(57)【要約】【課題】半透過型液晶表示装置の表示性能を向上させる。【解決手段】液晶表示装置５０は、対向配置された基板２１、２２と、基板２１、２２間に挟まれ、無電界時に垂直配向（ＶＡ）となる液晶層２３と、反射領域及び透過領域を有し、反射領域及び透過領域のセルギャップが同じである画素１２と、基板２１の画素領域に設けられた画素電極２６と、基板２２に設けられた共通電極３１と、基板２１かつ反射領域に設けられた反射膜２５とを含む。反射膜２５の面積は、画素電極２６の面積の３０％以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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の基板間に挟まれ、無電界時に垂直配向（ＶＡ）となる液晶層と、
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の基板の画素領域に設けられた画素電極と、
前記第２の基板に設けられた共通電極と、
前記第１の基板かつ前記反射領域に設けられた反射膜と、
を具備し、
前記反射膜の面積は、前記画素電極の面積の３０％以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記画素電極に駆動電圧を印加する駆動回路をさらに具備し、
前記駆動電圧は、前記透過領域の階調表示に合わせて設定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。
【請求項３】
前記第１の基板に設けられ、前記画素電極に駆動電圧を転送するトランジスタをさらに具備し、
前記反射膜は、前記トランジスタを覆うように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記対向配置された第１及び第２の基板を挟むように設けられた第１及び第２の偏光板と、
前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に設けられ、光を拡散する拡散層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記対向配置された第１及び第２の基板を挟むように設けられた第１及び第２の偏光板と、
前記第１の偏光板の前記第１の基板と反対側に設けられた反射偏光板と、
前記第１の偏光板と前記反射偏光板との間に設けられ、光を拡散する拡散層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に設けられた第１の位相差板と、
前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に設けられた第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４又は５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、反射領域による反射表示と透過領域による透過表示とを組み合わせている。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）。
【０００３】
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、コントラストの低下を防ぐために、その段差部分を遮光した場合は、有効開口率が低下してしまうという問題がある。
【０００４】
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等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ために、反射領域を一部分に集めて配置する等、反射領域の配置にも制約がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６２８５２号公報
【特許文献２】特開２００３−２７０６２７号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４１３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、反射表示と透過表示とを両立させつつ、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の基板間に挟まれ、無電界時に垂直配向（ＶＡ）となる液晶層と、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の基板の画素領域に設けられた画素電極と、前記第２の基板に設けられた共通電極と、前記第１の基板かつ前記反射領域に設けられた反射膜とを具備する。前記反射膜の面積は、前記画素電極の面積の３０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射表示と透過表示とを両立させつつ、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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る液晶表示パネルの断面図。
【図２】液晶表示パネルのレイアウト図。
【図３】図２に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶表示パネルの断面図。
【図４】図２に示したＢ−Ｂ´線に沿った液晶表示パネルの断面図。
【図５】液晶表示装置のブロック図。
【図６】画素アレイの回路図。
【図７】図５に示した信号ドライバの一例を示すブロック図。
【図８】液晶表示パネルの反射表示と透過表示とのＶＴ曲線を示すグラフ。
【図９】液晶表示パネルの偏光を説明する概略図。
【図１０】反射面積比と白の色度変化との関係を示すグラフ。
【図１１】図１０の白の色度変化をプロットした部分を拡大した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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等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、配置等によって、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。
【００１１】
［１．液晶表示パネル１０の構成］
図１は、本実施形態に係る液晶表示パネル１０の断面図である。本実施形態の液晶表示パネル１０は、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領域と、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領域とを１画素内に有する半透過型液晶表示パネルである。
【００１２】
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）１１が対向配置されている。このバックライト１１は、例えば、サイドライト型（エッジライト型）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１１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端面から入射するように構成されており、導光板の一方の板面から画素アレイへ向けて光が出射される。例えば、バックライト１１は、反射シート、導光板、拡散シート、及びプリズムシートが積層されて構成されている。
【００１３】
液晶表示パネル１０は、スイッチング素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor）、及び画素電極等が形成されるＴＦＴ基板２１と、カラーフィルタ及び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、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板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。
【００１４】
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が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の液晶表示パネル１０は、垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）型液晶を用いたＶＡモードが用いられる。すなわち、液晶層２３としてネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、無電圧（無電界）時には基板面に対してほぼ垂直に配向させる。ＶＡモードの液晶分子配列は、無電圧時に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が垂直に配向し、電圧印加（電界印加）時に液晶分子のダイレクタが水平方向に向かって傾く。なお、液晶モードはホモジニアスモードでも良いが、コントラストを向上させる観点からは、ＶＡモードの方が最適である。
【００１５】
ＴＦＴ基板２１には、画素１２ごとに、ＴＦＴ２４、反射膜２５、及び画素電極２６が設けられる。また、ＴＦＴ基板２１には、ＴＦＴ２４、反射膜２５、及び画素電極２６を覆うように配向膜２７が設けられる。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。
【００１６】
画素１２は、反射領域１２Ｒ及び透過領域１２Ｔを有する。反射領域１２Ｒは、画素１２のうち反射膜２５が設けられた領域に対応し、透過領域１２Ｔは、画素１２のうち反射膜２５が設けられていない領域に対応する。画素１２の面積は、画素電極２６の面積に対応する。本実施形態では、反射領域１２Ｒ及び透過領域１２Ｔの液晶層２３の厚さ（セルギャップ）を同じにしている（フラットギャップ）。セルギャップは、液晶層２３内に例えば柱状のスペーサ２８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。
【００１７】
画素（表示部分）のうち反射領域の占める面積比を反射面積比と呼ぶ。  
反射面積比＝反射領域面積／画素面積（＝反射膜面積／画素電極面積）
画素面積＝反射領域面積＋透過領域面積
本実施形態では、反射面積比は、０％より大きく３０％以下に設定される。すなわち、反射膜２５の面積は、画素面積（画素電極２６の面積）の０％より大きく３０％以下に設定される。反射面積比の詳細については後述する。
【００１８】
ＴＦＴ２４は、ＴＦＴ基板２１の液晶層２３側に形成され、画素１２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パネル１０は、アクティブマトリクス型の駆動方式を用いている。
【００１９】
反射膜２５は、液晶表示パネル１０の表示画面から入射する外光を反射する機能を有する。反射膜２５は、透過表示として利用できないＴＦＴ２４の上方に配置される。これにより、透過領域１２Ｔの開口率（透過領域１２Ｔの面積）を低下させることなく反射表示及び透過表示が可能になる。反射膜２５は、例えば、蓄積容量（Ｃｓ）が形成されるレイヤー、または画素電極が形成されるレイヤーに配置される。
【００２０】
画素電極２６は、画素１２ごとに設けられ、画素１２全面に形成されている。画素電極２６は、液晶層２３に電圧を印加するためのものであり、ＴＦＴ２４の電流経路の一端に電気的に接続される。画素電極２６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２７は、液晶分子の配向を制御する。
【００２１】
ＣＦ基板２２には、カラーフィルタ３０、共通電極３１、配向膜３２、及び突起３３が設けられる。カラーフィルタ３０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３０−Ｒ、３０−Ｇ、３０−Ｂから構成される。カラーフィルタ３０−Ｒ、３０−Ｇ、３０−Ｂは、画素電極２６に対向する位置に配置され、サブ画素を構成する。カラーフィルタ３０−Ｒ、３０−Ｇ、３０−Ｂの間には、混色を防ぐための遮光膜（ブラックマトリクス）３０−ＢＫが形成されている。
【００２２】
共通電極３１は、カラーフィルタ３０の液晶層２３側に設けられ、全ての画素電極２６を覆うサイズを有している。共通電極３１は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる。配向膜３２は、配向膜２７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２７及び３１は、画素電極２６と共通電極３１との間に電位差がほぼ無い状態、つまり、画素電極２６と共通電極３１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。
【００２３】
突起３３は、所定の位置に複数個設けられ、例えば円錐形を有している。突起３３は、液晶分子が傾く方向を制御する。この複数の突起３３により、液晶層２３は、液晶分子が傾く方向が異なる複数の領域から構成され、液晶表示パネル１０は、いわゆるマルチドメイン方式が適用される。マルチドメイン方式を用いることで、視野角依存性を改善することができる。
【００２４】
ＴＦＴ基板２１のバックライト１１側には、位相差板３４、偏光板３５、拡散粘着材（拡散シート）３６、及び反射偏光板（輝度向上フィルム）３７が設けられる。ＣＦ基板２２の表示面側には、位相差板３８、拡散粘着材（拡散シート）３９、及び偏光板４０が設けられる。拡散粘着材３６、３９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３９は、ＣＦ基板２２及び位相差板３８間に配置しても良い。
【００２５】
偏光板３５、４０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３５、４０は、面内において吸収軸及び透過軸がそれぞれ直交するように配置される。
【００２６】
位相差板３４、３８は、屈折率異方性を有しており、面内において遅相軸及び進相軸がそれぞれ直交するように配置される。位相差板３４、３８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３４、３８は、λ／４板から構成される。位相差板３４、３８の遅相軸はそれぞれ、偏光板３５、４０の透過軸に対して４５°に設定される。
【００２７】
反射偏光板３７は、リサイクル効果により光の利用効率を高め、自身を透過する光の輝度を向上させる機能を有するフィルム（例えば、住友３Ｍ（株）製のＤＢＥＦ）である。反射偏光板３７は、面内において反射軸及び透過軸がそれぞれ直交するように配置され、透過軸は偏光板３５の透過軸と平行になるように設定される。
【００２８】
［２．液晶表示パネル１０の具体例］
次に、液晶表示パネル１０のより具体的な構成例について説明する。図２は、液晶表示パネル１０のレイアウト図である。図２のレイアウト図は、ＴＦＴ基板２１の構成を主として示している。図３は、図２に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶表示パネル１０の断面図である。図４は、図２に示したＢ−Ｂ´線に沿った液晶表示パネル１０の断面図である。
【００２９】
ＴＦＴ基板２１上には、Ｘ方向に延在する走査線ＧＬが設けられる。走査線ＧＬは、ＴＦＴ２４のゲート電極として機能する。ＴＦＴ基板２１上には、ゲート電極ＧＬを覆うように絶縁膜４１が設けられる。ゲート電極ＧＬ上の絶縁膜４１は、ＴＦＴ２４のゲート絶縁膜として機能する。
【００３０】
ゲート電極ＧＬの上方かつ絶縁膜４１上には、半導体層４２が設けられる。この半導体層４２は、例えば、アモルファスシリコン、又は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４１上には、ソース電極４３及びドレイン電極４４が設けられる。ソース電極４３及びドレイン電極４４は、半導体層４２に部分的に接触している。ＴＦＴ２４は、ゲート電極ＧＬ、ゲート絶縁膜４１、ソース電極４３及びドレイン電極４４から構成される。
【００３１】
また、絶縁膜４１上には、Ｙ方向に延在する信号線ＳＬが設けられる。信号線ＳＬは、ソース電極４３に電気的に接続される。信号線ＳＬは、ブラックマトリクス３０−ＢＫの下方に配置される。
【００３２】
ＴＦＴ２４及び信号線ＳＬ上には、絶縁膜４５が設けられる。絶縁膜４５上には、ＴＦＴ２４を覆うようにして反射膜２５が設けられる。反射膜２５は、画素１２のうち反射領域１２Ｒを形成する。また、絶縁膜４５上には、Ｘ方向に延在する蓄積容量線４８が設けられる。蓄積容量線４８は、画素１２ごとに設けられた蓄積容量Ｃｓを構成する。
【００３３】
反射膜２５及び蓄積容量線４８上には、絶縁膜４６が設けられる。絶縁膜４６上には、画素電極２６が設けられる。画素電極２６は、コンタクトプラグ４７によってドレイン電極４４に電気的に接続される。なお、図２の構成例では、ドレイン電極４４は、半導体層４２に部分的に接触する第１の電極と、この第１の電極からコンタクトプラグ４７の下まで延在する第２の電極とから構成される。
【００３４】
図２のレイアウトでは、１つの画素１２を２つのドメインに分割した２分割画素構造を採用している。１つの画素１２の面積は、Ｙ方向に延在する１つの画素電極２６の面積に対応する。画素電極２６は、中央部にスリットが設けてあり、このスリットを境にして両側に１つの画素１２を構成する２つのドメインが配置される。液晶分子の配向を制御する突起３３は、ドメイン毎に設けられる。画素１２のＹ方向両端部にはそれぞれ、反射膜２５−１、２５−２が設けられる。画素電極２６と反射膜２５−１とが重なる領域が第１の反射領域１２Ｒ−１であり、画素電極２６と反射膜２５−２とが重なる領域が第２の反射領域１２Ｒ−２であり、反射領域１２Ｒ−１、１２Ｒ−２を合わせた領域が１つの画素１２の反射領域１２Ｒとなる。画素電極２６のうち反射膜２５−１、２５−２と重ならない領域が透過領域１２Ｔとなる。従って、本実施形態では、反射領域１２Ｒ−１、１２Ｒ−２を合計した面積が画素１２の面積（画素電極２６の面積）の３０％以下に設定される。
【００３５】
絶縁膜４１、４５、４６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。コンタクトプラグ４７、及び蓄積容量線４８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２５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４３、ドレイン電極４４、走査線ＧＬ、及び信号線ＳＬ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等が用いられる。
【００３６】
［３．液晶表示装置の回路構成］
次に、上記のように構成された液晶表示パネル１０を備えた液晶表示装置５０の構成例について説明する。本実施形態では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置５０を例に挙げて説明する。
【００３７】
図５は、液晶表示装置５０のブロック図である。液晶表示装置５０は、液晶表示パネル１０、走査ドライバ（走査線駆動回路）５１、信号ドライバ（信号線駆動回路）５２、共通電圧供給回路５３、電圧発生回路５４、及び制御回路５５を備えている。
【００３８】
液晶表示パネル１０には、それぞれがロウ方向（Ｘ方向）に延在する複数の走査線ＧＬと、それぞれがカラム方向（Ｙ方向）に延在する複数の信号線ＳＬとが配設される。複数の走査線ＧＬと複数の信号線ＳＬとの交差領域の各々には、画素１２が配置される。複数の画素１２は、マトリクス状に配置される。
【００３９】
図６は、画素アレイの回路図である。図６では、４つの画素を抽出して示している。画素１２は、ＴＦＴ２４、液晶容量Ｃｌｃ、及び蓄積容量Ｃｓを備えている。
【００４０】
ＴＦＴ２４のソースは、信号線ＳＬに電気的に接続される。ＴＦＴ２４のゲートは、走査線ＧＬに電気的に接続される。ＴＦＴ２４のドレインは、画素電極２６に電気的に接続される。画素電極２６は、これに対向配置された共通電極３１と、画素電極２６及び共通電極３１間に充填された液晶層２３とともに、液晶容量Ｃｌｃを構成する。
【００４１】
蓄積容量Ｃｓは、液晶容量Ｃｌｃに並列接続される。蓄積容量Ｃｓは、画素電極２６に生じる電位変動を抑制すると共に、画素電極２６に印加された画素電圧を次の画素電圧が再度印加されるまでの間保持する。蓄積容量Ｃｓは、画素電極２６に対向配置された蓄積電極４８と、画素電極２６及び蓄積電極４８間に形成された絶縁膜４６とにより構成される。共通電極３１及び蓄積電極４８には、共通電圧供給回路５３により共通電圧Ｖｃｏｍが印加される。
【００４２】
このように構成された画素１２において、画素電極２６に接続されたＴＦＴ２４がオン状態となると、駆動電圧が信号線ＳＬを介して画素電極に印加され、駆動電圧と共通電圧Ｖｃｏｍとの電圧差に応じて液晶の配向状態が変化する。これにより、入射光及び反射光に対する液晶の透過状態が変化して画像表示が行われる。
【００４３】
走査ドライバ５１は、複数の走査線ＧＬに接続され、制御回路５５からの垂直制御信号Ｖｓに基づいて複数の走査線ＧＬを順次駆動する。制御回路５５からの垂直制御信号Ｖｓは、１フレーム期間毎に印加される。「フレーム」とは、液晶表示パネル１０の全画素に表示信号を供給して、１つの画像を表示させる期間である。また、走査ドライバ５１は、制御回路５５からの水平制御信号Ｈｓを受ける毎に、１行分（１本の走査線分）のＴＦＴ２４をオンするための走査信号をゲートオフレベルＶｇｌからゲートオンレベルＶｇｈに切り替える。水平制御信号Ｈｓは、１行分の画素１２に駆動電圧を供給するための期間である１水平期間毎に印加される。この水平制御信号Ｈｓに同期して、走査ドライバ５１は、走査線ＧＬに順次、ゲートオンレベルＶｇｈを印加する。このとき、オン状態となったＴＦＴ２４を介して信号線ＳＬに印加された駆動電圧が画素電極２６に印加される。
【００４４】
信号ドライバ５２は、複数の信号線ＳＬに接続され、制御回路５５からの水平制御信号Ｈｓに基づいて、１水平期間分の階調データＤ２を取り込む。そして、信号ドライバ５２は、階調データＤ２に対応する駆動電圧を生成し、この駆動電圧を信号線ＳＬに印加する。
【００４５】
一般的に、液晶表示装置では、液晶が充填される画素電極及び共通電極間の電界の極性を所定周期で反転させる反転駆動（交流駆動）が行われている。液晶表示パネルでは、上述のように、画素電極及び共通電極間の電界に応じて液晶の配列が決定されるが、画素電極及び共通電極間に同一極性の電界を印加し続けると、焼き付きが発生したり、液晶の劣化や破壊を引き起こしたりする原因となる。このため、画素電極及び共通電極間の電界の極性を周期的に反転させることで、液晶の劣化等を抑制している。反転駆動方式としてはライン反転駆動やフレーム反転駆動が一般的である。ライン反転駆動とは、電界の極性を走査線毎に反転させるとともに、フレーム期間毎にも反転させる方式である。また、フレーム反転駆動とは、各画素に対して電界の極性をフレーム期間毎に反転させる方式である。
【００４６】
制御回路５５は、水平制御信号Ｈｓ、垂直制御信号Ｖｓ、反転信号Ｐｏｌ、クロックＣＬＫ等の各種の制御信号を生成し、これら制御信号を走査ドライバ５１、信号ドライバ５２、及び共通電圧供給回路５３に送る。また、制御回路５５は、外部から画像データＤ１を受け、この画像データＤ１に基づいて、階調データＤ２を生成する。そして、この階調データＤ２を信号ドライバ５２に送る。
【００４７】
共通電圧供給回路５３は、制御回路５５からの反転信号Ｐｏｌに基づいて、所定期間（１フレーム期間）毎に極性が反転する共通電圧Ｖｃｏｍを生成して表示画素に印加する。
【００４８】
電圧発生回路５４は、走査信号を生成するために必要な信号電圧Ｖｇｌ、Ｖｇｈを生成して走査ドライバ５１に供給する。また、電圧発生回路５４は、階調電圧を生成するために必要な信号電圧Ｖｓｈを生成して信号ドライバ５２に供給する。この他、電圧発生回路５４は、ロジック電源を生成して走査ドライバ５１及び信号ドライバ５２に供給する。
【００４９】
図７は、図５に示した信号ドライバ５２の一例を示すブロック図である。信号ドライバ５２は、シフトレジスタ６０、データラッチ回路６１、レベルシフタ６２、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）６３、出力バッファ６４、階調電圧生成回路６５を備えている。なお、信号線ＳＬの数はｍ本であるものとする。
【００５０】
シフトレジスタ６０は、ｍ個のフリップフロップを直列に接続して構成され、クロックＣＬＫに同期して水平制御信号Ｈｓを順次シフトする。そして、シフトレジスタ６０は、ｍ個のフリップフロップからサンプリングパルスＳｍｐを順次出力する。
【００５１】
データラッチ回路６１は、シフトレジスタ６０のｍ個のフリップフロップに対応するｍ個のラッチ回路を備えている。データラッチ回路６１は、サンプリングパルスＳｍｐに同期して、制御回路５５からシリアル入力される階調データＤ２を保持する。これにより、１水平期間分に相当するｍ個の画素に対応した階調データＤ２がデータラッチ回路６１に取り込まれる。
【００５２】
レベルシフタ６２は、データラッチ回路６１に取り込まれた階調データＤ２を受け取り、後段のＤＡＣ６３において適正な入力信号になるよう階調データＤ２の電圧レベルをシフトさせる。
【００５３】
階調電圧生成回路６５は、電圧発生回路５４から供給される電源電圧Ｖｓｈを用いて、複数の階調レベルに対応する複数種類の階調電圧を生成し、これら階調電圧をＤＡＣ６３に供給する。
【００５４】
ＤＡＣ６３は、データラッチ回路６１のｍ個のラッチ回路に対応するｍ個のＤＡＣ６３−１〜６３−ｍから構成されている。ＤＡＣ６３は、階調電圧生成回路６５が生成した複数種類の階調電圧の中から、レベルシフタ６２から送られる階調データＤ２に対応する階調電圧を選択する。なお、本実施形態では反転駆動方式を用いているため、階調電圧生成回路６５は、正極性の階調電圧と負極性の階調電圧とを生成する。そして、ＤＡＣ６３は、極性信号Ｐｏｌに応じて、正極性の階調電圧と負極性の階調電圧とのいずれかを選択する。なお、階調電圧の正極性と負極性とは、共通電圧Ｖｃｏｍを基準としている。ＤＡＣ６３によって選択された階調電圧は、出力バッファ６４−１〜６４−ｍを介して、信号線ＳＬ１〜ＳＬｍに印加される。
【００５５】
［４．動作］
フラットギャップの半透過型パネルでは、透過表示より反射表示が相対的に強くなるような照度が高い環境下で画像表示を見る場合、駆動電圧を変化させずに透過表示の最適電圧のままにすると、反射表示の黄色味および白黒反転（白表示が暗く表示される）が強くなり、視認性が大きく低下する。この対策としては、駆動電圧を下げて、反射表示の黄色味および白黒反転を軽減することが考えられるが、駆動電圧を下げることにより、透過表示の輝度が低下してしまう。また、自動的に駆動電圧を変化させるには、周囲環境の照度をモニターするためのセンサー等が必要となる。
【００５６】
そこで、本実施形態では、前述したように、反射領域と透過領域とのセルギャップを同じにすると共に、画素（表示部分）のうち反射領域の占める面積比である反射面積比を３０％以下に設定する。さらに、駆動電圧は透過表示の最適電圧に設定する。このようにして、周囲環境に応じて駆動電圧を変化させることなく、反射表示および透過表示の最適化を図っている。
【００５７】
まず、液晶表示パネル１０に印加する階調電圧の設定方法について説明する。図８は、液晶表示パネル１０の反射表示と透過表示とのＶ（電圧）−Ｔ（相対輝度）曲線を示すグラフである。図８の横軸は電圧（Ｖ）を表しており、縦軸は最大階調（全階調）に相当する輝度を１００％とする相対輝度を表している。
【００５８】
各階調レベルに対応する相対輝度は、以下の式（１）で表される。
【００５９】
相対輝度＝{階調レベル／（全階調−１）}γ        ・・・（１）
図８では、簡略化のために、全階調を８（０階調から７階調まで）とする。また、ガンマ値γ＝２.２とする。ただし、０階調のみは、電圧スイープ幅を小さくするために、適宜設定される。
【００６０】
図８に示した反射表示のＶＴ曲線は、反射表示のみを考慮した最適な電圧である。図８に示した透過表示のＶＴ曲線は、透過表示のみを考慮した最適な電圧である。最適な反射表示（若しくは透過表示）とは、滑らかな階調表示と正確な色表現が実現でき、階調とび（階調の減少）等に起因する輝度ムラが無いことを意味する。なお、反射表示とは、画素１２のうち反射膜２５が形成された反射領域１２Ｒで反射された光を用いて画像を表示することをいう。透過表示とは、画素１２のうち反射膜２５が形成されていない透過領域１２Ｔをバックライト１１からの光が透過して画像を表示することをいう。
【００６１】
図８から、反射表示と透過表示との階調電圧が決定される。反射表示の階調電圧は、０〜７階調の順にそれぞれ、Ｖｒ（０）〜Ｖｒ（７）と表記する。透過表示の階調電圧は、０〜７階調の順にそれぞれ、Ｖｔ（０）〜Ｖｔ（７）と表記する。本実施形態の液晶表示パネル１０は、例えばノーマリブラック型であり、従って、Ｖｒ（０）及びＶｔ（０）は、最も暗い黒表示であり、Ｖｒ（７）及びＶｔ（７）は、最も明るい白表示である。
【００６２】
周囲環境に応じて階調電圧を変化させる場合、階調電圧Ｖ（ｎ）は、反射表示の階調電圧Ｖｒ（ｎ）と透過表示の階調電圧Ｖｔ（ｎ）との線形和で表される。階調電圧Ｖ（ｎ）は、半透過表示時に画素電極２６に印加される電圧である。ｎは、０〜７の整数である。階調電圧Ｖ（ｎ）は、以下の式（２）で表される。  
Ｖ（ｎ）＝α・Ｖｒ（ｎ）＋（１−α）・Ｖｔ（ｎ）
（０≦α≦１）      ・・・（２）
本実施形態では、周囲環境の照度によらず、透過表示に最適な駆動電圧を用いて液晶表示パネル１０を動作させる。すなわち、“α＝０”に設定され、“Ｖ（ｎ）＝Ｖｔ（ｎ）”となる。このように、透過表示に最適な駆動電圧を用いることで、周囲環境の照度をモニターする必要がなくなり、また、駆動電圧のレベル制御も容易となる。
【００６３】
次に、上記手法によって算出された駆動電圧を用いた液晶表示装置５０の駆動動作について説明する。制御回路５５は、階調電圧Ｖ（０）〜Ｖ（７）（＝Ｖｔ（０）〜Ｖｔ（７））を記憶回路（図示せず）にて記憶している。制御回路５５は、外部の所定の映像ソース（ＣＰＵ等）から画像データＤ１を受け取る。
【００６４】
続いて、制御回路５５は、画像データＤ１の階調レベルを算出する。続いて、制御回路５５は、画像データＤ１の階調レベルｎに対応する階調電圧Ｖ（ｎ）を算出する。そして、制御回路５５は、階調電圧Ｖ（ｎ）をデジタル信号（階調データ）Ｄ２として生成し、この階調データＤ２を信号ドライバ５２に送る。
【００６５】
続いて、信号ドライバ５２は、階調データＤ２を取り込み、階調データＤ２に対応する階調電圧Ｖ（ｎ）を生成する。同様にして、制御回路５５及び信号ドライバ５２により、１水平ライン分の階調電圧が生成される。そして、信号ドライバ５２は、１水平ライン分の階調電圧を信号線ＳＬに印加する。これにより、画素電極２６には、ＴＦＴ２４を介して信号線ＳＬから階調電圧が供給される。このような画素の駆動動作により、液晶表示パネル１０は、最適な輝度を得ることができる。
【００６６】
図９は、液晶表示パネル１０の偏光を説明する概略図である。偏光板３５、４０の矢印は透過軸を表し、位相差板（λ／４板）３４、３８の線は遅相軸を表している。
【００６７】
液晶層２３がＶＡモードであるため、オフ状態（共通電極３１及び画素電極２６間の電位差がほぼゼロ）では、液晶分子の長軸が垂直方向を向いており、一方、オン状態（共通電極３１及び画素電極２６間に電位差を与える）では、液晶層２３がマルチドメイン方式であるため、液晶分子の長軸があらゆる方向に角度θ（水平方向を基準として、０＜θ＜９０°）だけ倒れる。オン状態における液晶層２３の位相差をＲｅ_Ｌとすると、“λ／４＜Ｒｅ_Ｌ＜λ／２”となる。
【００６８】
オン状態における反射領域１２Ｒでは、偏光板４０を透過した外光（直線偏光）は、λ／４板３８で円偏光になり、液晶層２３で楕円偏光になる。続いて、反射膜２５で反射された楕円偏光は、液晶層２３で位相差Ｒｅ_Ｌ、λ／４板３８で位相差λ／４が与えられた後、偏光板４０を透過して白表示となる。なお、λ／４板３８から偏光板４０に入射する光は完全な直線偏光ではないため、偏光板４０を透過した光強度はいくらか小さくなる。
【００６９】
透過領域１２Ｔにおいても、外光がパネルを透過しバックライト上で反射して戻る反射表示光が存在する。オン状態における透過領域１２Ｔでは、偏光板４０を透過した外光（直線偏光）は、λ／４板３８で円偏光になり、液晶層２３で楕円偏光になる。続いて、液晶層２３を透過した楕円偏光は、λ／４板３４で位相差λ／４が与えられた後、偏光板３５を透過する。続いて、バックライト１１で反射した直線偏光は、偏光板３５を透過した後、λ／４板３４で円偏光になり、液晶層２３で楕円偏光になる。続いて、液晶層２３を透過した楕円偏光は、λ／４板３８で位相差λ／４が与えられた後、偏光板４０を透過して白表示となる。なお、λ／４板３８から偏光板４０に入射する光は完全な直線偏光ではないため、偏光板４０を透過した光強度はいくらか小さくなる。
【００７０】
一方、オフ状態では、液晶層２３の位相差がほぼゼロである。よって、反射領域１２Ｒでは、反射膜２５により反射された光は、偏光板４０に吸収されて黒表示となる。また、透過領域１２Ｔでは、外光がバックライト１１で反射された光は、偏光板４０に吸収されて黒表示となる。
【００７１】
次に、反射面積比を３０％以下にする妥当性について説明する。図９に示すように、反射膜２５で反射する光の反射率（反射領域１２Ｒで反射する光の反射率）をＲ１、バックライト１１で反射する光の反射率（透過領域１２Ｔを透過する光の反射率）をＲ２と表す。また、反射領域１２Ｒ及び透過領域１２Ｔを合わせた１つの画素１２全体の反射率をＩと表す。反射率とは、偏光板４０に入射する光強度を１とした場合に、反射膜２５（或いはバックライト１１）により反射されて偏光板４０から出射する光強度の割合である。シミュレーションで使用するＲ１、Ｒ２、及びＩはそれぞれ、以下の式（３）〜（５）で表される。
【００７２】
Ｒ１（λ）＝cos２（πＲｅ／λ）cos２（２πΔｎ＊ｄ／λ）＋sin２（２π△ｎ＊ｄ／λ）｛１−（１／２）cos２（２πＲｅ／λ）｝      ・・・（３）
Ｒ２（λ）＝sin４（π△ｎ＊ｄ／λ）{１−cos２（２πＲｅ／λ）＋（３／８）cos４（２πＲｅ／λ）}      ・・・（４）
Ｉ（λ）＝γＲ１（λ）＋（１−γ）Ｒ２（λ）      ・・・（５）
γ：反射面積比＝反射領域／（反射領域＋透過領域）の面積比
Ｒｅ：λ／４板の位相差値（＝１３５ｎｍ）
△ｎ＊：ＶＡ液晶の見かけの屈折率（複屈折性）
ｄ：液晶層の厚さ
λ：波長
見かけの屈折率（複屈折性）△ｎ＊は、水平方向に対して液晶分子の長軸が角度θだけ傾いた場合に、角度依存性を考慮した屈折率であり、本実施形態では、光の進行方向から見た屈折率に対応する。見かけの屈折率△ｎ＊は、以下の式（６）で表される。
【数１】
2014153549.tif 000003
【００７３】
ｎｏ：液晶分子の短軸方向の屈折率
ｎｅ：液晶分子の長軸方向の屈折率
図１０は、反射面積比と白の色度変化との関係を示すグラフである。図１１は、図１０の白の色度変化をプロットした部分を拡大した図である。図１０及び図１１では、オン状態（白表示）において反射面積比を０％から１００％まで５％刻みで変化させた場合の白の色度変化をシミュレーションした結果をｘｙ色度図上に示している。図１０の×印は、Ｃ光源の白座標（０．３１０，０．３１６）を表わしている。なお、シミュレーションでは、カラーフィルタを考慮していない。
【００７４】
図１１において、Ｃ光源の白座標により近いものが良好な白表示とされる。図１１には、良好な白表示を実現するための反射面積比の許容範囲（許容範囲１〜３）をＣ光源の白座標を中心とした円で示している。反射面積比が大きくなるにつれて、ユーザが嫌う黄色や緑色が視認されるようになる。
【００７５】
そこで、反射面積比をパラメータにした色度図上の軌跡で、Ｃ光源の白座標に近く、かつ、黄色の方向に行かない色度座標の範囲を選択すると、反射面積比は、０％より大きく３０％以下に設定される。反射面積比を０％より大きく３０％以下に設定することで、黄色や緑色を含まない良好な白表示が可能となる。
【００７６】
また、反射膜２５は、ＴＦＴ２４を完全に覆うことが望ましい。この場合、反射面積比の下限は、画素面積のうちＴＦＴ２４の面積が占める割合に対応する。画素面積とＴＦＴ２４の面積は、液晶表示パネル１０のサイズやＴＦＴ２４のサイズに応じて変化する。このため、反射面積比の下限は、液晶表示パネル１０のサイズやＴＦＴ２４のサイズに応じて最適に設計される。
【００７７】
［５．効果］
以上詳述したように本実施形態では、半透過型の液晶表示パネル１０において、画素の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）に反射表示および透過表示の最適化を図っている。これにより、従来のマルチギャップの半透過型パネルで生じていた反射領域と透過領域との境界における配向不良が生じず、それに起因する光漏れを防ぐための遮光が必要なくなるため、開口率の低下を抑制することができる。また、従来のように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、製造工程が削減でき、ひいては製造コストを低減できる。
【００７８】
また、従来では、反射領域に透明段差膜を形成しているため、反射領域を一部分に集めて配置する等の制約があった。しかし、本実施形態では、フラットギャップ構造にしているため、画素内における反射領域の位置及び形状に制約はない。この結果、製造工程が簡略化でき、ひいては製造コストを低減できる。
【００７９】
また、反射面積比を３０％以下に制御することにより、良好な白表示を実現している。よって、周囲環境の照度による駆動電圧の最適化を行う必要がなく、透過表示に最適な駆動電圧で液晶表示パネル１０を駆動できる。さらに、透過表示に最適な駆動電圧を用いた場合でも、反射表示の黄色味および白黒反転を軽減できるとともに、透過表示の輝度が低下するのを防ぐことができる。同時に、周囲環境の照度をモニターするためのセンサー等が必要ないため、液晶表示パネル１０の構成及び駆動電圧の制御を簡略化できる。
【００８０】
また、表示として利用できないＴＦＴ２４上に反射領域を配置することにより、透過領域の開口率を低下させることなく、反射表示および透過表示が可能になるととともに、反射膜２５がＴＦＴ２４の遮光を兼ねているため、ＴＦＴ２４に光が照射されることによるＴＦＴ２４の誤動作を低減できる。さらに、カラーフィルタ側でＴＦＴ２４を遮光する場合に比べて、開口率の低下を抑制することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、ＶＡモードかつノーマリブラック型の液晶表示パネル１０を実現している。これにより、液晶表示パネル１０の表示画像におけるコントラストを向上させることができる。
【００８２】
また、表偏光板４０には、光の散乱機能を付加するために拡散粘着材３９を配置している。これにより、屋外等の照度の高い環境で表示を見た場合に、ＣＦ基板２２の裏面（カラーフィルタ３０側）における反射の干渉を抑えることができる。また、裏偏光板３５には、偏光板３５の裏面（バックライト１１側）に拡散粘着材３６及び反射偏光板３７を配置している。これにより、透過表示の輝度が上昇するとともに、バックライト１１からの反射光の強度（反射率）が上昇する。
【００８３】
なお、本実施形態の液晶表示パネル１０は、画像表示機能を有する様々な電子機器に適用することが可能であり、例えば、携帯電話機、携帯情報端末、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、及びスキャナなどに適用できる。
【００８４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
【符号の説明】
【００８５】
ＧＬ…走査線、ＳＬ…信号線、１０…液晶表示パネル、１１…バックライト、１２…画素、１２Ｒ…反射領域、１２Ｔ…透過領域、２１…ＴＦＴ基板、２２…カラーフィルタ基板、２３…液晶層、２４…ＴＦＴ、２５…反射膜、２６…画素電極、２７，３２…配向膜、２８…スペーサ、３０…カラーフィルタ、３１…共通電極、３３…突起、３４，３８…位相差板、３５，４０…偏光板、３６，３９…拡散粘着材、３７…反射偏光板、４１，４５，４６…絶縁膜、４２…半導体層、４３…ソース電極、４４…ドレイン電極、４７…コンタクトプラグ、４８…蓄積容量線、５０…液晶表示装置、５１…走査ドライバ、５２…信号ドライバ、５３…共通電圧供給回路、５４…電圧発生回路、５５…制御回路、６０…シフトレジスタ、６１…データラッチ回路、６２…レベルシフタ、６３…Ｄ／Ａコンバータ、６４…出力バッファ、６５…階調電圧生成回路。
【図１】
2014153549.tif 000004
【図２】
2014153549.tif 000005
【図３】
2014153549.tif 000006
【図４】
2014153549.tif 000007
【図５】
2014153549.tif 000008
【図６】
2014153549.tif 000009
【図７】
2014153549.tif 000010
【図８】
2014153549.tif 000011
【図９】
2014153549.tif 000012
【図１０】
2014153549.tif 000013
【図１１】
2014153549.tif 000014