WO2015029161A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2015029161A1 PCT/JP2013/073010 JP2013073010W WO2015029161A1 WO 2015029161 A1 WO2015029161 A1 WO 2015029161A1 JP 2013073010 W JP2013073010 W JP 2013073010W WO 2015029161 A1 WO2015029161 A1 WO 2015029161A1
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crystal display
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common electrode
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荒井　則博
小林　君平
水迫　亮太
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株式会社オルタステクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a transflective liquid crystal display device that achieves both a transmissive display and a reflective display.
  • a transflective liquid crystal display device capable of displaying an image in both a transmission mode and a reflection mode.
  • a reflective metal film provided inside a liquid crystal cell is patterned to form a reflective region and a transmissive region, and one display pixel is divided into a reflective region and a transmissive region.
  • the optical characteristics are optimized by changing the ratio of the reflection area and the transmission area.
  • a transparent step film or the like is provided in the reflection region, and the cell gap between the reflection region and the transmission region is changed (multi-gap) to optimize the optical characteristics (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). reference).
  • a step is formed between the reflective region and the transmissive region, so that alignment failure occurs at the boundary of the step and light leakage occurs. For this reason, there is a problem that the contrast is lowered. Further, when the step portion is shielded from light in order to prevent a decrease in contrast, there is a problem that the effective aperture ratio is lowered.
  • the manufacturing process is increased as compared with a transmissive liquid crystal display device or the like.
  • the transparent step film is formed in the reflection region, there is a problem that the arrangement of the reflection region is limited, for example, the reflection region is gathered and arranged in a part.
  • the high definition panel exceeding 300 ppi (pixels per inch)
  • the above-mentioned influence is large, and it is very difficult to make the high definition panel transflective.
  • the present invention provides a liquid crystal display device capable of improving response speed and display performance while achieving both reflective display and transmissive display.
  • a liquid crystal display device includes first and second substrates opposed to each other, and P-type liquid crystal molecules sandwiched between the first and second substrates, and is vertical when no electric field is applied.
  • a liquid crystal layer having an orientation and an elastic constant of 13 pN or more and 15 pN or less, a pixel having a reflective region and a transmissive region, and having the same cell gap between the reflective region and the transmissive region, and the first substrate
  • liquid crystal display device capable of improving response speed and display performance while achieving both reflective display and transmissive display.
  • FIG. 1 is a block diagram of a liquid crystal display device according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a pixel along the line AA ′ in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the pixel along the line BB ′ in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a pixel along the line CC ′ in FIG. 4.
  • the liquid crystal display device of the present embodiment includes a reflection unit that displays an image by selectively reflecting outside light in one pixel, and a transmission unit that displays an image by selectively transmitting backlight light.
  • a transflective liquid crystal display device having In the present embodiment, an active matrix liquid crystal display device will be described as an example.
  • FIG. 1 is a block diagram of a liquid crystal display device according to the present embodiment.
  • the liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel 10, a gate driver (scanning line driver) 11, a source driver (signal line driver) 12, and a controller 13.
  • the liquid crystal display panel 10 is provided with a plurality of scanning lines GL1 to GLm each extending in the row direction and a plurality of signal lines SL1 to SLn each extending in the column direction.
  • One pixel is arranged in the intersection region between one scanning line GL and one signal line SL.
  • the gate driver 11 sequentially supplies scanning signals to the scanning lines GL1 to GLm under the control of the controller 13. Based on the control by the controller 13, the source driver 12 supplies video signals to the signal lines SL1 to SLn at the timing when the switching elements in each row are turned on by the scanning signal. Accordingly, the pixel electrode included in the pixel is set to a pixel potential corresponding to the video signal supplied via the switching element.
  • the controller 13 controls the gate driver 11 and the source driver 12 and supplies a common voltage Vcom (for example, 0 V) to the liquid crystal display panel 10.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the liquid crystal display panel 10.
  • the liquid crystal display panel 10 includes a plurality of pixels 14 arranged in the extending direction of the scanning lines GL and the extending direction of the signal lines SL.
  • a thin film transistor TFT: Thin Film Transistor
  • the TFT 15 has a gate electrically connected to the scanning line GL, a source electrically connected to the signal line SL, and a drain electrically connected to the pixel electrode.
  • the pixel electrode constitutes a pixel capacitor Clc together with a common electrode facing the pixel electrode and a liquid crystal filled between the pixel electrode and the common electrode.
  • a storage capacitor line is formed corresponding to each pixel row, and a storage capacitor (storage capacitor) Cs is provided for each pixel by an insulating film disposed between the storage capacitor line and the pixel electrode. Is configured.
  • the storage capacitor line is set to the same potential (common voltage Vcom) as the common electrode. The voltage written in the pixel is accumulated in the storage capacitor Cs, and the voltage is held until the next data is written.
  • the one connected to the signal line SL is called the source, and the one connected to the pixel electrode is called the drain.
  • the one connected to the line SL may be called a drain, and the one connected to the pixel electrode may be called a source.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device.
  • various wirings are omitted, and the structure of these various wirings will be described later.
  • a surface light source (backlight) 20 is disposed opposite to the surface opposite to the display surface of the liquid crystal display panel 10.
  • the backlight 20 for example, a sidelight type backlight device is used. That is, the backlight 20 is configured such that a plurality of light emitting elements such as LEDs (light emitting diodes) or the like enter from one of the short sides of the light guide plate, and the liquid crystal display panel 10 from one of the light guide plate surfaces. Light is emitted toward.
  • the liquid crystal display device includes a TFT substrate 21 on which TFTs and pixel electrodes are formed, a color filter substrate (CF substrate) 22 on which a color filter and a common electrode are formed and disposed opposite to the TFT substrate 21, both substrates 21, And a liquid crystal layer 23 sandwiched between them.
  • the TFT substrate 21 and the CF substrate 22 are each composed of a transparent substrate (for example, a glass substrate).
  • the liquid crystal layer 23 is made of a liquid crystal material sealed with a sealing material (not shown) for bonding the TFT substrate 21 and the CF substrate 22 together.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules is manipulated in accordance with the electric field applied between the TFT substrate 21 and the CF substrate 22, and the optical characteristics change.
  • the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 23 are positive type (P type), and are aligned substantially perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied. Note that the P-type liquid crystal layer has a major axis (director) of liquid crystal molecules in the electric field direction when an electric field is applied.
  • the TFT substrate 21 is provided with a TFT 15, a reflective film 24, and a pixel electrode 25.
  • the TFT substrate 21 is provided with an alignment film 26 so as to cover the TFT 15, the reflective film 24, and the pixel electrode 25.
  • One display pixel (pixel) is composed of three sub-pixels having red (R), green (G), and blue (B) color filters.
  • the sub-pixel is referred to as a pixel unless it is particularly necessary to distinguish between the display pixel and the sub-pixel.
  • the TFT 15 is a switching element that is formed on the liquid crystal layer 23 side of the TFT substrate 21 and switches on / off of the pixel. That is, the liquid crystal display device of the present embodiment uses an active matrix type driving method.
  • the reflective film 24 is provided in, for example, a half region of the pixel 14 and has a function of reflecting external light incident from the display screen of the liquid crystal display device.
  • the plurality of pixel electrodes 25 are electrically connected to one end of the current path of the TFT 15 and are formed in a matrix pattern on the liquid crystal layer 23 side of the TFT substrate 21.
  • the pixel electrode 25 is made of a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide).
  • the alignment film 26 controls the alignment of liquid crystal molecules.
  • the CF substrate 22 is provided with a color filter 27, a common electrode 29, a dielectric film 30, and an alignment film 31.
  • the color filter 27 is provided on the liquid crystal layer 23 side of the CF substrate 22 and includes three color filters 27R, 27G, and 27B of red, green, and blue.
  • the color filters 27R, 27G, and 27B are disposed at positions facing the pixel electrode 25, and a light shielding film (black matrix) 28 for preventing color mixture is formed between the color filters 27R, 27G, and 27B.
  • the common electrode 29 is provided on the liquid crystal layer 23 side of the color filter 27 and has a size facing all the pixel electrodes 25.
  • the common electrode 29 is made of a transparent conductive film such as ITO.
  • the dielectric film 30 is made of, for example, a transparent resin and has a function of adjusting an electric field applied to the liquid crystal layer 23. Specifically, when the transparent resin film 30 is thickened, the electric field applied to the liquid crystal layer 23 is weakened, and when the transparent resin film 30 is thinned, the electric field applied to the liquid crystal layer 23 is strengthened.
  • the film thickness of the transparent resin film 30 is, for example, 3 ⁇ m or less. Further, the transparent resin film 30 is not necessarily provided.
  • the alignment film 31 is paired with the alignment film 26 and controls the alignment of liquid crystal molecules.
  • the alignment films 26 and 31 are in a state where there is almost no potential difference between the pixel electrode 25 and the common electrode 29, that is, in a state where no electric field is applied between the pixel electrode 25 and the common electrode 29.
  • the liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicular to the substrate surface.
  • the pixel 14 has a reflection region 14R and a transmission region 14T.
  • the reflective region 14R corresponds to a region of the pixel 14 where the reflective film 24 is provided
  • the transmissive region 14T corresponds to a region of the pixel 14 where the reflective film 24 is not provided.
  • the thickness (cell gap) CG of the liquid crystal layer 23 in the reflective region 14R and the transmissive region 14T is made uniform (flat gap).
  • the cell gap CG can maintain uniformity over the entire screen by arranging, for example, columnar spacers in the liquid crystal layer 23.
  • a phase difference plate 32 and a polarizing plate 33 are provided on the backlight 20 side of the TFT substrate 21.
  • a diffusion adhesive material 34 is provided on the display surface side of the CF substrate 22.
  • a retardation plate 35 and a polarizing plate 36 are provided on the display surface side of the diffusion adhesive material 34.
  • the diffusion adhesive 34 has a function of making transmitted light and reflected light uniform by diffusing (scattering) light, and a function of reducing interference (rainbow color) of reflected light.
  • the diffusion adhesive material 34 may be disposed between the phase difference plate 35 and the polarizing plate 36.
  • the polarizing plates 33 and 36 extract light having a vibrating surface in one direction parallel to the transmission axis, that is, light having a polarization state of linearly polarized light, from light having a vibrating surface in a random direction.
  • Each of the polarizing plates 33 and 36 has an absorption axis and a transmission axis orthogonal to each other in a plane orthogonal to the traveling direction of light.
  • Each of the retardation films 32 and 35 has refractive index anisotropy, and has a slow axis and a fast axis that are orthogonal to each other in the plane.
  • the phase difference plates 32 and 35 provide a predetermined retardation (a phase difference of ⁇ / 4 when ⁇ is a wavelength of light transmitted) between light of a predetermined wavelength that transmits the slow axis and the fast axis, respectively.
  • the phase difference plates 32 and 35 are composed of ⁇ / 4 plates.
  • the absorption axis of the polarizing plate 33 and the slow axis of the retardation film 32 are arranged at an angle of 45 °.
  • the absorption axis of the polarizing plate 36 and the slow axis of the retardation film 35 are arranged to form an angle of 45 °.
  • the polarizing plates 33 and 36 are arranged so that their absorption axes form an angle of 90 °.
  • FIG. 4 is a plan view of the pixel 14.
  • FIG. 5 is a plan view excluding the reflective film 24 from the plan view of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the pixel 14 taken along the line AA ′ of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the pixel 14 taken along the line BB ′ of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the pixel 14 taken along the line CC ′ of FIG. 6 to 8 show only the structure between the TFT substrate 21 and the CF substrate 22 in an extracted manner.
  • the alignment films 26 and 31 are not shown in the cross-sectional views of FIGS.
  • a scanning line GL extending in the row direction and a storage capacitor line Cs extending in the row direction are provided on the TFT substrate 21 .
  • the scanning line GL functions as a gate electrode of the TFT 15.
  • the storage capacitor line Cs forms a storage capacitor provided for each pixel 14.
  • An insulating film 45 is provided on the TFT substrate 21 so as to cover the scanning lines GL and the storage capacitor lines Cs.
  • the insulating film 45 on the scanning line GL also functions as a gate insulating film of the TFT 15.
  • the semiconductor layer 41 is provided above the scanning line GL and on the insulating film 45.
  • the semiconductor layer 41 is made of, for example, amorphous silicon or polysilicon.
  • a source electrode 42 and a drain electrode 43 are provided on both sides of the gate electrode GL and on the insulating film 45.
  • the source electrode 42 and the drain electrode 43 are in partial contact with the semiconductor layer 41.
  • the TFT 15 includes a gate electrode GL, a gate insulating film 45, a source electrode 42 and a drain electrode 43.
  • the source electrode 42 is electrically connected to the signal line SL.
  • An insulating film 46 is provided on the TFT 15. On the insulating film 46, the reflective film 24 is provided.
  • the reflective film 24 that forms the reflective region 14 ⁇ / b> R is provided in a partial region of the pixel 14.
  • the reflective film 24 is made of a conductive material and can apply a common voltage Vcom.
  • the TFT 15 is disposed below the reflective film 24 and is hidden by the reflective film 24 when viewed from the display screen. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the image quality caused by the TFT 15.
  • An insulating film 47 is provided on the reflective film 24.
  • a pixel electrode 25 and a common electrode 40 are provided on the insulating film 47. That is, the pixel electrode 25 and the common electrode 40 are configured by the same level of wiring layer.
  • the pixel electrode 25 is electrically connected to the drain electrode 43 by a contact plug 44.
  • the storage capacitor line Cs is disposed below the contact plug 44.
  • the pixel electrode 25 is formed linearly at the center of the pixel 14. That is, the plurality of pixel electrodes 25 in the column direction are formed in a stripe shape.
  • the width of the pixel electrode 25 is desirably smaller, and is set to a width of, for example, a minimum processing dimension (minimum feature size) due to a manufacturing process (for example, a photolithography process) to be used. In the present embodiment, the width of the pixel electrode 25 is, for example, about 2 to 3 ⁇ m.
  • the pixel electrode 25 is disposed so as to partially overlap the reflective film 24.
  • the common electrode 40 is formed so as to sandwich the pixel electrode 25 from both sides in the column direction with a predetermined interval.
  • the interval between the common electrode 40 and the pixel electrode 25 is set to 15 ⁇ m or less, and preferably about 3 to 4 ⁇ m.
  • the common electrode 40 may be formed so as to surround the pixel electrode 25 with a predetermined interval.
  • the common electrode 40 is formed so as to cover the signal line SL in order to prevent the influence of the electric field from the signal line SL. That is, the common electrode 40, the signal line SL, and the black matrix 28 are arranged so as to overlap each other. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, when the common electrode 40 is formed so as to surround the pixel electrode 25, the common electrode 40 can cover most regions of the signal line SL.
  • the insulating films 45 to 47 are made of a transparent insulating material, and for example, a silicon nitride film is used.
  • the common electrode 40 and the contact plug 44 are made of a transparent conductive material, and for example, ITO is used.
  • the source electrode 42, the drain electrode 43, the scanning line GL, the signal line SL, and the storage capacitor line Cs are, for example, any of aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), or these An alloy containing one or more types is used.
  • FIG. 9A shows the alignment state of the liquid crystal layer 23 in the transmission region 14T
  • FIG. 9B shows the alignment state of the liquid crystal layer 23 in the reflection region 14R.
  • the controller 13 applies the common voltage Vcom (0 V) to the common electrodes 29 and 40 and also applies the common voltage Vcom to the pixel electrode 25. Further, the same common voltage Vcom as that of the common electrode 40 is applied to the reflective film 24 in the reflective region 14R. As a result, no electric field is applied to the liquid crystal layer 23 in the transmissive region 14T and the reflective region 14R, and the liquid crystal molecules maintain the initial alignment.
  • the liquid crystal layer 23 is a positive type (P type), and liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied (off state). Therefore, in the off state, the liquid crystal molecules in the transmissive region 14T and the reflective region 14R are aligned substantially perpendicular to the substrate surface. In this off state, in the transmission region 14T, the backlight light transmitted through the polarizing plate 33 is transmitted through the liquid crystal layer 23 in which the retardation is substantially zero, and then is polarized light arranged in a crossed Nicol state with respect to the polarizing plate 33. Black is displayed by being absorbed by the plate 36.
  • P type positive type
  • the external light transmitted through the polarizing plate 36 is transmitted through the liquid crystal layer 23 in which the retardation is substantially zero, and then reflected by the reflective film 24, thereby reversing the rotation direction of the circularly polarized light. Then, the external light reflected by the reflective film 24 passes through the liquid crystal layer 23 again, and is then absorbed by the polarizing plate 36 to display black. Therefore, in the off state, both the transmissive region 14T and the reflective region 14R are displayed in black.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams illustrating the alignment state of the liquid crystal layer 23 in the state where an electric field is applied to the liquid crystal layer 23.
  • FIG. 10A shows the alignment state of the liquid crystal layer 23 in the transmission region 14T
  • FIG. 10B shows the alignment state of the liquid crystal layer 23 in the reflection region 14R.
  • the controller 13 applies a common voltage Vcom (0 V) to the common electrodes 29 and 40 and a pixel voltage (for example, 5 V) higher than the common voltage Vcom to the pixel electrode 25. Further, the same common voltage Vcom as that of the common electrode 40 is applied to the reflective film 24 in the reflective region 14R. Thereby, in the transmissive region 14T, the liquid crystal molecules are tilted toward the common electrode 40 like a half-bend alignment due to the horizontal electric field between the pixel electrode 25 and the common electrode 40 and the vertical electric field between the pixel electrode 25 and the common electrode 29. .
  • the liquid crystal molecules in the reflection region 14 ⁇ / b> R since 0 V is applied to the reflection film 24, an electric field is generated between the pixel electrode 25 and the reflection film 24. Therefore, the liquid crystal molecules are tilted in the horizontal direction like half-bend alignment due to the horizontal electric field generated at the edge of the overlapping portion between the pixel electrode 25 and the reflective film 24 and the vertical electric field between the pixel electrode 25 and the common electrode 29.
  • the lateral electric field of the reflective region 14R is smaller than the lateral electric field of the transmissive region 14T, the angle at which the liquid crystal molecules in the reflective region 14R are tilted in the horizontal direction is smaller than the liquid crystal molecules in the transmissive region 14T.
  • the retardation of the reflective region 14R can be made smaller (closer to 1 ⁇ 2) than the retardation of the transmissive region 14T.
  • the transmissive display and the reflective display can be optimized without changing the gap of the liquid crystal layer between the transmissive region 14T and the reflective region 14R (that is, without making a multi-gap).
  • the gap of the liquid crystal layer 23 is adjusted so that the retardation in the on state is approximately ⁇ / 2. Therefore, when a voltage is applied (ON state), in the transmission region 14T, the backlight light transmitted through the polarizing plate 33 is transmitted through the liquid crystal layer 23 and is provided with retardation, and then transmitted through the polarizing plate 36 to display white. It becomes.
  • the external light transmitted through the polarizing plate 36 is reflected by the reflection film 24 after being transmitted through the liquid crystal layer 23 and given a retardation of 1 ⁇ 2 of the transmission region 14T. Then, the external light reflected by the reflective film 24 is transmitted through the liquid crystal layer 23 again and given a retardation of 1 ⁇ 2 of the transmissive region 14T, and then is transmitted through the polarizing plate 36 to display white. Therefore, in the ON state, both the transmissive region 14T and the reflective region 14R display white.
  • FIG. 11 is a graph showing response characteristics of the liquid crystal display device according to this example.
  • the elastic constant K 33 is the elastic constant of bend mode.
  • the X axis represents the original gradation
  • the Y axis represents the previous gradation
  • the Z axis represents the response speed (msec).
  • the original gradation means the gradation before changing the gradation.
  • the previous gradation means a gradation after changing the gradation.
  • the numbers on the X-axis and the Y-axis represent gradations, and here, the response speed when displaying 64 gradations (0 gradations to 63 gradations) is shown.
  • the 0 gradation is black (BK) and the 63 gradation is white (W).
  • the graph shown in FIG. 11 is obtained when the display is changed from the first gradation (original gradation) to the second gradation (prior gradation) and the first axis described on the X axis (original gradation).
  • the response speed can be understood from the height of the bar graph at the position where the number of the gradation and the number of the second gradation described on the Y axis (the previous gradation) intersect.
  • FIG. 12 is a graph showing response characteristics of a liquid crystal display device according to a comparative example (conventional example) having a multi-gap structure and a VA (Vertical Alignment) orientation. Comparing FIG. 11 and FIG. 12, it can be understood that the response speed of the example is remarkably improved as compared with the comparative example.
  • the pixel 14 includes the reflective region 14R and the transmissive region 14T, and the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer 23 in the reflective region 14R and the transmissive region 14T is the same.
  • the liquid crystal layer 23 has P-type liquid crystal molecules and is aligned in a direction perpendicular to the substrate when no electric field is applied.
  • the TFT substrate 21 is provided with a line-shaped pixel electrode 25, a common electrode 40 sandwiching the pixel electrode 25, and a reflective film overlapping a part of the pixel electrode 25, and the CF substrate 22 covers the pixel.
  • a common electrode 29 is provided.
  • the present embodiment it is possible to realize optimal reflection display and transmission display without changing the cell gap between the reflection area and the transmission area (flat gap).
  • the alignment defect which has occurred at the boundary between the reflective region and the transmissive region in the prior art does not occur, and light shielding by light leakage countermeasures is not necessary, so that a decrease in aperture ratio can be prevented.
  • the process steps can be reduced and the cost can be reduced.
  • the liquid crystal molecules have half-bend alignment
  • TN Transmission-Nematic
  • VA Very-Alignment
  • IPS In-Plane Switching
  • the response speed can be increased.
  • VA alignment shown in FIG. 13 all the liquid crystal molecules in the thickness direction of the liquid crystal layer must be moved by the voltage applied to the electrodes arranged on the two substrates sandwiching the liquid crystal layer.
  • IPS orientation shown in FIG. 14 all the liquid crystal molecules in the thickness direction of the liquid crystal layer must be moved by the voltage between the two electrodes arranged on one substrate.
  • the responsiveness deteriorates.
  • the liquid crystal display device according to the present embodiment is resistant to display defects (surface pressing) when the liquid crystal panel is pressed.
  • the structure of the present embodiment is very effective for a high-definition panel exceeding 300 ppi, which has been difficult until now, and the transflective type can be applied to the high-definition panel.
  • the optical design of the reflective display can be optimized, and also in the transmissive display, it is tilted in the axial direction of the polarizing plate that could not be taken out by the linear polarizing plate.
  • the light in the area of the liquid crystal molecules can be taken out.
  • the transmittance of the transmissive region 14T can be improved.
  • the liquid crystal display device of this embodiment includes a transparent resin film 30 between the common electrode 29 and the liquid crystal layer 23.
  • the transparent resin film 30 is thickened, the transverse electric field applied to the liquid crystal layer 23 can be relatively strengthened, and when the transparent resin film 30 is thinned, the longitudinal electric field applied to the liquid crystal layer 23 is relatively strengthened. be able to.
  • the alignment of the liquid crystal molecules can be optimized by adjusting the film thickness of the transparent resin film 30 in accordance with the characteristics of the liquid crystal layer 23.
  • SYMBOLS 10 Liquid crystal display panel, 11 ... Gate driver, 12 ... Source driver, 13 ... Controller, 14 ... Pixel, 14R ... Reflection area, 14T ... Transmission area, 15 ... Switching element, 20 ... Back light, 21 ... TFT substrate, 22 ... CF substrate, 23 ... liquid crystal layer, 24 ... reflection film, 25 ... pixel electrode, 26,31 ... alignment film, 27 ... color filter, 28 ... black matrix, 29 ... common electrode, 30 ... dielectric film, 32,35 ... retardation plate 33, 36 ... polarizing plate, 34 ... diffusion adhesive, 40 ... common electrode, 41 ... semiconductor layer, 42 ... source electrode, 43 ... drain electrode, 44 ... contact plug, 45 to 47 ... insulating film.

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Abstract

本発明に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２の基板（２１，２２）と、前記第１及び第２の基板（２１，２２）に挟持され、Ｐ型の液晶分子を有し、無電界時に垂直配向となり、その弾性定数が１３ｐＮ以上かつ１５ｐＮ以下である液晶層（２３）と、反射領域及び透過領域を有し、前記反射領域及び前記透過領域のセルギャップが同じである画素と、前記第１の基板（２１）にライン状に設けられた１つの画素電極（２５）と、前記画素電極（２５）を挟むようにして前記第１の基板（２１）に設けられた第１の共通電極（４０）と、前記第２の基板（２２）に設けられた第２の共通電極（２９）と、前記画素電極（２５）の一部に重なるようにして前記反射領域に設けられ、導電材料からなる反射膜（２４）とを含む。

Description

液晶表示装置
　本発明は、液晶表示装置に係り、特に透過型の表示と反射型の表示とを両立する半透過型液晶表示装置に関する。
　屋外視認性を向上させる液晶表示装置として、透過モード及び反射モードの双方で画像を表示可能な半透過型液晶表示装置が知られている。この半透過型液晶表示装置は、液晶セル内部に設ける反射金属膜をパターニングして反射領域と透過領域とを形成し、１つの表示画素を反射領域と透過領域とに分割する。そして、反射領域と透過領域との割合を変えることにより、光学特性の最適化を図っている。さらに、反射領域に透明段差膜等を設けて、反射領域と透過領域とのセルギャップを変えて（マルチギャップ）光学特性の最適化を図っている（例えば、特許文献１、及び特許文献２を参照）。
　このようなマルチギャップを有する液晶表示装置では、反射領域と透過領域との間に段差が形成されるため、この段差の境界に配向不良が生じ、光漏れが起こる。このため、コントラストが低下してしまうという問題がある。また、コントラスト低下を防ぐために、その段差部分を遮光した場合には、有効開口率が低下してしまうという問題がある。
　また、セルギャップを変えるために反射領域に透明段差膜が必要となるため、透過型液晶表示装置などと比較して製造工程が増加してしまう。さらに、反射領域に透明段差膜を形成する際に、反射領域を一部分に集めて配置するなど、反射領域の配置にも制約があるという問題がある。特に、３００ｐｐｉ（pixels per inch）を超える高精細パネルにおいては上記影響が大きく、高精細パネルを半透過型にすることは非常に困難である。
　また、一般的に、液晶層の厚さ方向に電圧をかけ、厚さ方向の全ての液晶分子を一様に動かして表示動作を行う場合、応答速度の高速化を実現するために不利となる。
特開２００３－２６２８５２号公報 特開２００３－２７０６２７号公報 特開２０１１－１４９９６６号公報 特開２０１１－１４９９６７号公報
　本発明は、反射表示と透過表示とを両立させつつ、応答速度及び表示性能を向上させることが可能な液晶表示装置を提供する。
　本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板に挟持され、Ｐ型の液晶分子を有し、無電界時に垂直配向となり、その弾性定数が１３ｐＮ以上かつ１５ｐＮ以下である液晶層と、反射領域及び透過領域を有し、前記反射領域及び前記透過領域のセルギャップが同じである画素と、前記第１の基板にライン状に設けられた１つの画素電極と、前記画素電極を挟むようにして前記第１の基板に設けられた第１の共通電極と、前記第２の基板に設けられた第２の共通電極と、前記画素電極の一部に重なるようにして前記反射領域に設けられ、導電材料からなる反射膜とを具備することを特徴とする。
　本発明によれば、反射表示と透過表示とを両立させつつ、応答速度及び表示性能を向上させることが可能な液晶表示装置を提供することができる。
本実施形態に係る液晶表示装置のブロック図。 液晶表示パネルの回路図。 液晶表示装置の断面図。 画素の平面図。 図４の平面図のうち反射膜を除いた平面図。 図４のＡ－Ａ´線に沿った画素の断面図。 図４のＢ－Ｂ´線に沿った画素の断面図。 図４のＣ－Ｃ´線に沿った画素の断面図。 電界を印加していない状態における透過領域の液晶層の配向状態を説明する図。 電界を印加していない状態における反射領域の液晶層の配向状態を説明する図。 電界を印加した状態における透過領域の液晶層の配向状態を説明する図。 電界を印加した状態における反射領域の液晶層の配向状態を説明する図。 実施例に係る液晶表示装置のレスポンス特性を示すグラフ。 比較例に係る液晶表示装置のレスポンス特性を示すグラフ。 ＶＡモードにおける液晶分子の動作の模式図。 ＩＰＳモードにおける液晶分子の動作の模式図。
　以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率などは必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
　［１．液晶表示装置の全体構成］
　本実施形態の液晶表示装置は、１画素内に、外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射部と、バックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過部とを有する半透過型液晶表示装置である。また、本実施形態では、一例として、アクティブマトリクス型の液晶表示装置について説明する。
　図１は、本実施形態に係る液晶表示装置のブロック図である。液晶表示装置は、液晶表示パネル１０、ゲートドライバ（走査線ドライバ）１１、ソースドライバ（信号線ドライバ）１２、及びコントローラ１３を備えている。
　液晶表示パネル１０には、それぞれがロウ方向に延在する複数の走査線ＧＬ１～ＧＬｍと、それぞれがカラム方向に延在する複数の信号線ＳＬ１～ＳＬｎとが配設されている。１本の走査線ＧＬと１本の信号線ＳＬとの交差領域には、１つの画素が配置される。
　ゲートドライバ１１は、コントローラ１３による制御に基づいて、走査線ＧＬ１～ＧＬｍに順次、走査信号を供給する。ソースドライバ１２は、コントローラ１３による制御に基づいて、各行のスイッチング素子が走査信号によってオンするタイミングで、信号線ＳＬ１～ＳＬｎに映像信号を供給する。これにより、画素に含まれる画素電極は、スイッチング素子を介して供給される映像信号に応じた画素電位に設定される。コントローラ１３は、ゲートドライバ１１及びソースドライバ１２を制御するとともに、液晶表示パネル１０に共通電圧Ｖｃｏｍ（例えば０Ｖ）を供給する。
　図２は、液晶表示パネル１０の回路図である。液晶表示パネル１０は、走査線ＧＬの延在方向及び信号線ＳＬの延在方向に配置された複数個の画素１４により構成されている。スイッチング素子１５としては、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられる。ＴＦＴ１５は、ゲートが走査線ＧＬに電気的に接続され、ソースが信号線ＳＬに電気的に接続され、ドレインが画素電極に電気的に接続されている。画素電極は、これに対向する共通電極と、画素電極及び共通電極間に充填された液晶とともに、画素容量Ｃｌｃを構成する。
　また、液晶表示パネル１０には、各画素行に対応させて保持容量線が形成され、この保持容量線と画素電極との間に配置された絶縁膜によって画素毎に保持容量（蓄積容量）Ｃｓが構成される。保持容量線は、例えば、共通電極と等しい電位（共通電圧Ｖｃｏｍ）に設定される。画素に書き込まれた電圧は、保持容量Ｃｓに蓄積され、次にデータが書き込まれるまでその電圧が保持される。
　なお、本明細書では、ＴＦＴのドレインとソースについて、信号線ＳＬに接続している方をソースと呼び、画素電極に接続している方をドレインと呼んでいるが、この逆、すなわち、信号線ＳＬに接続している方をドレインと呼び、画素電極に接続している方をソースと呼ぶこともある。
　次に、液晶表示装置の具体的な構造について説明する。図３は、液晶表示装置の断面図である。なお、図３において、各種配線は省略しており、これら各種配線の構造については後述する。
　液晶表示パネル１０の表示面と反対面には、面光源（バックライト）２０が対向配置されている。このバックライト２０は、例えば、サイドライト型のバックライト装置が用いられる。すなわち、バックライト２０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる複数の発光素子が導光板の短辺の一方から入射するように構成されており、導光版の板面の一方から液晶表示パネル１０へ向けて光が出射される。
　液晶表示装置は、ＴＦＴ及び画素電極などが形成されるＴＦＴ基板２１と、カラーフィルタや共通電極が形成されかつＴＦＴ基板２１に対向配置されるカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）２２と、両基板２１及び２２間に挟持された液晶層２３とを備えている。ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板２２はそれぞれ、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。
　液晶層２３は、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板２２間を貼り合わせるシール材（図示せず）によって封入された液晶材料により構成されている。液晶材料は、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板２２間に印加された電界に伴って液晶分子の配向方向が操作され、光学特性が変化する。液晶層２３を構成する液晶分子は、ポジ型（Ｐ型）であり、さらに電圧無印加時には基板面に対してほぼ垂直に配向させる。なお、Ｐ型の液晶層は、電界が印加された場合に、電界方向に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が向くものである。
　ＴＦＴ基板２１には、ＴＦＴ１５、反射膜２４、及び画素電極２５が設けられている。また、ＴＦＴ基板２１には、ＴＦＴ１５、反射膜２４、及び画素電極２５を覆うように配向膜２６が設けられている。なお、１つの表示画素（ピクセル）は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを有する３つのサブ画素により構成される。以下の説明では、表示画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。
　ＴＦＴ１５は、ＴＦＴ基板２１の液晶層２３側に形成され、画素のオン／オフを切り替えるスイッチング素子である。すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、アクティブマトリクス型の駆動方式を用いている。反射膜２４は、画素１４の例えば半分の領域に設けられ、液晶表示装置の表示画面から入射する外光を反射する機能を有する。複数の画素電極２５は、ＴＦＴ１５の電流経路の一端に電気的に接続され、ＴＦＴ基板２１の液晶層２３側にマトリクス状のパターンで形成されている。画素電極２５は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなる。配向膜２６は、液晶分子の配向を制御する。
　ＣＦ基板２２には、カラーフィルタ２７、共通電極２９、誘電体膜３０、及び配向膜３１が設けられている。カラーフィルタ２７は、ＣＦ基板２２の液晶層２３側に設けられ、赤，緑，青の３色のカラーフィルタ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂから構成される。カラーフィルタ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂは、画素電極２５に対向する位置に配置され、カラーフィルタ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂの間には、混色を防ぐための遮光膜（ブラックマトリクス）２８が形成されている。
　共通電極２９は、カラーフィルタ２７の液晶層２３側に設けられ、全ての画素電極２５に対向するサイズを有している。共通電極２９は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる。誘電体膜３０は、例えば透明樹脂から構成され、液晶層２３に印加される電界を調整する機能を有する。具体的には、透明樹脂膜３０を厚くすると、液晶層２３に印加される電界が弱くなり、透明樹脂膜３０を薄くすると、液晶層２３に印加される電界が強くなる。透明樹脂膜３０の膜厚は、例えば３μｍ以下である。また、透明樹脂膜３０は、必ずしも設ける必要はない。配向膜３１は、配向膜２６と対をなし、液晶分子の配向を制御する。本実施形態では、配向膜２６及び３１は、画素電極２５と共通電極２９との間に電位差がほぼ無い状態、つまり、画素電極２５と共通電極２９との間に電界が印加されていない状態で、液晶分子を基板面に対してほぼ垂直に配向させる。
　画素１４は、反射領域１４Ｒ及び透過領域１４Ｔを有する。反射領域１４Ｒは、画素１４のうち反射膜２４が設けられた領域に対応し、透過領域１４Ｔは、画素１４のうち反射膜２４が設けられていない領域に対応する。本実施形態では、図３に示すように、反射領域１４Ｒ及び透過領域１４Ｔの液晶層２３の厚さ（セルギャップ）ＣＧを均一（フラットギャップ）にしている。セルギャップＣＧは、液晶層２３内に例えば柱状のスペーサを配置することで、画面全域にわたって均一性を保つことができる。
　ＴＦＴ基板２１のバックライト２０側には、位相差板３２及び偏光板３３が設けられている。ＣＦ基板２２の表示面側には、拡散粘着材３４が設けられている。拡散粘着材３４の表示面側には、位相差板３５及び偏光板３６が設けられている。拡散粘着材３４は、光を拡散（散乱）することで、透過光及び反射光を均一化する機能と、反射光の干渉（虹色）を軽減する機能とを有する。拡散粘着材３４は、位相差板３５と偏光板３６の間に配置しても良い。
　偏光板３３及び３６は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な一方向の振動面を有する光、すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。偏光板３３及び３６の各々は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。
　位相差板３２及び３５の各々は、屈折率異方性を有しており、面内において互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。位相差板３２及び３５は、Δｎ・ｄ（ｎｍ）（但し、Δｎ＝ｎｅ－ｎｏ、ｄは位相差板の厚さ）で定義される所定のリタデーション（位相差）を有している。位相差板３２及び３５は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション（λを透過する光の波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有している。すなわち、位相差板３２及び３５は、λ／４板から構成される。
　偏光板３３の吸収軸と位相差板３２の遅相軸とは、４５°の角度をなすように配置されている。同様に、偏光板３６の吸収軸と位相差板３５の遅相軸とは、４５°の角度をなすように配置されている。また、偏光板３３及び３６は、それらの吸収軸が９０°の角度をなすように配置されている。
　［２．画素の構造］
　次に、画素１４の具体的な構造について説明する。図４は、画素１４の平面図である。図５は、図４の平面図のうち反射膜２４を除いた平面図である。図６は、図４のＡ－Ａ´線に沿った画素１４の断面図である。図７は、図４のＢ－Ｂ´線に沿った画素１４の断面図である。図８は、図４のＣ－Ｃ´線に沿った画素１４の断面図である。なお、図６～図８の断面図は、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板２２間の構造のみを抽出して示している。また、図６～図８の断面図は、配向膜２６及び３１の図示を省略している。
　ＴＦＴ基板２１上には、ロウ方向に延在する走査線ＧＬ、同じくロウ方向に延在する保持容量線Ｃｓが設けられている。走査線ＧＬは、ＴＦＴ１５のゲート電極として機能する。保持容量線Ｃｓは、画素１４ごとに設けられた保持容量を形成する。ＴＦＴ基板２１上には、走査線ＧＬ及び保持容量線Ｃｓを覆うように絶縁膜４５が設けられている。走査線ＧＬ上の絶縁膜４５は、ＴＦＴ１５のゲート絶縁膜としても機能する。
　走査線ＧＬの上方かつ絶縁膜４５上には、半導体層４１が設けられている。この半導体層４１は、例えば、アモルファスシリコンやポリシリコンから構成される。ゲート電極ＧＬの両側かつ絶縁膜４５上には、ソース電極４２及びドレイン電極４３が設けられている。ソース電極４２及びドレイン電極４３は、半導体層４１に部分的に接触している。ＴＦＴ１５は、ゲート電極ＧＬ、ゲート絶縁膜４５、ソース電極４２及びドレイン電極４３から構成される。ソース電極４２は、信号線ＳＬに電気的に接続されている。
　ＴＦＴ１５上には、絶縁膜４６が設けられている。絶縁膜４６上には、反射膜２４が設けられている。反射領域１４Ｒを形成する反射膜２４は、画素１４の一部の領域に設けられている。反射膜２４は、導電材料で構成され、共通電圧Ｖｃｏｍを印加することが可能となっている。ＴＦＴ１５は、反射膜２４の下方に配置され、表示画面から見た場合に反射膜２４によって隠れるようになっている。これにより、ＴＦＴ１５に起因する画質の劣化を抑制できる。
　反射膜２４上には、絶縁膜４７が設けられている。絶縁膜４７上には、画素電極２５及び共通電極４０が設けられている。すなわち、画素電極２５及び共通電極４０は、同じレベルの配線層で構成される。画素電極２５は、コンタクトプラグ４４によってドレイン電極４３に電気的に接続されている。保持容量線Ｃｓは、コンタクトプラグ４４の下方に配置される。
　画素電極２５は、画素１４の中央部に直線状に形成される。すなわち、列方向の複数の画素電極２５は、ストライプ状に形成される。画素電極２５の幅は、より小さいことが望ましく、例えば使用する製造工程（例えばフォトリソグラフィ工程）に起因する最小加工寸法（minimum feature size）程度の幅に設定される。本実施形態では、画素電極２５の幅は、例えば２～３μｍ程度である。画素電極２５は、反射膜２４に一部が重なるように配置される。
　共通電極４０は、所定の間隔を空けて画素電極２５をカラム方向の両側から挟むように形成される。共通電極４０と画素電極２５との間隔は、１５μｍ以下に設定され、３～４μｍ程度が望ましい。なお、共通電極４０は、所定の間隔を空けて画素電極２５を囲むように形成されていてもよい。共通電極４０は、信号線ＳＬからの電界の影響を防ぐために、信号線ＳＬを覆うように形成される。すなわち、共通電極４０、信号線ＳＬ及びブラックマトリクス２８は、互いに重なるように配置される。本実施形態では、図５に示すように、共通電極４０が画素電極２５を囲むように形成されている場合、共通電極４０は、信号線ＳＬのほとんどの領域を覆うことが可能となる。
　絶縁膜４５～４７は、透明絶縁材料から構成され、例えばシリコン窒化膜が用いられる。共通電極４０及びコンタクトプラグ４４は、透明導電材料から構成され、例えばＩＴＯが用いられる。反射膜２４としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。ソース電極４２、ドレイン電極４３、走査線ＧＬ、信号線ＳＬ及び保持容量線Ｃｓは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）のいずれか、またはこれらの１種類以上を含む合金などが用いられる。
　［３．動作］
　次に、上記のように構成された液晶表示装置の動作について説明する。まず、液晶層２３に電界を印加していない状態での表示について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、液晶層２３に電界を印加していない状態での液晶層２３の配向状態を説明する図である。図９Ａは、透過領域１４Ｔの液晶層２３の配向状態であり、図９Ｂは、反射領域１４Ｒの液晶層２３の配向状態である。
　コントローラ１３は、共通電極２９及び４０に共通電圧Ｖｃｏｍ（０Ｖ）を印加するとともに、画素電極２５にも共通電圧Ｖｃｏｍを印加する。また、反射領域１４Ｒの反射膜２４は、共通電極４０と同じ共通電圧Ｖｃｏｍが印加される。これにより、透過領域１４Ｔ及び反射領域１４Ｒの液晶層２３には電界が印加されていない状態となり、液晶分子は、初期配向を維持する。
　本実施形態では、液晶層２３は、ポジ型（Ｐ型）であり、さらに電圧無印加時（オフ状態）には液晶分子が基板面に対してほぼ垂直に配向されている。よって、オフ状態では、透過領域１４Ｔ及び反射領域１４Ｒの液晶分子は、基板面に対してほぼ垂直に配向している。このオフ状態において、透過領域１４Ｔでは、偏光板３３を透過したバックライト光は、リタデーションがほぼゼロの状態の液晶層２３を透過した後、偏光板３３に対してクロスニコル状態で配置された偏光板３６に吸収されて黒表示となる。
　一方、反射領域１４Ｒでは、偏光板３６を透過した外光は、リタデーションがほぼゼロの状態の液晶層２３を透過した後、反射膜２４によって反射され、円偏光の回転方向が反転される。そして、反射膜２４によって反射された外光は、再び液晶層２３を透過した後、偏光板３６に吸収されて黒表示となる。従って、オフ状態において、透過領域１４Ｔ及び反射領域１４Ｒはともに、黒表示となる。
　次に、液晶層２３に電界を印加した状態での表示について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、液晶層２３に電界を印加した状態での液晶層２３の配向状態を説明する図である。図１０Ａは、透過領域１４Ｔの液晶層２３の配向状態であり、図１０Ｂは、反射領域１４Ｒの液晶層２３の配向状態である。
　コントローラ１３は、共通電極２９及び４０に共通電圧Ｖｃｏｍ（０Ｖ）を印加するとともに、画素電極２５に共通電圧Ｖｃｏｍより高い画素電圧（例えば５Ｖ）を印加する。また、反射領域１４Ｒの反射膜２４は、共通電極４０と同じ共通電圧Ｖｃｏｍが印加される。これにより、透過領域１４Ｔでは、画素電極２５及び共通電極４０間の横電界と、画素電極２５及び共通電極２９間の縦電界とにより、液晶分子がハーフベンド配向のように共通電極４０側に倒れる。すなわち、画素電極２５及び共通電極４０に近いほど液晶分子が水平方向に大きく倒れ、共通電極２９に近づくにつれて共通電極４０に起因する横電界が弱くなるため、液晶分子が垂直方向に配向する。
　一方、反射領域１４Ｒでは、反射膜２４に０Ｖが印加されているため、画素電極２５と反射膜２４との間に電界が発生する。よって、画素電極２５と反射膜２４との重なり部分の縁に発生する横電界と、画素電極２５及び共通電極２９間の縦電界とにより、液晶分子がハーフベンド配向のように水平方向に倒れる。この時、反射領域１４Ｒの横電界は、透過領域１４Ｔの横電界より小さくなるため、反射領域１４Ｒの液晶分子は、透過領域１４Ｔの液晶分子に比べて、水平方向に倒れる角度が小さくなる。すなわち、反射領域１４Ｒのリタデーションを透過領域１４Ｔのリタデーションより小さくする（１／２に近づける）ことが可能となる。これにより、透過領域１４Ｔと反射領域１４Ｒとの液晶層のギャップを変えることなく（すなわち、マルチギャップにすることなく）、透過表示及び反射表示を最適化できる。
　具体的には、液晶層２３のギャップは、オン状態におけるリタデーションがほぼλ／２となるように調整されている。よって、電圧印加時（オン状態）において、透過領域１４Ｔでは、偏光板３３を透過したバックライト光は、液晶層２３を透過してリタデーションが付与された後、偏光板３６を透過して白表示となる。
　一方、反射領域１４Ｒでは、偏光板３６を透過した外光は、液晶層２３を透過して透過領域１４Ｔの１／２のリタデーションが付与された後、反射膜２４によって反射される。そして、反射膜２４によって反射された外光は、再び液晶層２３を透過して透過領域１４Ｔの１／２のリタデーションが付与された後、偏光板３６を透過して白表示となる。従って、オン状態において、透過領域１４Ｔ及び反射領域１４Ｒはともに、白表示となる。
　次に、本実施形態の液晶表示装置のレスポンス特性について説明する。
　図１１は、本実施例に係る液晶表示装置のレスポンス特性を示すグラフである。ここでの液晶層の屈折率異方性はΔｎ＝０．１０～０．１３（両方を含む）、誘電率異方性はΔε＝１６～１９（両方を含む）、弾性定数はＫ３３＝１３～１５ｐＮ（ピコニュートン）（両方を含む）である。なお、弾性定数Ｋ３３は、ベンドモードの弾性定数である。図１１のＸ軸は元階調、Ｙ軸は先階調、Ｚ軸は応答速度（ｍｓｅｃ）を表している。元階調とは、階調を変化させる前の階調を意味する。先階調とは、階調を変化させた後の階調を意味する。図１１は、Ｘ軸及びＹ軸の数字は、階調を表しており、ここでは、６４階調（０階調～６３階調）を表示する場合の応答速度を示している。０階調が黒（ＢＫ）、６３階調が白（Ｗ）である。
　図１１のグラフの見方は、第１の階調（元階調）から第２の階調（先階調）へ表示を変化させる場合、Ｘ軸（元階調）に記載された第１の階調の数字と、Ｙ軸（先階調）に記載された第２の階調の数字とが交差する位置の棒グラフの高さで応答速度が分かるようになっている。
　図１２は、マルチギャップ構造かつＶＡ（Vertical Alignment）配向を有する比較例（従来例）に係る液晶表示装置のレスポンス特性を示すグラフである。図１１と図１２とを比較すると、実施例は、比較例に比べて応答速度が格段に向上しているのが理解できる。
　［４．効果］
　以上詳述したように第１の実施形態では、画素１４が反射領域１４Ｒ及び透過領域１４Ｔから構成され、反射領域１４Ｒ及び透過領域１４Ｔの液晶層２３の厚さ（セルギャップ）を同じにする。液晶層２３は、Ｐ型の液晶分子を有し、無電界時に基板に対して垂直方向に配向させる。また、ＴＦＴ基板２１には、ライン状の画素電極２５と、画素電極２５を挟む共通電極４０と、画素電極２５の一部に重なる反射膜とが設けられ、ＣＦ基板２２には、画素を覆う共通電極２９が設けられる。そして、電圧印加時（オン状態）には、反射領域１４Ｒの液晶層のリタデーションを透過領域１４Ｔの液晶層のリタデーションの１／２程度に設定するようにしている。
　従って本実施形態によれば、反射領域と透過領域とのセルギャップを変えず（フラットギャップ）に、最適な反射表示及び透過表示を実現することができる。これにより、従来（マルチギャップ）において反射領域と透過領域との境界に生じていた配向不良が生じることがなく、光漏れ対策による遮光が必要ないため、開口率の低下を防ぐことができる。また、反射領域と透過領域とのセルギャップを変えるための透明段差膜等を形成する必要がないため、プロセス工程が削減でき、コストダウンが実現できる。
　また、本実施形態の液晶表示装置は、液晶分子がハーフベンド配向をとるため、ＴＮ（Twisted Nematic）配向、ホモジニアス配向及びＶＡ（Vertical Alignment）配向、ＩＰＳ（In－Plane Switching）配向などを用いた液晶表示装置に比べて、応答速度を高速化することができる。たとえば図１３に示すＶＡ配向は、液晶層を挟む２つ基板に配置された電極に印加される電圧によって、液晶層の厚さ方向の全ての液晶分子を動かさなければならない。また、図１４に示すＩＰＳ配向の場合は、片側の基板に配置された２つの電極間の電圧によって、液晶層の厚さ方向の全ての液晶分子を動かさなければならない。これらの電圧は、液晶の弾性に逆らって働くことになるので、応答性が悪くなる。これに対して、本実施形態では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、片面基板の２電極間の電圧と、対面した２基板の２電極間の電圧により液晶分子を動かす場合は、応答速度が速くなる。また、本実施形態の液晶表示装置は、液晶パネルを押した時の表示不良（面押し）にも強くなる。
　また、本実施形態の構造は、これまで困難であった３００ｐｐｉを超えるような高精細パネルに非常に有効で、高精細パネルにおいても半透過型を適用することが可能となる。
　また、λ／４板からなる位相差板３２及び３５を配置することにより、反射表示の光学設計を最適化できるとともに、透過表示においても、直線偏光板では取り出せなかった偏光板の軸方向に倒れている液晶分子のエリアの光も取り出すことができる。これにより、透過領域１４Ｔの透過率を向上させることができる。
　また、本実施形態の液晶表示装置は、共通電極２９と液晶層２３との間に透明樹脂膜３０を備えている。透明樹脂膜３０を厚くすると、液晶層２３に印加される横電界を相対的に強くすることができ、透明樹脂膜３０を薄くすると、液晶層２３に印加される縦電界を相対的に強くすることができる。これにより、液晶層２３の特性に応じて透明樹脂膜３０の膜厚を調整することで、液晶分子の配向を最適化することが可能となる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１０…液晶表示パネル、１１…ゲートドライバ、１２…ソースドライバ、１３…コントローラ、１４…画素、１４Ｒ…反射領域、１４Ｔ…透過領域、１５…スイッチング素子、２０…バックライト、２１…ＴＦＴ基板、２２…ＣＦ基板、２３…液晶層、２４…反射膜、２５…画素電極、２６，３１…配向膜、２７…カラーフィルタ、２８…ブラックマトリクス、２９…共通電極、３０…誘電体膜、３２，３５…位相差板、３３，３６…偏光板、３４…拡散粘着材、４０…共通電極、４１…半導体層、４２…ソース電極、４３…ドレイン電極、４４…コンタクトプラグ、４５～４７…絶縁膜。

Claims (7)

  1. 　対向配置された第１及び第２の基板と、
    　前記第１及び第２の基板に挟持され、Ｐ型の液晶分子を有し、無電界時に垂直配向となり、その弾性定数が１３ｐＮ以上かつ１５ｐＮ以下である液晶層と、
    　反射領域及び透過領域を有し、前記反射領域及び前記透過領域のセルギャップが同じである画素と、
    　前記第１の基板にライン状に設けられた１つの画素電極と、
    　前記画素電極を挟むようにして前記第１の基板に設けられた第１の共通電極と、
    　前記第２の基板に設けられた第２の共通電極と、
    　前記画素電極の一部に重なるようにして前記反射領域に設けられ、導電材料からなる反射膜と、
    　を具備することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 　前記反射膜は、前記第１の共通電極と同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 　第１の表示モードにおいて、前記画素電極、前記第１の共通電極、前記第２の共通電極及び前記反射膜は、共通電圧が印加され、
    　第２の表示モードにおいて、前記画素電極は、前記共通電圧より高い電圧が印加され、前記第１の共通電極、前記第２の共通電極及び前記反射膜は、前記共通電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 　前記第２の共通電極と前記液晶層との間に設けられた誘電体膜をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  5. 　前記第１の共通電極は、前記画素電極を囲むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 　前記画素電極に電圧を供給する配線をさらに具備し、
    　前記第１の共通電極は、前記配線と重なるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  7. 　前記第１の基板に設けられた第１の位相差板と、
    　前記第２の基板に設けられた第２の位相差板と、
    　をさらに具備し、
    　前記第１及び第２の位相差板の位相差は、λ／４であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
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