 방향이, 상기 제1 기판측의 배향막 및 상기 제2 기판측의 배향막의 표면에 평행하면서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에서 비틀어져 있는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(10) 상기 제1 기판측에 있어서의 러빙 방향은,
행렬 형상으로 배치된 상기 복수의 화소 행 방향에 대하여, -45°이상 0°이하, 0°이상 45°이하, -135°이상 -180°이하 또는 135°이상 180°이하의 범위의 각도를 갖는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 반투과형 액정 표시 장치.
(11) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 반투과형 액정 표시 장치를 구비한 전자 기기.
이상, 본 발명에 대하여 설명하였지만, 전술한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 본 발명의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 소위 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 다양한 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다.
1, 1a, 1b: 반투과형 액정 표시 장치
5, 5M: 단위 화소
21: 투명 전극
22, 22R, 22G, 22B: 컬러 필터
27: 산란층
27B: 제1 영역
27S, 27Sa: 제2 영역
30: 액정층
31: 액정 분자
50, 50R, 50G, 50B: 부화소(화소)
51: 화소 트랜지스터
54, 55, 56: 스위치 소자
57: 래치부
58: 구동 회로부
63: 반사 전극
65A, 65B: 공간
70: 신호 출력 회로
71: 주사 회로
80: 차광 부재
501: 부부화소
571, 572: 인버터
OL: 오버랩부

Claims (11)

  1. 복수의 화소마다 설치된 반사 전극 및 상기 반사 전극이 설치되는 제1 기판과,
    상기 반사 전극과 대향하는 투명 전극 및 상기 투명 전극이 설치되는 제2 기판과,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 설치된 액정층과,
    상기 반사 전극보다도 상기 투명 전극 측에 설치되고, 복수의 색의 필터를 구비하고, 각 색의 필터가 상기 화소에 대응하여 배치된 컬러 필터
    를 갖고,
    상기 제1 기판은, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 제1 방향으로 연장되고, 상기 컬러 필터의 상이한 색의 필터의 경계와 겹치는 제1 공간과, 인접하는 화소의 반사 전극 사이에 형성되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 공간보다도 투과율이 높은 제2 공간이 형성되며,
    상기 제1 기판은, 상기 제1 공간의 전역에 배치된 차광 부재를 구비하고,
    반사 표시는, 상기 반사 전극을 사용하여 행해지고,
    투과 표시는, 상기 차광 부재가 배치되지 않은 상기 제2 공간을 이용하여 행해지는
    반투과형 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은, 상기 제1 방향에 직교하는 방향인 반투과형 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터는, 상기 제1 공간과 겹치는 영역에서 상이한 색의 필터끼리 겹쳐 오버랩하고 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차광 부재는, 상기 화소의 행렬 형상의 배치에 대하여 화소열마다 형성되고, 상기 화소를 구동하는 신호를 전송하는 신호선인 반투과형 액정 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기판은, 상기 화소의 행렬 형상의 배치에 대하여 화소행마다 형성되고, 상기 화소를 선택하는 신호를 전송하는 주사선이 형성되고,
    상기 주사선은, 화소행의 화소의 배열 방향을 따라서 상기 반사 전극 사이에 형성되는 공간을 피하여 배선되어 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 메모리 기능을 갖고,
    상기 차광 부재는, 상기 반사 전극과 상기 메모리 기능의 회로 일부를 접속하는 중간 배선이 형성된 중간 배선층에 상기 중간 배선과 동일한 재료로 형성되어 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화소는, 데이터를 저장하는 메모리부를 갖는 반투과형 액정 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 화소는, 메모리성 액정을 사용하고 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 설치된 액정 분자군의 장축 방향이, 상기 제1 기판측의 배향막 및 상기 제2 기판측의 배향막의 표면에 평행하면서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 비틀어져 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판측에 있어서의 러빙 방향은,
    행렬 형상으로 배치된 상기 복수의 화소의 행 방향에 대하여 -45°이상 0°이하, 0°이상 45°이하, -135°이상 -180°이하, 또는 135°이상 180°이하의 범위의 각도를 갖는 반투과형 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 기재된 반투과형 액정 표시 장치를 구비한 전자 기기.
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