(57)【要約】【課題】光の利用効率が高い液晶表示素子及びそれを用いた表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示素子は、積層されたスイッチング素子３９と複数の画素電極３１、３２とを少なくとも含む第１の基板２１と、積層された着色層６２と共通電極３３を少なくとも含む第２の基板２２とが、液晶層１２を挟んで対向している。第１の基板２１上に複数のゲート線４８が平行かつ等間隔に配置され、ゲート線４８とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、ゲート線４８とデータ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成されている。また、ドットは、ゲート線４８とデータ線の交差部に設けられたスイッチング素子３９と、スイッチング素子３９を介して設けられた第１の画素電極３１とを少なくとも有する第１の開口部２５と、第２の画素電極３２と制御電極３４とを少なくとも有する第２の開口部２６とを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されたスイッチング素子と複数の画素電極とを少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層と共通電極を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向する液晶表示素子であり、
前記第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成されており、
前記ドットは、前記ゲート線と前記データ線の交差部に設けられた前記スイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して設けられた第１の画素電極とを少なくとも有する第１の開口部と、第２の画素電極と制御電極とを少なくとも有する第２の開口部とを有しており、
前記第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と前記第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧が異なることを特徴とする、液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１の画素電極には前記スイッチング素子と、制御電極と、蓄積容量電極とが接続しており、前記第２の画素電極は保護絶縁膜を挟んで前記制御電極と対向しており、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は同じ層に形成されている、請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１の画素電極には前記スイッチング素子と、制御電極と、蓄積容量電極とが接続しており、前記第２の画素電極は半導体膜を挟んで前記制御電極と対向しており、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は同じ層に形成されている、請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は１つの同一の電極で構成されており、前記第２の基板の着色層は、前記共通電極よりも前記液晶層の側にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記第２の画素電極は、保護絶縁膜を介して第１の画素電極の上層に形成され、かつ、前記第２の画素電極と前記第１の画素電極とは前記保護絶縁膜を介して部分的に重なり合っている、請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記液晶表示素子は、ねじれネマティック方式で駆動する、請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
積層されたスイッチング素子と、画素電極と、共通電極とを少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向する液晶表示素子であり、
前記第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成され、
前記ドットは、前記ゲート線と前記データ線の交差部に設けられた前記スイッチング素子が少なくとも設けられている第１の開口部と、第２の開口部とを有しており、
前記共通電極と前記画素電極はともに櫛歯形状をしており、前記共通電極の前記櫛歯と前記画素電極の前記櫛歯とが、水平方向に交互に配置され、前記第１の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔は、前記第２の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔が異なっており、
前記第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と前記第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧が異なることを特徴とする、液晶表示素子。
【請求項８】
前記第１の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔は、前記第２の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔より大きい、請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記液晶表示素子は、横電界駆動方式で駆動する、請求項７または９に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
積層されたスイッチング素子と、画素電極と、共通電極とを少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向する液晶表示素子であり、
前記第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成され、
前記ドットは、前記ゲート線と前記データ線の交差部に設けられた前記スイッチング素子が少なくとも設けられている第１の開口部と、第２の開口部とを有しており、
前記画素電極と前記共通電極との間に保護絶縁膜が設けられ、
前記共通電極は櫛歯形状をしており、前記画素電極は、前記第１の開口部においては水平方向に隣り合う前記共通電極の間に配置され、前記第２の開口部においては前記第２の開口部を覆うように水平方向に広がっており、
前記第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と、前記第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧とが異なっている、液晶表示素子。
【請求項１１】
前記第１の開口部における前記共通電極の間隔が、前記第２の開口部における前記共通電極の間隔より大きい、請求項１０に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
前記液晶表示素子はフリンジ・フィールド・スイッチング方式で駆動する、請求項１０または１１に記載の液晶表示素子。
【請求項１３】
前記画素電極と前記共通電極とは、透明電極である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項１４】
前記第１の開口部は、前記第２の開口部の前記着色層より光の透過率が高い高透過率領域を有している、請求項１から１３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項１５】
前記第１の開口部の前記高透過率領域は、前記着色層に設けられたスルーホールからなる、請求項１４に記載の液晶表示素子。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の液晶表示素子を使用した、画像表示装置。
【請求項１７】
積層されたスイッチング素子と複数の画素電極とを少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層と共通電極を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向する液晶表示素子の製造方法であり、
前記第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成されており、
前記ドットは、前記ゲート線と前記データ線の交差部に設けられた前記スイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して設けられた第１の画素電極とを少なくとも有する第１の開口部と、少なくとも第２の画素電極と制御電極が設けられている第２の開口部とを有しており、
前記第２の画素電極と前記制御電極との間に結合容量を生じさせ、第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧とを異なる値にすることを特徴とする、液晶表示素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の画素電極には前記スイッチング素子と、制御電極と、蓄積容量電極とを接続し、前記第２の画素電極を保護絶縁膜を挟んで前記制御電極と対向した位置に配置し、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は同じ層に形成する、請求項１７に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の画素電極には前記スイッチング素子と、制御電極と、蓄積容量電極とを接続し、前記第２の画素電極は半導体膜を挟んで前記制御電極と対向しており、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は同じ層に形成する、請求項１７に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１の画素電極と前記第２の画素電極を同一の電極で構成し、前記第２の基板の前記着色層は、前記共通電極よりも前記液晶層の側に配置する、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第２の画素電極を、保護絶縁膜を介して前記第１の画素電極の上層に形成し、かつ、前記第２の画素電極と前記第１の画素電極とは前記保護絶縁膜を介して部分的に重なり合うようにする、請求項１７に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項２２】
積層されたスイッチング素子と、画素電極と、共通電極を少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向する液晶表示素子の製造方法であり、
前記第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成されており、
前記ドットは、前記ゲート線と前記データ線の交差部に設けられた前記スイッチング素子が少なくとも設けられている第１の開口部と、第２の開口部とを有しており、
前記共通電極と前記画素電極はともに櫛歯形状をしており、
前記共通電極の前記櫛歯と前記画素電極の前記櫛歯とを、水平方向に交互に配置し、前記第１の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔を、前記第２の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔と異なるようにし、
前記第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と前記第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧とを異なる値にすることを特徴とする、液晶表示素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔は、前記第２の開口部における前記共通電極と前記画素電極との電極間隔より大きくなるようにする、請求項２２に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項２４】
積層されたスイッチング素子と、画素電極と、共通電極を少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向する液晶表示素子の製造方法であり、
前記第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成されており、
前記ドットは、前記ゲート線と前記データ線の交差部に設けられた前記スイッチング素子が少なくとも設けられている第１の開口部と、第２の開口部とを有しており、
前記画素電極と前記共通電極との間に保護絶縁膜が設けられ、
前記共通電極は櫛歯形状をしており、前記画素電極は、前記第１の開口部においては水平方向に隣り合う前記共通電極の間に配置し、前記第２の開口部においては前記第２の開口部を水平方向に覆うようにし、
前記第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と、前記第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧とを異なる値にすることを特徴とする、液晶表示素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１の開口部の前記着色層の光の透過率を、前記第２の開口部の着色層の光の透過率より大きくする、請求項１７から２４のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液量表示素子及びそれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータのディスプレイ、あるいはテレビといった情報及び画像表示装置の分野において、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）が大きく普及してきている。その液晶ディスプレイの市場、技術開発動向においては、画素（ピクセル）サイズの小型化による高精細化、高画質化と共に、画面の大型化が顕著である。そのため大面積の画面に非常に多くの小さな画素を配列させる必要があり、大面積の画面を対象とした微細加工プロセスが開発されている。
【０００３】
一方、小さな画像表示素子（対角線方向の大きさで数インチ、あるいは１インチ以下の液晶表示素子等）と拡大投射光学系とを組み合わせた画像表示装置であるプロジェクタも普及しつつあり、オフィスにおけるプレゼンテーションのみならず、ホームシアタ等の家庭における娯楽にも用いられつつある。液晶ディスプレイにおいて、高精細な画像を維持しつつ、その画面が大型化するとコストが高くなるのに対し、プロジェクタに適用する液晶表示素子は画面が小さくてもよいためコスト面で非常に有利となる。
【０００４】
しかし、ここで、小型の画像表示素子の画像を高精細化することを考えた場合、もともと小さな画面領域に、多くの画素を配列させることになるため、１画素のサイズをより微細化する必要が生じる。すなわち、いかに画素サイズを小さくするかが課題となる。そこで、半導体の微細加工技術の進歩にともない、より微細なサイズの画素が実現されつつある。
【０００５】
また、電化製品、精密機器、及び映像機器においては、省スペース化、及び省電力化が望まれており、特に、プロジェクタに関しては携帯可能なものが注目されている。そのため、１つの開発動向としてプロジェクタの小型化及び軽量化があげられる。特に、単板式のカラー液晶プロジェクタは、３板式のカラープロジェクタと比較して光学系が簡易であり、小型化及び軽量化に適している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３７２２０号公報（図１、図６等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単板式のカラー液晶プロジェクタにおける画像表示素子の単位画素は複数のドットを有し、その各々に着色層を配置した構成である。上記のように画素は高精細化される動向にあるが、光を変調させるために液晶を駆動するスイッチング素子や補助容量などの電気・電子回路は、画素の高精細化に比例して、必ずしも小さくできる訳ではない。これは、スイッチング素子や補助容量は、半導体基板やガラス基板等の基板上に微細加工技術を用いて作製され、半導体プロセスの制限により、実現できる細線幅に限度があるためである。また、技術的にはより微細な加工が可能であっても、設備投資等を考えるとコスト上の問題から実現が困難な場合もある。その結果、１ドットに占めるスイッチング素子の面積割合が大きくなり、開口率が低下する。また、着色層での光吸収による光の透過率の低下や、着色層での光吸収によって発生した熱に起因して色度低下、画質劣化、及び信頼性の問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題である、液晶表示素子の画素を高精細化すると光の利用効率が低下してしまう、という問題を解決する液晶表示素子及びそれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液晶表示素子は、積層されたスイッチング素子と複数の画素電極とを少なくとも含む第１の基板と、積層された着色層と共通電極を少なくとも含む第２の基板とが、液晶層を挟んで対向している。第１の基板上に複数のゲート線が平行かつ等間隔に配置され、ゲート線とは直角に複数のデータ線が平行かつ等間隔に配置され、ゲート線とデータ線とで囲まれた領域により１つのドットが形成されている。また、ドットは、ゲート線とデータ線の交差部に設けられたスイッチング素子と、スイッチング素子を介して設けられた第１の画素電極とを少なくとも有する第１の開口部と、第２の画素電極と制御電極とを少なくとも有する第２の開口部とを有している。さらに、第１の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧と第２の開口部における光の透過率変化に関する閾値電圧が異なっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、液晶表示素子のパネル全体の光の透過率を大きくすることができ、これにより、正面輝度及びコントラストを大きくできる。また、中間階調において、画質が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の第１の実施形態であり、液晶表示素子のドット（繰り返し単位）の構成を示す上面の概略図である。
【図２】図１における液晶表示素子のＡ−Ａ’方向の断面の概略図である。
【図３】図１における液晶表示素子の第１の基板側のドットレイアウトを示す平面の概略図である。
【図４】図１における液晶表示素子のドットの等価回路を示す図である。
【図５】図１における液晶表示素子の画素（繰り返し単位）の構成を示す平面の概略図である。
【図６】図１における液晶表示素子の電圧−透過率特性を示すグラフである。
【図７】図１における液晶表示素子のドットの他の等価回路を示す図である。
【図８】図１における液晶表示素子のドットのさらに他の等価回路を示す図である。
【図９】本発明に係る液晶表示素子の第２の実施形態のドットで構成した画素の上面の概略図である。
【図１０】図９における液晶表示素子のＢ−Ｂ’方向の断面の概略図である。
【図１１】図１０における液晶表示素子の第１の基板側のドットレイアウトを示す平面の概略図である。
【図１２】図９における液晶表示素子のＣ−Ｃ’方向の断面の概略図である。
【図１３】本発明に係る液晶表示素子の第３の実施形態のドットの断面の概略図である。
【図１４】図１３における液晶表示素子の電圧−透過率特性を示すグラフである。
【図１５】本発明に係る液晶表示素子の第４の実施形態を示す第１の基板側のドットレイアウトの平面の概略図である。
【図１６】図１５における液晶表示素子のＤ−Ｄ’方向の断面の概略図である。
【図１７】本発明に係る液晶表示素子の第５の実施形態のドットの断面の概略図である。
【図１８】図１７における液晶表示素子の等価回路を示す図である。
【図１９】本発明に係る液晶表示素子の第６の実施形態のドットの断面の概略図である。
【図２０】図１９における液晶表示素子のＡ−Ａ’方向の断面の概略図である。
【図２１】本発明に係る液晶表示素子の第７の実施形態のドットの概略構成図である。
【図２２】図２１における液晶表示素子のＡ−Ａ’方向の断面の概略図である。
【図２３】本発明に係る液晶表示素子を使用した表示装置の一例である、プロジェクタ装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
【００１３】
［実施形態１］
本発明に係る液晶表示素子の第１の実施形態について説明する。
【００１４】
図１に本発明に係る液晶表示素子の第１の実施形態のドットの構成を示す上面の概略図、図２に図１のＡ−Ａ’方向の断面の概略図を示す。
【００１５】
なお、液晶表示素子は、複数のドット（通常レッド、グリーン、ブルーの３つのドット）で１つの画素を形成し、複数の画素で液晶表示パネルを形成している。説明では、１つのドットを例にして説明する。
【００１６】
図１に示すように、１つのドット１４は、光の透過率の高い領域（以降すべて「高透過率領域」とする）２７が設けられた第１の開口部２５と、着色領域２８が設けられた第２の開口部２６とで構成された開口部２９と、遮光領域であるブラックマトリクス６１とから構成される。
【００１７】
また、図２に示す通り、第１の基板２１と第２の基板２２との間に、液晶層１２が設けられている。第１の基板２１は、第１の透明基板２３の液晶層１２側の表面に、第１の画素電極３１と、第２の画素電極３２と、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」とする）３９とが形成されている。また、第２の基板２２は、第２の透明基板２４の液晶層１２側に、レッド、グリーン、及びブルー等が着色された着色層６２、及びブラックマトリクス６１が設けられ、その上に所定の形状にパターニングされたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極が共通電極３３として設けられている。なお、第２の開口部には着色層６２を設けない。そうすることで、高透過率領域２７として無着色領域を形成している。なお、必要に応じて設けられる配向膜は図示していない。
【００１８】
ドット１４内には、第１の画素電極３１、第２の画素電極３２及び共通電極３３がそれぞれ設けられており、ゲート線４８と電気的に接続しているゲート電極４７（図中のゲート電極４７に電気的に接続しているゲート線４８については図３にて示す）によりＴＦＴ３９を動作させて、第１の画素電極３１（又は第２の画素電極３２）を選択し、第１の画素電極３１（又は第２の画素電極３２）と共通電極３３の間に電圧を印加して液晶の配向を制御し、画像表示をする。
【００１９】
本実施形態における高透過率領域２７は、前記したような完全な無着色領域でなくても良く、着色領域２８よりも光の透過率が大きくなっていればよい。例えば、第２の基板２２全体を着色層６２で覆い、第２の開口部２５に、部分的にスルーホールを設けたり、部分的に着色層６２を薄くして光の透過率を大きくしたりし、高透過率領域２７としてもよい。これにより高透過率領域２７では、顔料や染料等の着色材による光吸収を小さくし、バックライト光源から入射された光が効率良く透過できるため着色領域２８と比べて光の透過効率が大きくなる。
【００２０】
図３に本実施形態における液晶表示素子の第１の基板２１側のドットレイアウトを示す平面の概略図、図４に本実施形態における液晶表示素子のドットの等価回路図を示す。
【００２１】
図３に示すように、ＴＦＴ３９が形成された第１の基板２１では、横方向に延びる複数本のゲート線４８と、縦方向に延びる複数本のデータ線４９とで囲まれる領域によって１つのドット１４が構成されている。そして、このドット１４には、ＴＦＴ３９、第１の画素電極３１、第２の画素電極３２、制御電極３４、共通電極３３、蓄積容量電極３５、共通容量線５０が備えられている。
【００２２】
図２、図３、及び図４に示すように、第１の画素電極３１はＴＦＴ３９のソース電極４６と、制御電極３４と、蓄積容量電極３５とが電気的に接続しており、第１の画素電極３１と制御電極３４と蓄積容量電極３５とが同電位の場合、制御電極３４と共通容量線５０との間と、蓄積容量電極３５と共通容量線５０との間に第１の蓄積容量Ｃｓｔ１が形成される。また、第１の画素電極３１と、対向基板である第２の基板２２に配置された共通電極３３との間には、液晶層１２を介して第１の液晶容量Ｃｌｃ１が形成される。
【００２３】
一方、第２の画素電極３２は電気的にフローティング状態であり、制御電極３４と第３の保護絶縁膜４３を介して結合容量Ｃｃを形成している。また、第２の画素電極３２と共通容量線５０との間に第２の蓄積容量Ｃｓｔ２が形成される。さらに、第２の画素電極３２と共通電極３３との間には、液晶層１２を介して第２の液晶容量Ｃｌｃ２が形成される。
【００２４】
ドット１４の２つの開口部２５、２６は、それぞれ光の透過率が異なる高透過率領域２７と着色領域２８から構成され、高透過率領域２７にはＴＦＴ３９と電気的に接続する第１の画素電極３１が配置され、着色領域２６には制御電極３４と結合容量Ｃｃを形成する第２の画素電極３２が配置されている。
【００２５】
これら結合容量Ｃｃ、第１の蓄積容量Ｃｓｔ１、及び第２の蓄積容量Ｃｓｔ２のそれぞれの容量サイズは各絶縁膜の材質（誘電率）と厚さ、及び各電極の大きさ等のパラメータにより所望の値に設定することが可能である。
【００２６】
第１の画素電極３１へ印加される電圧Ｖ１と、第２の画素電極３２へ印加される電圧Ｖ２との画素電極電圧比Ｖ１／Ｖ２は、制御電極３４と第２の画素電極３２との間の結合容量Ｃｃと、第２の画素電極３２と共通容量線５０との間の付加容量Ｃｓｔ２、及び液晶容量Ｃｌｃ２との比によって定まる。ここで、共通容量線５０の電圧を共通電極３３と同電圧とした場合には、上記の画素電極電圧比Ｖ１／Ｖ２は以下の数式が成立する。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
したがって、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２の印加電圧の違いにより、各領域２７、２８の液晶分子に異なる電圧が印加される。これにより、各領域２７、２８における電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）が変化し、第１の画素電極３１におけるＶ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ１と第２の画素電極３２におけるＶ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ２とに差が生じる。このような光の透過率変化に関する閾値電圧の差は、主に、第１の開口部２５には存在しない結合容量Ｃｃが第２の開口部２６に形成されていることにより生じる。数式１より、Ｖ１＞Ｖ２の関係が成り立ち、第２の画素電極３２に印加される電圧Ｖ２は、第１の画素電極３１に印加される電圧Ｖ１より相対的に小さくなるため、第１の画素電極３１におけるＶ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ１と第２の画素電極３２におけるＶ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ２との間には以下の関係が成り立つ。
【００２９】
【数２】
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【００３０】
したがって、詳しくは後述するが、本実施形態の液晶表示素子では、図６に示すような電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）を得ることができる。横軸にＴＦＴ３９のソース電極４６の電圧をとり、縦軸に透過率をとるとＶｔｈ２はＶｔｈ１より右側（高電圧側）へシフトする。光の透過率は、第1の開口部２５が有する高透過率領域２７（第1の画素電極３１に対応）の透過率と第２の開口部２６が有する着色領域２８（第２の画素電極３２に対応）の透過率の和となる。そのため、低電圧においては液晶表示パネルの光の透過率を大きくすることができる。また、Ｖｔｈ２はＶｔｈ１より高電圧側にシフトしているため、中間階調電圧を大きく設定できる。それにより、細かな色彩を表現でき、着色領域２８を透過した輝度を大きく、高透過率領域２７を透過した輝度を小さくできるため、高透過率領域２７からの無色光による色味の低減を小さくすることができる。
【００３１】
本実施形態の第１の基板２１及び第２の基板２２について、さらに詳細に説明する。
【００３２】
はじめに、第１の基板２１について説明する。図２、図３に示すように、ＴＦＴ３９はゲート電極４７がソース電極４６、及びドレイン電極４５よりも上部位置に配置されたトップゲート構造である。活性層（半導体層）４０は、アモルファスシリコンやポリシリコン等の使用が可能であり、セルフアライン技術によって形成することができる。
【００３３】
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などでガラスから成る第１の透明基板２３上に島状の半導体層４０が形成され、これを覆って第１の保護絶縁膜４１が形成され、その上にゲート電極４７が形成され、さらにその上に第２の保護絶縁膜４２が形成される。
【００３４】
第２の保護絶縁膜４２上にはソース電極４６とドレイン電極４５が形成され、第１のコンタクトホール３７を介してソース電極４６並びにドレイン電極４５と半導体層４０のソースドレイン領域とを接続している。ゲート電極４７の下部は半導体層４０のチャネル領域である。
【００３５】
ソース電極４６、及びドレイン電極４５上には第３の保護絶縁膜４３が全面に形成されている。第３の保護絶縁膜４３には第２のコンタクトホール３８が設けられる。一方のドレイン電極４５はデータ線４９に接続され、他方のソース電極４６は第２のコンタクトホール３８を介して第１の画素電極３１と接続される。
【００３６】
ＴＦＴ３９は、ゲート電極４７と、ドレイン電極４５と、ソース電極４６とを備えており、ＴＦＴ３９は、走査線であるゲート線４８と映像信号線であるデータ線４９との交点の近傍にドット毎に設けられている。ゲート電極４７はゲート線４８に、ドレイン電極４５はデータ線４９に、ソース電極４６は第１の画素電極３１にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３７】
ＴＦＴ３９近傍においては、半導体層４０は第１の保護絶縁膜４１で覆われ、ゲート電極４７は第２の保護絶縁膜４２で保護されている。また、保護絶縁膜４１、４２には窒化シリコン等を用いることができる。
【００３８】
第１の画素電極３１及び第２の画素電極３２は透明電極から成り、ＩＴＯ等の材料を用いることができる。また、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２は同じ層に成形するため、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２を一体的に形成できる。
【００３９】
第１の画素電極３１はＴＦＴ３９のソース電極４６に電気的に接続されており、第１の画素電極３１は第２コンタクトホール３８を介して制御電極３４へ電気的に接続している。制御電極３４はＴＦＴのソース電極４６と一体的に形成することも可能である。
【００４０】
ゲート線４８、ソース電極４６、ドレイン電極４５、共通容量線５０はクロム等の金属膜が使用される。また、共通容量線５０はゲート線４８と一体的に形成することも可能である。
【００４１】
本実施形態では、第２の画素電極３２に対して容量を付加するための共通容量線５０が設けられた構成となっているが、第２の画素電極３２と制御電極３４との間の結合容量Ｃｃと、第２の画素電極３２と共通電極３３との間の液晶容量Ｃｌｃ２とで第１の画素電極３１へ印加される電圧Ｖ１と第２の画素電極３２へ印加される電圧Ｖ２に必要な電位差が得られれば、特に共通容量線５０を設ける必要はない。
【００４２】
また、本実施形態においては、ゲート線４８が選択された瞬間に、データ線４９からＴＦＴ３９を介して信号電圧が、ソース電極４６に接続された第１の画素電極３１、及び制御電極３４に書き込まれる。この時、フローティング状態である第２の画素電極３２の電位は、結合容量Ｃｃと、蓄積容量Ｃｓｔ２及び液晶容量Ｃｌｃ２の容量比にしたがって、制御電極３４と共通容量線５０との間の所定電位に定まる。共通容量線５０は例えば第２の基板２２上の共通電極３３と同電位となるように構成してもよく、また、前段のゲート線４８等に接続してもよい。
【００４３】
第１の画素電極３１（又は第２の画素電極３２）と制御電極３４との間の第３の保護絶縁膜４３は、有機材料系の保護絶縁膜でもよく、表面を平坦化する効果を有する膜であることが望ましい。また、窒化膜と有機膜とを積層した組み合わせにより信頼性、絶縁性、平坦性を向上させてよい。
【００４４】
また、蓄積容量線５０と第２の画素電極３２の間に形成される第３の保護絶縁膜４３は、ゲート線４８やデータ線４９の上層に形成される保護絶縁膜と異なる材料で構成してもよい。蓄積容量線５０と第２の画素電極３２の間に形成される第３の保護絶縁膜４３は、可視光に対して透明でかつ誘電率が大きく、厚膜化が可能で平坦化性を有する材料が望ましく、ゲート線４８やデータ線４９の上層に配置される保護絶縁膜は可視光に対して透明でかつ誘電率が低く、厚膜化が可能で平坦化性を有するものが望ましい。これにより、第２の画素電極３２に形成される容量結合Ｃｃを大きくすると同時に、データ線４９とゲート線４８の寄生容量を小さくすることができる。
【００４５】
次に、第２の基板２２について図２を用いて説明する。
【００４６】
図２に示すように、第２の基板２２は、ガラスから成る第２の透明基板２４上に、液晶層１２側の面にブラックマトリクス６１、及びレッド、グリーン、あるいはブルー等からなる着色層６２を形成したカラーフィルタである。第２の基板２２は第２の透明基板２４の液晶層１２側に、印刷法等によりレッド、グリーンあるいはブルーの着色層６２、及びブラックマトリクス６１を形成し、その上にＩＴＯをスパッタ成膜した後、フォトリソグラフィー技術によりＩＴＯを所望の形状にパターニングして共通電極３３を形成した。
【００４７】
実施形態７及び８で詳しく説明するが、高透過率領域２７として、第２の基板２２の着色層６２の第１の開口部２５へ、スルーホール（図２、図１９、２０、２１、及び図２２参照）を設けることができ、このスルーホールに対しては透明なレジストを配置して用いることができる。また、着色層６２の厚みを部分的に薄くして、光の透過効率を向上させても良い。着色層６２の厚みを部分的に薄くする手法では、作業工程を増やすことがなく、高透過率領域２７と着色領域２８の段差の大きさを低減することもできるため、表示品質を向上できる。
【００４８】
高透過率領域２７と着色領域２８の境界にブラックマトリクス６１を設けても良く、その場合、結合容量部の金属配線によって反射された光を遮光でき、画質劣化を低減できる。ブラックマトリクス６１は、第１の基板２１と第２の基板２２の重ね合わせずれマージンを見込む分だけ幅広に設けることが望ましい。
【００４９】
第２の基板２２の着色層６２の液晶層１２側には、オーバーコート６３を設けることができる。オーバーコート６３により高透過率領域２７と着色領域２８の着色層６２の段差を平坦化することができ、表示品質を向上させることができる。また、第２の基板２２の液晶層１２側には、柱状スペーサを形成してもよい。柱状スペーサを形成することにより、第１の基板２１と第２の基板２２との間のギャップを高精度に調整することができる。
【００５０】
さらに、図４の等価回路に従っていれば、各構成要素の平面形状は、図２の形状に限定されるものではない。
【００５１】
以下に製造方法について説明する。
【００５２】
上記のように処理した第１の基板２１及び第２の基板２２に、それぞれ配向剤（図示せず）を塗布し、ラビングする。次に、第１の基板２１上にシール材（図示せず）を線状に塗布すると共に、第２の基板２２上に球状スペーサー（図示せず）を散布し、両基板２１、２２を互いに貼り合わせ、加熱によりシール材を硬化させる。第２の基板２２上に柱状スペーサが形成されている場合は、球状スペーサを散布することなく、両基板２１、２２を張り合わせればよい。次に、シール材により第１の基板２１と第２の基板２２とが一体化された構造を、個々の液晶表示パネルの形状に切断した後に、ネマティック液晶を注入孔から注入した後、注入孔を光硬化樹脂で封止する。
【００５３】
次に、液晶表示パネルの両側に偏光板（図示せず）をその透過軸が互いに直交するように両面に貼り付け、周辺駆動回路（図示せず）を取り付けてモジュール化して、液晶表示素子を完成させる。偏光板は視野角補償のための位相差フィルムが一体化した偏光板であって良く、バックライト輝度の指向性を高めて正面輝度を向上可能なフィルム付きの偏光板であってもよい。なお、本実施形態では、液晶駆動にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ：ねじれネマティック）方式を適用しており、ノーマリホワイトの状態である。
【００５４】
以下の実施例で本実施形態の特徴をさらに説明する。
【００５５】
図５に本実施形態の液晶表示素子のドットで構成した画素を示す上面の概略図を示す。単位画素１３は、１画素（繰り返し単位）がレッドドット９２とグリーンドット９３とブルードット９４の（３×１）個のドットから構成される。３つのドット９２、９３、９４の着色層６２としてレッド、グリーン、ブルーの３色を適用し、着色領域２８として各色付領域６４、６５、６６を有する第２の開口部２６と、高透過率領域２７を有する第１の開口部２５とで開口部２９が構成されている。本実施例では、横１１１μｍ、縦１１１μｍの単位画素１３に対し、１ドット１４は横３７μｍ、縦１１１μｍの長方形で構成し、それぞれ均等な大きさに分割した。各色のドット１４は、ドット１４の長辺に垂直な方向へレッドドット９２⇒グリーンドット９３⇒ブルードット９４の順で周期的に配列している。
【００５６】
なお、便宜上、以下のようにＸＹ直交座標系を設定する。ドットが配列される方向において、レッドドット９２⇒グリーンドット９３⇒ブルードット９４に向かう方向を＋Ｘ方向とし、その反対方向を−Ｘ方向とする。＋Ｘ方向及び−Ｘ方向を総称してＸ軸方向という。また、各ドット１４のデータ線長手方向をＹ軸方向とする。
【００５７】
本実施例の液晶表示素子は、上述の通り、単位画素のサイズは横１１１μｍ×縦１１１μｍであり、表示画素数は、横４８０×縦６００のＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）である。着色領域２８と高透過率領域２７を合わせた開口率は５５．９％であり、着色領域２８と高透過率領域２７の面積比率は、各ドット１４について７：３の割合である。したがって、着色領域２８の開口率は３９．１３％であり、高透過率領域２７の開口率は１６．７７％である。
【００５８】
また、液晶容量Ｃｌｃ２の容量値は５０μＦ、蓄積容量Ｃｓｔ２の容量値は１００μＦ、結合容量Ｃｃの容量値は１５０μＦとし、液晶容量Ｃｌｃ１の容量値は１５μＦ、蓄積容量Ｃｓｔ１の容量値は７５μＦと構成した。したがって、数式１より（画素電極電圧比Ｖ１／Ｖ２）＝１／２となり、第２の画素電極３２には、第１の画素電極３１の電位に対して１／２倍の電圧が印加されることになる。
【００５９】
本実施例における液晶表示素子では、階調を調整（γ調整）する場合に白表示（２５５／２５５階調）を１Ｖに設定し、２Ｖ−５Ｖを中間階調へ設定した。
【００６０】
以上の構成で、各材料の物性値をもとに光の透過率をシミュレータにより計算した結果、液晶層１２での光の透過率は８１％、平行偏光板での光の透過率は４０％、着色層６２での光の透過率は３８％であり、着色領域６４、６５、６６での光の透過率は４．８６％、高透過率領域２７の光の透過率は５．４８％であった。このとき、本実施例の液晶表示素子の光の透過率はそれらの光の透過率の合計値である１０．３％となった。本実施例の材料を適用して、従来のように開口部に高透過率領域２７を設けず着色領域２８のみで第２の基板２２を構成した例を計算すると、白表示状態での液晶表示パネルの光の透過率は６．９４％である。本実施例においては、白表示状態での液晶表示パネルの光の透過率は１０．３％であり、高透過率領域２７を有さない場合に比べて液晶表示パネルの光の透過率が１．４８倍向上することができる。これにより、正面輝度、コントラストを大きくできるため、視認性に優れた液晶表示パネルを提供できる。また、液晶表示パネルの光の透過率を大きくできるため、バックライトの消費電力を小さくでき、モジュールを省電力化できる。
【００６１】
また、図６にシミュレータにより計算した液晶表示素子の電圧−透過率特性のグラフを示す。図６に示すように、横軸（Ｘ軸）に制御電極３４の電圧をとり、縦軸（Ｙ軸）に各領域２７、２８の光の透過率をプロットしてグラフ化すると、第１の開口部２５と第２の開口部２６とでは液晶分子へ印加される電圧が異なるため、電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）の光の透過率変化に関する閾値電圧が異なる。特に、本実施例では、数式２で示したように、第２の開口部２６の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ１が第１の開口部２５の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ２よりも相対的に小さくなるため、第２の開口部２６のＶ−Ｔ特性カーブは、第１の開口部２５のＶ−Ｔ特性カーブよりも＋Ｘ軸方向（高電圧側）へシフトすることがわかる。液晶表示パネルの光の透過率は、高透過率領域２７を有する第１の開口部２５と着色領域２８を有する第２の開口部２６とからの光の透過率の和になる。そのため、Ｖｔｈ１より小さい電圧では光の透過率を大きくすることができ、高輝度にできる。中間階調電圧においては、第１の開口部２５での光の透過率は小さくなる。しかし、Ｖｔｈ１よりもＶｔｈ２は高電位側にシフトしているため、第２の開口部２６においては光の透過率を保つことができる。したがって、着色領域２８を透過した光の輝度を大きく、高透過率領域２７を透過した光の輝度を小さくできるため、高透過率領域２７からの無色光による色味の低減を小さくすることができ、さらに、中間階調電圧を幅広く設定できることから、細かな色の違いも表現できる。中間階調電圧よりも高い電圧を印加すれば、第２の開口部２６からも光が透過しなくなるので、低輝度へ飽和、つまり黒を表示することができる。
【００６２】
第１の開口部２５と第２の開口部２６でのＶ−Ｔ特性が同じである場合、低電圧では光の透過率を本実施例と同等なレベルにすることができるが、Ｖｔｈ１とＶｔｈ２が同じ値であるため、中間階調電圧として設定できる範囲が小さく、電圧を上げるとすぐに低輝度、つまり黒表示になってしまう。また、中間階調を表示する際には、第１の開口領域２５の高透過率領域２７を透過した光の成分を分離できず、無色の光の成分が多く混ざるため、色味の変化や色度低下、画質劣化が生じる。一方、本実施例によれば、中間階調において、第１の開口部２５の高透過率領域２７から透過した光の寄与を低減できるため、中間階調で画質低下することのない高品質な表示素子を提供できる。
【００６３】
なお、本実施例においては、＋Ｘ方向へ順にレッドドット９２、グリーンドット９３、ブルードット９４の順序で配列しているが、この順序に限定されず、１つの画素１３がレッド、グリーン、ブルーの３色のドット９２、９３、９４で構成され、周期的に配列していれば順序は任意でよい。また、４色以上のドット１４で構成されていてもよく、この場合、さらに多くの色表現や階調を向上させることができる。
【００６４】
また、各ドット９２、９３、９４の高透過率領域２７はそれぞれ同じ面積で構成しているが、高透過率領域２７は、ドット９２、９３、９４毎に異なる面積で構成されても良く、好ましくは、（グリーンドット９３）＞（レッドドット９２）＞（ブルードット９４）の関係であることが望ましい。また、高透過率領域２７は、単位画素１３の少なくとも１つのドットに設けてあれば良く、レッドドット９２、ブルードット９４には高透過率領域２７を設けず、グリーンドット９３にのみ高透過率領域２７を設けてもよい。
【００６５】
以上より、高精細化した画素を有する液晶表示素子において、中間階調における表示劣化を低減しつつ、同時に、光の透過率を大きく向上させることができた。これにより、表面輝度が大きく視認性に優れた液晶表示装置を提供できる。
【００６６】
上記の実施形態、及び実施例の液晶表示素子は、さらに以下の特徴を持つ。
【００６７】
（結合容量比）＝｛（結合容量Ｃｃ）／（液晶容量Ｃｌｃ２）＋（蓄積容量Ｃｓｔ２）｝は１以上であることが望ましく、結合容量比が大きいほど、各領域２７、２８のＶ−Ｔ特性において飽和する電圧値（飽和電圧）の差が大きくなるため、第１の開口部２５と第２の開口部２６の中間輝度を分離しやすい。中間階調の電圧は、白表示の設定電圧Ｖｗから黒表示の設定電圧Ｖｂまでの間の電圧を、階調数に応じて各階調へ振り分けるため、中間輝度に対応する電圧Ｖｍは、Ｖｗ＜Ｖｍ＜Ｖｂの関係が成り立つ。そのため、図６に示した液晶表示素子の例では、中間輝度に対応する電圧は２．０Ｖから５．０Ｖ程度の間で任意に設定することが可能である。これにより、中間階調の表示において高透過率領域２７から透過した光成分の寄与をさらに低減できる。なお、本実施例においては、（結合容量比）＝４となっている。
【００６８】
図５に示すように、データ線４９、ゲート線４８、及びＴＦＴ３９を覆うようにブラックマトリクス６１を設けると、特に、外光の強い場所においては、液晶表示パネルの外部から入射する光を遮光できるため明所でのコントラストを向上し、視認性の良い液晶表示素子を提供できる。また、ブラックマトリクス６１は、共通容量線５０や第１の画素電極３１と第２の画素電極３２の境界領域を覆うように設けてもよく（図示せず）、これにより画素電極の境界領域に発生するディスクリネーションを隠すことができるため、光漏れを低減できコントラストを向上できる。
【００６９】
第３の保護絶縁膜４３を薄くすることにより、単位面積あたりの容量を大きくすることができるため、結合容量部の面積を低減でき開口を広くすることができる。
【００７０】
制御電極３４の下層に共通容量線５０を設けることにより、蓄積容量を大きくとることができ開口部２９を広くレイアウトすることが可能なため、液晶表示パネルの光の透過率を向上することができる。
【００７１】
また、データ線４９、ドレイン電極４５、及び制御電極３４を同時に形成でき、さらに、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２を同時に形成できるため省プロセス、及び低コスト化できる。
【００７２】
なお、第２の基板２２側へ各着色層６２を設ける形態を説明したが、ＣＯＴ（Ｃｏｌｏｒ  ｆｉｌｔｅｒ  Ｏｎ  ＴＦＴ）技術を用いて着色層６２を第１の基板２１側に設けても効果に変わりはない。
【００７３】
上記の説明はいずれもノーマリホワイトモードの例について述べたが、ノーマリブラックモードにも適用できる。ノーマリブラックモードに適用する場合は、第１の開口部２５を着色領域２８とし、第２の開口部２６を高透過率領域２７とすればよい。
【００７４】
また、Ｖ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧が小さい液晶材料を適用することが望ましい。Ｖ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧が小さい液晶剤を適用することにより、第１の開口部２５と、第２の開口部２６の飽和電圧値との差を大きく設定しやすく、低電圧駆動化、及び低消費電力化できる。
【００７５】
さらに、結合容量Ｃｃを形成する領域は第２の開口部２６へ設けることが望ましい。第２の開口部２６は着色層６２があるため、高透過率領域２７よりも光を吸収する。これにより容量結合領域部の金属表面で発生する外光反射を大きく低減できる。
【００７６】
また、高精細画素に対しては、高透過率領域２７として、着色層６２に図１に示すようなスリット状のスルーホールを設けることによって無着色領域を形成することは有効である。スリット状にスルーホールを形成した場合、スルーホールはゲート線の延びる方向へ沿った帯状のパターンであり、液晶表示パネルを上面から観察するとデータ線４９の延びる方向に沿った横ストライプ状の模様となる。このようなスルーホールは簡素な開口パターンであるため加工精度を向上でき、スルーホールの面積のバラつきを低減できる。
【００７７】
高透過率領域２７は、光を透過しやすく放熱効果が大きいため、液晶表示パネル内部の温度を低減できる。これによりバックライト光源から出射された光による着色層６２の劣化を低減でき、信頼性を向上させることができる。
【００７８】
本実施形態におけるＴＦＴ３９はトップゲート構造として示されているが、ゲートがソース、及びドレインよりも下部位置に配置されたボトムゲート構造でもよい。トップゲート構造では、断線不良などが起こりにくく、ボトムゲート構造では、各層を連続して堆積できるために膜の清浄度が高く、製造の安定性に優れているという特長を有している。またＴＦＴ３９は、フィン型でも良い。また半導体層もアモルファスシリコン、ポリシリコン、酸化物半導体、有機半導体でも良い。このうちポリシリコンを用いた場合は表示部の他にゲートドライバ、ソースドライバ、信号処理回路、電源回路などの周辺回路を同じ基板上に作り込める利点がある。またＴＦＴ３９の型はｎ型、ｐ型いずれでも良いが、電子移動度は正孔移動度よりも１桁以上大きいため、ｎ型のほうが好ましい。
【００７９】
次に、本実施形態の回路構成の変形例について説明する。図７に、図４に示した等価回路の他の等価回路図を示す。図４に示す回路構成と大きく異なるところは、第２の画素電極を完全なフローティングとならないように形成するようにした点である。すなわち、本実施形態の液晶表示素子は、図４で示した等価回路図のように、第２の画素電極３２に何らかの原因で電荷が蓄積される可能性があるフローティングの構成とせず、図７に示すように第２の画素電極３２と制御電極３４との間に、結合容量Ｃｃと並列して実質的に有限の抵抗値を有する第１の結合抵抗Ｒ１が接続されるようにする。例えば、第３の保護絶縁膜４３の代わりにアモルファスシリコン等の半導体膜を形成すればよい。そして、この半導体膜に適当な不純物イオンをドープすることにより所望の抵抗値を得ることができる。
【００８０】
また、図７の等価回路の構成と同様の効果を持つものとして、結合容量Ｃｃと並列に結合抵抗Ｒ１を接続するのではなく、蓄積容量Ｃｓｔ２と並列に有限の抵抗値を有する第２の結合抵抗Ｒ２を接続することも出来る。この場合は、共通容量線５０と第２の画素電極３２との間に、第３の保護絶縁膜４３の代わりに上述と同様にアモルファスシリコンまたは、ｐ−Ｓｉ等の半導体膜を形成し、ドープ処理すればよい。第２の画素電極３２に蓄積される電荷の影響により表示が焼きついたり、動画像を表示した時に液晶の応答時間を越えるような残像が生じたりすることを防ぐために、これらの結合容量Ｃｃあるいは蓄積容量Ｃｓｔ２に並列に接続される結合抵抗Ｒは、蓄積された電荷の放電がなされるような値に設定される。液晶表示素子の使用形態に応じて、１フレーム表示期間内で放電が完了するように設定することや、数秒から数分の動作休止により放電が完了するようにすることが可能である。これ以外の構成は、上述した構成と同様である。
【００８１】
図８に、さらに他の等価回路図を示す。
【００８２】
図８に示すように、第２の画素電極３２と共通容量線５０を接続するように第２のＴＦＴ１５を形成し、第２のＴＦＴ１５のゲートを前段のゲート線４８に接続することにより、前段のゲート線４８が選択された瞬間に共通容量線５０の電位を第２の画素電極３２に書き込むことにより、画素電極３２に蓄積された電荷を放電させることができるように構成したものである。
【００８３】
図７及び図８に示した等価回路は、後述の実施形態にも好適に適用できる。
【００８４】
［実施形態２］
本発明に係る液晶表示素子の第２の実施形態について説明する。
【００８５】
図９に、本発明に係る液晶表示素子の第２の実施形態のドットで構成した画素の上面の概略図、図１０に、図９のＢ−Ｂ’方向の断面の概略図、図１１に、図１０の第１の基板側のドットレイアウトを示す平面の概略図、図１２に、図９のＣ−Ｃ’方向の断面の概略図をそれぞれ示す。実施形態１と同一のものについては、説明を省略する。
【００８６】
図９に示すように、レッドドット９２、ブルードット９４、及びグリーンドット９３の３つのドットで単位画素１３を形成しているが、グリーンドット９３のみ第１の開口部２５と第２の開口部２６とで開口部２９を構成した。レッドドット９２とブルードット９４の開口部２９は１つの開口部のみで構成されている。
【００８７】
グリーンドット９３の第２の開口部２６にはグリーン色付領域６５を、第１の開口部２５には薄膜グリーン色付領域６７が設けている。レッドドット９２の開口部２９にはレッド色付領域６４、ブルードット９４の開口部２９にはブルー色付領域６６が設けられている。また、開口部以外の配線上にはブラックマトリクス６１が設けられている。
【００８８】
図１０及び図１１に示すように、ＴＦＴ３９のソース電極４６とＩＴＯ等の透明材料から成る第１の画素電極３１は第２コンタクトホール３８を介して接続される。第２の画素電極３２は、窒化シリコン膜等から成る第４の保護絶縁膜４４を介して一部分が第１の画素電極３１の上層に形成される。すなわち、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２が互いに積層する領域では第４の保護絶縁膜４４を介して結合容量Ｃｃが形成される。
【００８９】
また、第２の基板２２はカラーフィルタであり、第２の透明基板２４の液晶層１２側には、ブラックマトリクス６１、着色層６２、オーバーコート６３、共通電極３３が形成されており、第２の画素電極３２を含む第２の開口部２６には厚膜の着色層６２が設けられている。なお、第１の開口部２５においては、高透過率領域２７を完全な無着色領域とせずに、第１の透明基板２３の、第１の画素電極３１上でかつ、第２の画素電極３２が覆っていない部分に対応する第２の透明基板２４上に、第２の開口部２６の着色領域６２と比べて厚みが小さく、色純度の小さい着色層（薄い着色層）６８を設けた。第２の開口部２６に設けられた着色層６２と第１の開口部２５の高透過率領域２７に設けられた薄い着色層６８の光の透過率を比較すると、第２の開口部２６に設けられた着色層６２の方が小さくなっている。
【００９０】
なお、本実施形態の例では、着色層６２、及び高透過率領域２７の薄い着色層６８の色はグリーンである。
【００９１】
また、第１の開口部２５と第２の開口部２６の境界にはブラックマトリクス６１が形成されている。このブラックマトリクス６１は着色層６２と高透過率領域２７の薄い着色層６８の段差部に配置されており、第１の基板２１側の第１の画素電極３１と第２の画素電極３２の境界線と対向する位置に設けられている。
【００９２】
この液晶表示素子の構成が上述した第１の実施形態の構成と大きく異なるところは、第１の画素電極３１と制御電極３４が一体形成されており、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２が異層に形成される点である。
【００９３】
したがって、画素電極は、ＴＦＴ３９のソース電極４６と電気的に接続する第１の画素電極３１と、第１の画素電極３１との間に容量を形成する第２の画素電極３２とで構成されている。
【００９４】
また、グリーンドット９３のみに第１の開口部２５と第２の開口部２６を設けた構成なため、図１２からわかるように、レッドドット９２とブルードット９４は高透過率領域２７を有していない。
【００９５】
さらに、図９に示すように第１の開口部２５と第２の開口部２６の境界領域にブラックマトリクス６１を設けると、第１の画素電極３１と第２の画素電極３２の境界で発生するディスクリネーションを隠すことができるため、光漏れを低減でき効果的にコントラストを向上させることができる。
【００９６】
なお、本実施形態の説明では、図９に示すように、グリーンドット９３のみ、第１の開口部と第２の開口部を有する構成としたが、レッドドット９２及びブルードット９４も上述したグリーンドット９３と同様な構成としてもかまわない。
【００９７】
［実施形態３］
本発明に係る液晶表示素子の第３の実施形態について説明する。
【００９８】
図１３は本発明に係る液晶表示素子の第３の実施形態のドットの断面の概略図である。図１４は本発明に係る液晶表示素子の第３の実施形態の電圧−透過率特性を示すグラフである。なお、上述の実施形態と同一のものについては説明を省略する。
【００９９】
本実施形態の液晶表示素子は、横電界駆動方式の液晶表示パネルである。共通電極３３及び第１の画素電極３１はいずれも櫛歯形状をしており、各電極の櫛歯はいずれもゲート線（図示せず）と平行に延びている。さらに、共通電極３３と第１の画素電極３１の櫛歯は相互に噛み合うように、かつ、共通電極３３と第１の画素電極３１の櫛歯が相互に隔置されるように、配置されている。
【０１００】
共通電極３３と第１の画素電極３１に挟まれた領域をコラム、また、共通電極３３と第１の画素電極３１との対を電極対、電極の幅と電極間の幅の合計を電極ピッチと以下称する。
【０１０１】
第１の開口部２５における共通電極３３と画素電極３１との電極間隔８１は、第２の開口部２６における共通電極３３と第１の画素電極３１との電極間隔８２より大きく構成される。すなわち、第１の開口部２５と第２の開口部２６は画素ピッチが異なる構成である。
【０１０２】
共通電極３３及び第１の画素電極３１はＩＴＯで構成した。対向基板（第２の基板）２２には第２の透明基板２４にカラーフィルタとして機能するための着色層６２が設けられている。なお、ＣＯＴ技術を用いて着色層６２を第１の基板２３に設けても本発明の効果に変わりはない。
【０１０３】
またドット反転駆動を適用して動作させる場合、共通電極３３の電圧は基本的に一定であるため共通電極３３上の液晶は駆動されない。このためノーマリブラック方式を採用すれば、共通電極３３は遮光層の役割も果たすことになるため、ブラックマトリクス６１の領域の面積を低減できる。ただし、共通電極３３が金属であると強い外光に対する反射が無視できなくなるため、共通配線の反射率が低いことが重要である。
【０１０４】
第１の開口部２５、第２の開口部２６ともに横電界により液晶分子が駆動する。本実施形態の液晶表示素子においては、ゲート線４８（図３及び図９参照）を介して供給される走査用信号により選択され、かつ、データ線４９（図３及び図９参照）を介して供給されるデータ信号が書き込まれた画素において、共通電極３３と第１の画素電極３１との間で、第１の透明基板２３に平行な電界を生じさせ、この電界に従って液晶分子の配向方向を第１の透明基板２３と平行な平面内において回転させ、所定の表示が行われる。
【０１０５】
第１の開口部２５、第２の開口部２６ともに共通電極３３と第１の画素電極３１とはいずれも第３の保護絶縁膜４３上に形成されている。このように、共通電極３３と第１の画素電極３１とを同層上に形成することにより、共通電極３３と第１の画素電極３１とを同一工程において、かつ、同一材料で形成することができ、製造効率を向上させることができる。
【０１０６】
これ以外の構成は、上述した第１の実施形態または第２の実施形態と略同様である。
【０１０７】
本実施形態における作用を説明する。横電界駆動方式において、液晶分子が駆動する閾値電圧Ｖｃは以下の数式で表すことができる。
【０１０８】
【数３】
2010204536.tif 000005
【０１０９】
Ｌ：電極間隔、ｄ：セルギャップ、Ｋ22：弾性定数（ツイスト）、ε0：真空中の誘電率、Δε：誘電率異方性である。
【０１１０】
数式３から閾値電圧Ｖｃは電極間隔に比例することがわかる。したがって、第１の開口部２５の電極間隔８１は、第２の開口部２６の電極間隔８２より大きいため、第１の開口部の光の透過率特性に関する閾値電圧Ｖｔｈ１の方が、第２の開口部の光の透過率特性に関する閾値電圧Ｖｔｈ２よりも相対的に大きくなる。
【０１１１】
本実施形態における液晶表示素子の一例では、第１の開口部２５の開口率は２８％、第２の開口部２６の開口率は１２％で、着色層６２の光の透過率は４０％、平行偏光板の光の透過率は４４％であった。
【０１１２】
図１４は本実施形態の液晶表示素子の電圧−透過率特性を示すグラフである。本実施形態における液晶表示素子では、階調を調整（γ調整）する場合に白表示（２５５／２５５階調）を液晶表示パネルの光の透過率のピークである４．５Ｖに設定し、０．５Ｖ−４Ｖを中間階調へ設定した。これにより、白表示時には、高透過率領域２７を透過した光を効率的に利用し、液晶表示パネルの正面輝度を向上できる。また、中間階調を表示する場合においては、高透過率領域２７を透過した光が小さい電圧値を適用し、着色層６２を透過した光を効率的に利用できるため、色味の変化や色度低下を最小限に抑えて表示することができる。
【０１１３】
まず、白表示状態の光の透過率について説明する。高透過率領域２７を設けず着色領域２８のみでカラーフィルタを構成した例を計算すると、白表示状態の液晶表示パネルの光の透過率は５．６％である。一方、本実施形態においては、白表示状態の液晶表示パネルの光の透過率は７．８％であり、着色領域２８のみの場合に比べて液晶表示パネルの光の透過率を１．３９倍向上させることができる。つまり、高透過率領域２７により光が効率良く液晶表示パネルを透過するため、白表示状態での液晶表示パネルの光の透過率を大きく向上させることができる。これにより、正面輝度、コントラストを大きくできるため、視認性に優れた液晶表示パネルを提供できる。また、光液晶表示パネルの光の透過率を大きくできるため、バックライトの消費電力を小さくでき、モジュールを低消費電力化できる。
【０１１４】
本実施例では、上述したように、第１の開口部２５の光の透過率特性に関する閾値電圧Ｖｔｈ１の方が第２の開口部２６の光の透過率特性に関する閾値電圧Ｖｔｈ２よりも相対的に大きくなるため、第１の開口部２５のＶ−Ｔ特性カーブは、第２の開口部２６のＶ−Ｔ特性カーブよりも＋Ｘ軸方向（高電圧側）へシフトすることがわかる。液晶表示パネルの光の透過率は、高透過率領域２７を有する第１の開口部２５と着色領域２８を有する第２の開口部２６とからの光の透過率の和になる。そのため、第１の開口部２５の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい電圧では光の透過率を大きくすることができ、高輝度にできる。中間階調電圧においては、第１の開口部２５での光の透過率は小さくなる。しかし、第２の開口部２６の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ２が第１の開口部の光の透過率変化に関する閾値電圧Ｖｔｈ１より低電圧側にシフトしているため、第２の開口部２６においては光の透過率を保つことができる。したがって、着色領域２８を透過した光の輝度を大きく、高透過率領域２７を透過した光の輝度を小さくできるため、高透過率領域２７からの無色光による色味の低減を小さくすることができ、さらに、中間階調電圧を幅広く設定できることから、細かな色の違いも表現できる。中間階調電圧よりも低い電圧を印加すれば、第２の開口部２６からも光が透過しなくなるので、低輝度へ飽和、つまり黒を表示することができる。
【０１１５】
次に、中間階調表示の画質について説明する。従来の第１の開口部２５と第２の開口部２６でのＶ−Ｔ特性が同じである場合、中間階調を表示する際に高透過率領域２７を透過した光の成分を分離できず、無色の光の成分が多く混ざるため、色味の変化や色度低下、画質劣化が生じる。一方、本実施形態によれば、中間階調において高透過率領域２７から透過した光の寄与を低減できるため、中間階調で画質低下することのない高品質な表示素子を提供できる。
【０１１６】
また、本実施形態の液晶表示素子はノーマリブラックであり、黒表示は従来の液晶表示パネルと同等の品質であるため、液晶表示パネルの光の透過率の向上によってコントラストも向上できる。
【０１１７】
したがって、本実施形態における液晶表示素子は、中間階調における表示劣化を低減しつつ、同時に、白表示状態の光の透過率を大きく向上した。これにより、表面輝度が大きく視認性に優れた液晶表示素子を提供できる。
【０１１８】
コラム数（櫛歯電極の数）、電極ピッチは本実施形態に限ることなく、画素サイズに応じて適宜、設定すればよい。また、電極材料は金属で形成してもよく、特に高精細かつ高精度にパターニング加工できるものが望ましい。高精度にパターニングすることによって同層の電極間でのショートを防ぎ、歩留りを向上できる。
【０１１９】
共通電極３３の端部はデータ線４９の端部より第１の画素電極３１に近くし、第２の基板２２側から見たときにデータ線４９を完全に覆うようにすることで、データ線４９から発生する電界を第１の画素電極３１に対して遮蔽している。このため表示電圧が他画素の表示電圧によって乱される縦クロストークを防ぐことができる。
【０１２０】
共通電極３３は、低抵抗の金属で形成してもよく、ＩＴＯの一部に金属を積層させて低抵抗化してもよい。共通電極３３を低抵抗化することにより共通電位の遅延を低減し、信号ノイズを低減できるため、横クロストークの発生を抑制できる。抵抗値は画面のサイズに応じて適宜設定することが望ましい。
【０１２１】
縦クロストーク及び横クロストークの発生が抑制されることに伴い、データ線４９及びゲート線４８からの漏れ電界に起因して発生する表示不良を防止するためのブラックマトリクス６１を設ける必要がなくなる。従って、ブラックマトリクス６１はコントラストの改善のためにのみ形成すればよいこととなり、ブラックマトリクス６１の幅を短縮または削除することが可能である。ブラックマトリクス６１の幅を短縮または削除することに伴い、液晶表示素子の開口率を大きくすることができる。また、第１の基板２１と第２の基板２２の重ねずれに対してのマージンを大きくでき、歩留りを向上できる。
【０１２２】
また、共通電極３３は、コンタクトホールを介して共通容量線５０へ電気的に接続してもよい。共通容量線５０へ接続することにより、低抵抗化され、共通電位（ＣＯＭ電位）の遅延を低減できる。これにより、フリッカやノイズを低減した表示品質に優れた液晶表示素子を提供できる。
【０１２３】
［実施形態４］
本発明に係る液晶表示素子の第４の実施形態について説明する。
【０１２４】
図１５は本発明に係る液晶表示素子の第４の実施形態を示す第１の基板２３側のドットレイアウトの平面の概略図であり、図１６は図１５のＤ−Ｄ’方向の断面の概略図である。なお、図１６には第１の基板２３だけでなく、対向基板（第２の基板）２４も記載している。本発明の第５の実施形態は、フリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）方式を適用した液晶表示素子である。また、上述の実施形態と同一のものについては説明を省略する。
【０１２５】
図１６に示すように、第１の開口部２５、第２の開口部２６において第１の画素電極３１と共通電極３３とが第４の保護絶縁膜４４を介して配置されている。第１の開口部２５では、画素電極３１と共通電極３３とは保護絶縁膜を介して互いに対向せず、画素電極３１は隣り合う共通電極３３の間に配置されている。また、第２の開口部２６では、画素電極３１は第２の開口部２６の全面を覆うように配置されており、第１の画素電極３１の上には第４の保護絶縁膜４４を介して共通電極３３が配線されている。
【０１２６】
図１５及び図１６に示すように、第１の画素電極３１はＴＦＴ３９のソース電極４６と電気的に接続しており、また、第４の保護絶縁膜４４上では、共通電極３３が隣接したドットと電気的に接続しており、格子状のネットワークを形成している。
【０１２７】
これ以外の構成は、上述した第３の実施形態と略同様である。
【０１２８】
第１の開口部２５では、電極間隔が大きいため、液晶１２へ印加される電界は小さく、液晶を駆動するための閾値電圧が大きくなる。一方、第２の開口部２６では、第４の保護絶縁膜４４のみを介して電界を印加するため、効率良く液晶へ電界印加でき、液晶駆動電圧の閾値が小さい。
【０１２９】
したがって、ノーマリブラック方式であれば、第３の実施形態と同様に、本実施形態における液晶表示素子は、中間階調における表示劣化を低減しつつ、同時に、白表示状態での光の透過率を大きく向上させることができる。これにより、表面輝度が大きく視認性に優れた液晶表示素子を提供できる。
【０１３０】
［実施形態５］
本発明に係る液晶表示素子の第５の実施形態について説明する。
【０１３１】
図１７は本発明に係る液晶表示素子の第５の実施形態を示すドットの断面の概略図、図１８は本発明に係る液晶表示素子の第５の実施形態の等価回路を示す図である。なお、上述の実施形態と同一のものについては説明を省略する。
【０１３２】
本実施形態は、ＴＮ方式の液晶表示素子である。図１７に示すように、第２の基板２２には、ブラックマトリクス６１、共通電極３３、着色層６２及び平坦化効果のあるオーバーコート６３が積層して設けられている。着色層６２は、共通電極３３よりも液晶層１２側に設けられている。また第１の開口部２５には高透過率領域２７が設けられ、第２の開口部２６には着色層６２により着色領域２８が設けられている。
【０１３３】
第１の基板２１においては、スイッチング素子であるＴＦＴ３９を介して第１の画素電極３１が電気的に接続されている。第１の画素電極３１は、第１の開口部２５、及び第２の開口部２６にまたがって形成されており、共通の画素電極となっている。本実施形態において、第１の開口部２５、及び第２の開口部２６の画素電極３１は同層に形成されているため一体形成することが可能である。
【０１３４】
これ以外は、上述した第１の実施形態、及び第２の実施形態と略同様である。
【０１３５】
着色層６２の材料は誘電率を有する誘電体であるため、共通電極３３に付加容量を与える。第１の開口部２５では着色層６２がないため、第１の開口部２５に対応する共通電極３３の付加容量Ｃ１ｃｆと、第２の開口部に対応する共通電極３３の付加容量Ｃ２ｃｆの関係は以下のようになる。
【０１３６】
（第１の開口部２５の共通電極３３付加容量Ｃ１ｃｆ）＜（第２の開口部２６の共通電極３３付加容量Ｃ２ｃｆ）。
【０１３７】
したがって、第２の開口部２６における付加容量の方が大きいため、第２の開口部２６では第１の開口部２５よりもＶ−Ｔ特性の光の透過率変化に関する閾値電圧が大きくなる。これにより、第１の開口部と第２の開口部ではＶ−Ｔ特性に差が生じるため、第１の実施形態と同様の効果（図６参照）を得ることができる。
【０１３８】
本実施形態によれば、第１の基板２１側の画素電極を増やすことなく第１の実施形態と同様の効果を得ることができるため、工程歩留りを向上でき、低コスト化が可能である。また、高透過率領域２７としてスルーホールを形成するだけでよく、省プロセス化できる。さらに、結合容量を付加するための領域をドット内に個別に設ける必要がないため、高開口率にレイアウトしやすく、高い光の透過率を得ることができる。
【０１３９】
また、第２の基板２２の液晶層１２側に平坦化膜を設けてもよい。本実施形態では、着色層６２の誘電率を効果的に利用するため、平坦化膜の誘電率は、着色層６２の誘電率よりも小さいことが望ましい。
【０１４０】
［実施形態６］
本発明に係る液晶表示素子の第６の実施形態について説明する。
【０１４１】
図１９は本発明に係る液晶表示素子の第６の実施形態のドットの上面図である。図２０は、図１９のＡ−Ａ’方向の断面の概略図である。上述の実施形態と同一のものについては説明を省略する。
【０１４２】
図１９及び図２０に示すように、第１の開口部２５には高透過率領域２７として、面積が小さいスルーホールが、第１の開口部２５の領域内に分散して複数配置されている。
【０１４３】
これ以外は、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と略同様である。
【０１４４】
上述の他の実施形態のように、スルーホールをゲート線の延びる方向へ沿ったスリット状にした場合、液晶表示パネルを上面から観察するとデータ線４９の延びる方向に沿った横ストライプ状の模様となる。そのため、スルーホールを透過した光が縦縞模様として観察されて表示品質が低下する。しかし、本実施形態によれば、スルーホールを透過した光は、分散配置された微小スルーホールによって分散されて出射されるため縦縞模様を視認し難くし、画質を向上できる。第１の開口部２５の領域内に複数設けられた小面積の微小スルーホールのパターンは任意の形状でよく、第１の開口部２５の領域内でムラ無く均等に分散して配置されていれば良い。スルーホールのサイズや数は液晶表示パネルの画素サイズに応じて適宜、調整するのが望ましい。
【０１４５】
［実施形態７］
本発明に係る液晶表示素子の第７の実施形態について説明する。
【０１４６】
図２１は本発明に係る液晶表示素子の第７の実施形態のドットの概略構成図である。図２２は、図２１のＡ−Ａ’方向の断面の概略図である。上述の実施形態と同一のものについては説明を省略する。
【０１４７】
図２１及び図２２に示すように第１の開口部２５に設けられた高透過率領域２７は、半径ｒの円形のスルーホールとして形成されている。この円形のスルーホールは、特定の面積を有するように決まっているわけではないので、半径ｒの大きさを適宜調整することで、円形のスルーホールの面積を変化させてよく、また、バックライトの輝度分布に応じて複数の円形のスルーホールを第１の開口部２５内に分布させてもよい。
【０１４８】
これ以外は、上述した第１の実施形態、及び第２の実施形態と略同様である。
【０１４９】
前述のように第１の開口部２５に形成したスルーホールは、着色領域２８と比べてバックライト光源の光透過効率が非常に大きいため、透過光のムラが顕著に現れる。この透過光のムラは、特に、白表示時に強調され、バックライト光源の輝度ムラを視認されやすく、表示品質が低下する。
【０１５０】
特に、白色発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を導光板の側部に取り付けたサイド入射式（エッジライト方式）のバックライトでは、白色ＬＥＤ近傍の輝度ムラが発生しやすい。そのため、バックライト光源の白色ＬＥＤ近傍のスルーホールの面積は小さく、白色ＬＥＤから遠いバックライト光源の中央部分（両側入射の場合）もしくはバックライト光源の白色ＬＥＤと反対側のサイド（片側入射の場合）ではスルーホールの面積を大きく設定することにより、バックライト光源のムラを低減でき、表示品質に優れた液晶表示素子を提供することができる。
【０１５１】
また、図１９に示した第１の開口部２５に複数の微小スルーホールを設ける場合についても、バックライト光源の輝度ムラに応じて、微小スルーホールの個数もしくはサイズを液晶表示パネル内で分布をさせることにより、同様に輝度ムラを低減することができる。例えば、サイド入射式のバックライトではＬＥＤの配置によって生じる輝度分布（輝度ムラ）が発生するが、１ドット内に配置されるスルーホールの個数や面積を調整し、上述のバックライトの輝度分布に応じて画素毎に最適化が可能である。ＬＥＤ近傍の領域ではスルーホール密度を小さく、ＬＥＤから遠い部分ではスルーホールの密度を大きくすることで、ＬＥＤ（バックライト）側では光が液晶表示パネルから透過しにくく、ＬＥＤから遠い部分では光が液晶表示パネルから透過しやすくなる。そのため、液晶表示パネルの表面から出射される輝度の分布を均一化することができる。なお、バックライトに搭載されるＬＥＤは白色ＬＥＤに限らず、レッド色、グリーン色、及びブルー色のＬＥＤを組み合わせたバックライトであっても良い。
【０１５２】
スルーホールの形状は特定の形に制限されず、各画素のスルーホールの面積が、液晶表示パネルの面内において、光源の輝度のムラに応じた面分布をもっていれば良い。また、様々な形状を組み合わせて構成されていても良く、画素レイアウトに応じて設定すればよい。これにより、画素が正方形以外の特殊な画素形状である場合であってもスルーホールを効率よく配置でき、開口率を向上することができる。
【０１５３】
［実施形態８］
本発明に係る液晶表示素子を使用した液晶表示装置の一例として、プロジェクタ装置について説明する。
【０１５４】
図２３に、本発明に係る液晶表示素子を使用した表示装置の一例である、プロジェクタ装置の概略構成図を示す。本発明に係るプロジェクタ装置は、上述の第１の実施形態から第７の実施形態のいずれかの液晶表示素子を適用したプロジェクタ装置である。
【０１５５】
図２３に示すように、本発明に係るプロジェクタ装置７４は、光源７０と、凹凸レンズ７１と、フレネルレンズ７２と、液晶表示素子１１と、投射レンズ７３とから構成される単板式のプロジェクタ装置である。
【０１５６】
光源７０には、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、及び超高圧水銀ランプ（ＵＨＥランプ）が用いられる。また、ＬＥＤを適用してもよい。
【０１５７】
光源７０から出射された光は、凹凸レンズ７１、フレネルレンズ７２により集光されて液晶表示素子１１へ入射される。このとき液晶表示素子１１は、光が液晶表示素子１１の第２の基板２２側から入射するように配置している。プロジェクタ光源７０からの出射された光の輝度は非常に強力であり、光源７０から出射された光が直接ＴＦＴ３９へ照射された場合、光リークが発生しやすい。本実施形態に適用する液晶表示素子１１において、ＴＦＴ３９はブラックマトリクス６１で覆われているため、第２の基板２２側から入射することによりブラックマトリクス６１で完全に遮光でき、ＴＦＴ３９の光リークを低減することができる。
【０１５８】
液晶表示素子１１を透過した光は、フレネルレンズ７２、投射レンズ７３により光学調整されてプロジェクタ装置７４から出射される。プロジェクタ装置７４から出射された光は、スクリーンに投影して映像を表示することができる。
【０１５９】
ブラックマトリクス６１は光を反射する材料であることが望ましい。上記のように第２の基板２２側から入射される光は、ブラックマトリクス６１で吸収され、液晶表示パネル内部の温度が上がってしまうため液晶剤や着色材が劣化する。ブラックマトリクス６１に反射材料を用いることにより熱の発生を低減でき信頼性を向上できる。また、ブラックマトリクス６１と光源７０の間に、ハーフミラーシートを設けて熱吸収を低減しても良い。また、ハーフミラーシートは偏光素子と一体となって構成され、液晶表示素子１１の表面に配置しても良い。
【０１６０】
上述した実施形態に記載した光の透過効率の高い液晶表示素子１１を適用することにより、正面輝度、及びコントラストに優れたプロジェクタ装置７４を提供することができる。また、光源の輝度を抑えることができるため、低消費電力化しやすく小型プロジェクタ装置に好適である。スルーホールを設けた高透過率領域２７では、着色領域２８と比べて光の吸収が小さいため熱の発生を低減できる。これにより、液晶表示パネル内の温度上昇を低減できるため、色層劣化による色度低下を抑制し、信頼性を向上できる。
【０１６１】
本発明におけるプロジェクタ表示装置７４の光学系は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明に記載の液晶表示素子１１を適用すれば、その他の光学系を用いても好適に適用できる。
【０１６２】
特に、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の点発光型の光源７０を用いる場合には、第６の実施形態に記載した液晶表示素子１１のように、複数のスルーホールを分散させて用いることが好ましい。上述のような点発光型の光源は、光が中心から放射状に発散して出射されるため液晶表示パネルの平面に入射する際の面内輝度分布が大きく、特にプロジェクタ装置の表示画像は投影レンズにより拡大して投影されるため、液晶表示パネルからの出射光の輝度ムラが大きく強調されやすい。したがって、バックライト光源の輝度分布に応じてスルーホールを形成した液晶表示素子１１を組み合わせて、表示品質を大きく向上させたプロジェクタ装置を提供できる。
【０１６３】
また、液晶駆動方式の例としては、横電界方式ではインプレイン・スイッチング（ＩＰＳ）方式、フリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）方式、アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング（ＡＦＦＳ）方式等が挙げられる。また、垂直配向方式ではマルチドメイン化され視野角依存性が低減されたマルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント（ＭＶＡ）方式、パターンド・ヴァーティカル・アライメント（ＰＶＡ）方式、アドヴァンスト・スーパー・ヴイ（ＡＳＶ）方式等が挙げられる。更に、オプティカリー・コンペンセイティド・ベンド（ＯＣＢ）方式、フィルム補償ＴＮ方式の液晶表示パネルも好適に使用することができる。
【０１６４】
本発明の液晶表示素子は、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ及びビデオプレーヤ等の携帯端末装置の表示素子や、またはノートパソコン、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の端末装置の表示素子、またはプロジェクタや投影機などに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１１    液晶表示素子
１２    液晶層
１３    単位画素
１４    ドット
１５    第２のＴＦＴ
２１    第１の基板
２２    第２の基板
２３    第１の透明基板
２４    第２の透明基板
２５    第１の開口部
２６    第２の開口部
２７    光の透過率の高い領域（高透過率領域）
２８    着色領域
２９    開口部
３１    第１の画素電極
３２    第２の画素電極
３３    共通電極
３４    制御電極
３５    蓄積容量電極
３７    第1コンタクトホール
３８    第２コンタクトホール
３９    ＴＦＴ（スイッチング素子）
４０    活性層、半導体層
４１    保護絶縁膜（第１の保護絶縁膜）
４２    保護絶縁膜（第２の保護絶縁膜）
４３    保護絶縁膜（第３の保護絶縁膜）
４４    保護絶縁膜（第４の保護絶縁膜）
４５    ドレイン電極
４６    ソース電極
４７    ゲート電極
４８    ゲート線
４９    データ線
５０    共通容量線
６１    ブラックマトリクス
６２    着色層
６３    オーバーコート、平坦化膜
６４    レッド色付領域
６５    グリーン色付領域
６６    ブルー色付領域
６７    薄膜グリーン色付領域
６８    薄い着色層
７０    光源
７１    凹凸レンズ
７２    フレネルレンズ
７３    投影レンズ
７４    液晶プロジェクタ
８１    第１の開口部の電極間隔
８２    第２の開口部の電極間隔
９２    レッド色ドット
９３    グリーン色ドット
９４    ブルー色ドット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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