(57)【要約】本発明は、反射透過併用型の液晶表示装置に関する。本発明は、バックライトの消費電力を増加させることなく、高精細度表示に対応でき、透過型表示のみを行う表示装置と同等の輝度を透過型表示において確保し、反射型表示において必要な輝度を確保した液晶表示装置を提供することを目的とする。本発明の液晶表示装置は、透過領域（Ｂ）と反射領域（Ａ）が並列に配置された画素領域を有する表示パネルを備えており、透過領域（Ｂ）による光の透過率が４−１０％に設定され、反射領域（Ａ）による光の反射率が１−３０％に設定されている。本発明は、携帯情報端末、携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器に適用可能である。
2003054621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から取り入れた周囲光により表示を行なう反射領域と内部光源からの光により表示を行なう透過領域とが並列に配置された画素領域を有する表示パネルを備えた液晶表示装置であって、
前記反射領域による前記表示パネルにおける光の反射率は、１％以上、３０％以下であり、前記透過領域による前記表示パネルにおける光の透過率は、４％以上、１０％以下である
液晶表示装置。
【請求項２】
前記表示パネルに、前記内部光源からの前記透過領域に入射する光を集光する集光部が設けられている
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射領域は、入射された光を散乱させる機能を有する
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射領域は、入射された光を正反射させる機能を有する
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記反射領域は、高い反射率を有する金属膜から形成されている
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記透過領域のみに、カラーフィルタが設けられている
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記画素領域と対応する位置にカラーフィルタが形成され、上記カラーフィルタの前記反射領域には開口部が形成されている
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
上記開口部は、上記反射領域の略中央に形成されている
請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記表示パネルにおいては、上記光源の光の照射が５００ｃｄ／ｍ２以上、２５０００ｃｄ／ｍ２以下の条件下で、表示光の光量が２０ｃｄ／ｍ２以上、２０００ｃｄ／ｍ２以下である
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記表示パネルにおいては、上記周囲光の光の照射が２０００ｌｘ以上、５００００ｌｘ以下の条件下で、表示光の光量が２０ｃｄ／ｍ２以上、１０００ｃｄ／ｍ２以下である
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
上記画素領域は、上記透過領域の面積が上記画素領域全体の４０％以上であり、上記反射領域の面積が上記画素領域全体の１％以上、６０％以下である
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
上記画素領域は、上記透過領域の開口率が上記画素領域全体の４０％以上、１００％未満である
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
基板に行列状に配列された複数の画素領域と、画素領域ごとに形成され、行列状に配列された複数のトランジスタと、該複数のトランジスタのゲート電極を接続する複数のゲート線と、該複数のトランジスタの第１の電極を接続する複数のデータ信号線と、一方の電極が前記トランジスタの第２の電極に接続する保持容量と、前記保持容量の他方の電極を接続する保持容量線と、前記トランジスタの第２の電極に接続されている前記画素領域の一方の電極と当該一方の電極と対向する他方の電極との間に配置された液晶層とを含む表示パネルを備えた液晶表示装置であって、
前記各画素領域に、反射領域と透過領域とが並列に配置され、
前記反射領域による前記表示パネルにおける光の反射率は、１％以上、３０％以下であり、前記透過領域による前記表示パネルにおける光の透過率は、４％以上、１０％以下である
液晶表示装置。
【請求項１４】
前記表示パネルに、前記透過領域に入射する光を集光する集光部が設けられている
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記トランジスタは、低温多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタである
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記反射領域は、入射された光を散乱させる機能を有する
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記反射領域は、入射された光を正反射させる機能を有する
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記反射領域は、高い反射率を有する金属膜から形成されている
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記透過領域のみに、カラーフィルタが設けられている
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記画素領域と対応する位置にカラーフィルタが形成され、上記カラーフィルタの前記反射領域には開口部が形成されている
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
上記開口部は、上記反射領域の略中央に形成されている
請求項２０に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記反射領域は、前記ゲート線の配線領域、前記データ信号線の配線領域、前記保持容量線の配線領域、及び前記トランジスタの形成領域のうちいずれか一つ、または、複数の組み合わせた領域の直上の領域に形成されている
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記ゲート線と前記保持容量線とが別々に形成されている
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記保持容量が前段のゲート線と接続されており、かつゲート線に保持容量が重畳されたＣｓオンゲート構造を有する
請求項１３に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
技  術  分  野
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、反射型表示と透過型表示とが併用される液晶表示装置に関する。
背  景  技  術
液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、幅広い電子機器の表示装置として用いられている。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション用の表示装置、携帯情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の液晶表示装置を用いた電子機器がある。このような液晶表示装置には、大きく分けて、バックライトと呼ばれる内部光源からの光の透過と遮断とを液晶パネルで制御して表示を行なう透過型の液晶表示装置と、太陽光などの外光を反射板などで反射して、この反射光の透過と遮断とを液晶パネルで制御して表示を行なう反射型表示装置が知られている。
透過型の液晶表示装置においては、全消費電力の５０％以上をバックライトが占めており、消費電力を低減することが難しい。また、透過型の液晶表示装置には、周囲の光が明るい場合には表示が暗く見え、視認性が低下するという問題もある。一方、反射型の液晶表示装置においては、バックライトを設けていないため、消費電力の増加という問題はないが、周囲光が暗い場合には、視認性が極端に低下するという問題もある。
このような透過型、反射型の表示装置の双方の問題点を解消するために、透過型表示と反射型表示と両方を一つの液晶パネルで実現する反射透過併用型の液晶表示装置が提案されている。この反射透過併用型の液晶表示装置では、周囲が明るい場合には周囲光の反射によって表示を行ない、周囲が暗い場合には、バックライトの光によって表示を行なう。
しかし、従来の反射透過併用型の液晶表示装置は、透過型表示と反射型表示の両方を兼ね備えているとされながら、通常の反射型及び通常の透過型の液晶表示装置より、輝度が不足しており、視認性が低いという問題があった。特に、従来の反射透過併用型の液晶表示装置は、反射表示重視の液晶パネル構成となっており、周囲光を反射する領域の面積を広く確保し、透過輝度を犠牲にして反射率を確保することをしていた。
例えば、特許公報第２９５５２７７号（特許文献１）には、反射型表示と透過型表示を共用する液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、周囲光の反射光を利用する反射液晶表示装置を前提としており、周囲光が暗い場合には視認性が極端に低下することに対応している。
しかし、反射型重視の反射透過型表示装置は人間の主観に訴えるものが小さいので、現実の市場では、ＰＤＡ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション用の表示装置、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの透過型表示が主の表示方式となる液晶表示装置が多く使用されている。
また、この特許文献１では、色再現性のみ改善項目とし、液晶表示装置に必要な輝度に関して述べられていない。
また、特開平２０００−１１１９０２号公報（特許文献２）にも、同様に、反射型表示と透過型表示を共用する液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置においては、反射部の輝度を向上させるためのカラーフィルタの窓が反射部領域全体に亘って配置されている。特許文献２に係る液晶表示装置においては、窓の形状に関して述べられていないが、反射領域が限られた場所で形成された場合、入射光に対して反射光の指向性が発生しやすい。また、窓の最小サイズが規定されていないため、透過型表示が主の表示方式となる場合、反射領域を最低限にすることができない。
ところで、液晶表示装置においては、屋内において使用する場合でも、屋外において使用する場合でも、表示の視認性を向上させることが望まれている。そのため、反射透過併用型の液晶表示装置において、反射型として使用される場合と透過型として使用される場合の両方について、視認性を向上させることが望まれている。特に、上記のように、現実には、反射型の表示より透過型の表示を主の表示方式とする電子機器は多く使用されており、このため反射透過併用型の液晶表示装置において透過型の表示の輝度を向上させることが望まれている。
一方、透過型の表示の輝度を向上させる要求に伴い、液晶表示装置の高精細度化を進めることが要求されている。
例えば、上記したＰＤＡ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション用の表示装置、デジタルカメラ、ビデオカメラなどに使用されている液晶表示装置は、従来は１００ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）から１４０ｐｐｉの間で作成されてきた。しかしながら、表示される文字のギザギザを防止し、写真画像と同じ画像品質の表示にするため、２００ｐｐｉ以上の精細度のニーズが高まっている。
２００ｐｐｉの高精細化に関しては、液晶画素のデザイン上の制限により、例えば、信号線、ゲート線の最小幅又は間隔が５μｍ以上など、各画素おいて、透過型の表示に利用できる領域が減少し、透過型表示輝度が減少するという不利益がある。
例えば、透過型で使用するバックライト輝度を増加させることにより、高い透過型表示輝度を確保しながら、以上の高精細度を実現することができる。しかしながら、前述したように、バックライトの輝度を増加させることになり、液晶表示装置の消費電力が増大するので、低消費電力を特徴としている液晶表示装置にとっては欠点となる。
発明の開示
本発明の第１の目的は、高精細度表示に対応でき、透過型表示のみを行なう表示装置と同等レベルの透過型表示における輝度を確保するとともに、反射型表示における必要な輝度を確保できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の第２の目的は、高精細度表示に対応でき、透過型表示のみを行なう表示装置と同等レベルの透過型表示における輝度を確保するとともに、反射型表示の輝度をも向上させることができる液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第１の観点の液晶表示装置は、外部から取り入れた周囲光により表示を行なう反射領域と内部光源からの光により表示を行なう透過領域とが並列に配置された画素領域を有する表示パネルを備えた液晶表示装置であって、前記反射領域による前記表示パネルにおける光の反射率は、１％以上、３０％以下であり、前記透過領域による前記表示パネルにおける光の透過率は、４％以上、１０％以下である。
好ましくは、前記表示パネルに、前記透過領域に入射する光を集光する集光部が設けられている。
好ましくは、前記反射領域は、入射された光を散乱させる機能を有する、或は、前記反射領域は、入射された光を正反射させる機能を有する。
好ましくは、前記反射領域は、高い反射率を有する金属膜から形成されている。
また、好ましくは、前記透過領域のみに、カラーフィルタが設けられている。
前記表示パネルにおいては、上記光源の光の照射が５００ｃｄ／ｍ２以上、２５０００ｃｄ／ｍ２以下の条件下で、表示光の光量が２０ｃｄ／ｍ２以上、２０００ｃｄ／ｍ２以下である。
前記表示パネルにおいては、上記周囲光の光の照射が２０００ｌｘ以上、５００００ｌｘ以下の条件下で、表示光の光量が２０ｃｄ／ｍ２以上、１０００ｃｄ／ｍ２以下である。
上記画素領域は、上記透過領域の面積が上記画素領域全体の４０％以上であり、上記反射領域の面積が上記画素領域全体の１％以上、６０％以下である。
好適には、１２．上記画素領域は、上記透過領域の開口率が上記画素領域全体の４０％以上、１００％未満である。
本発明の第２の観点の液晶表示装置は、基板に行列状に配列された複数の画素領域と、画素領域ごとに形成され、行列状に配列された複数のトランジスタと、該複数のトランジスタのゲート電極を接続する複数のゲート線と、該複数のトランジスタの第１の電極を接続する複数のデータ信号線と、一方の電極が前記トランジスタの第２の電極に接続する保持容量と、前記保持容量の他方の電極を接続する保持容量線と、前記トランジスタの第２の電極に接続されている前記画素領域の一方の電極と当該一方の電極と対向する他方の電極との間に配置された液晶層とを含む表示パネルを備えた液晶表示装置であって、前記各画素領域に、反射領域と透過領域とが並列に配置され、前記反射領域による前記表示パネルにおける光の反射率は、１％以上、３０％以下であり、前記透過領域による前記表示パネルにおける光の透過率は、４％以上、１０％以下である。
好ましくは、前記表示パネルに、前記透過領域に入射する光を集光する集光部が設けられている。
好ましくは、前記トランジスタは、低温多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタである。
好ましくは、前記反射領域は、入射された光を散乱させる機能を有する、或は、前記反射領域は、入射された光を正反射させる機能を有する、また、好ましくは、前記反射領域は、高い反射率を有する金属膜から形成されている。
好ましくは、前記透過領域のみに、カラーフィルタが設けられている。
また好ましくは、前記画素領域と対応する位置にカラーフィルタが形成され、上記カラーフィルタの前記反射領域には開口部が形成されている。
好ましくは、上記開口部は、上記反射領域の略中央に形成されている。
好ましくは、前記反射領域は、前記ゲート線の配線領域、前記データ信号線の配線領域、前記保持容量線の配線領域、及び前記トランジスタの形成領域のうちいずれか一つ、または、複数の組み合わせた領域の直上の領域に形成されている。
また、好ましくは、前記ゲート線と前記保持容量線とが別々に形成される。
また、好ましくは、前記保持容量が前段のゲート線と接続されており、かつゲート線に保持容量が重畳されてなるＣｓオンゲート構造を有する。
上記の発明によれば、液晶表示パネルに集光部を設け、透過型表示に用いる表示光を集光し、表示光の輝度を増大させる。これによって、透過領域の面積が減少しても、透過型表示の輝度を十分確保できるので、高精細化に対応し、透過率が低く設定できる。具体的に、透過率を最小４％に設定する。
また、表示パネルの各構成層の吸収効果により、透過率は１０％以下となる。
また、低温多結晶シリコンを用い、画素ごとの薄膜トランジスタＴＦＴのサイズを減らし、反射領域及び反射率を向上させる。さらに、反射率の高い金属からなる反射膜を形成する、または、平坦な反射膜を形成し、反射輝度をさらに向上させる。
さらに、透過領域のみにカラーフィルタを設け、透過型表示だけ視認性の高いカラー表示とし、反射型表示は文字を表示するのに十分な白黒２色表示とする。これにより、反射領域でカラーフィルタでの吸収による光の減少がなくなり、かつ、白黒表示の場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂ３つの色を表示する画素は全部白黒表示に用いるので、反射輝度がさらに向上する。
具体的に、反射率は、１％〜３０％の範囲内に設定することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の液晶表示装置の実施の形態について、添付の図面を参照して述べる。
第１の実施形態
図１は、本実施形態の液晶表示装置において、表示パネル１の一画素分の平面図であり、図２は、図１中のＺ−Ｚ線における表示パネル１の断面構造を示す。
図２に示すように、表示パネル１は、透明絶縁基板８及びそれに形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９、画素領域４などと、それらと対向して配設される透明絶縁基板２８及びそれに形成されたオーバーコート層２９、カラーフィルタ２９ａ、並びに対向電極３０、及び画素領域４と対向電極３０に挟持された液晶層３から構成される。
図１に示された画素領域４が行列状に配設され、画素領域４の周囲に図２に示されたＴＦＴ９に走査信号を供給するゲート線５と、ＴＦＴ９に表示信号を供給するための信号線６とが互いに直交するように設けられ、画素部が構成されている。
また、透明絶縁基板８、ＴＦＴ９側には、ゲート線５と平行な金属膜からなる保持容量用配線（以下、ＣＳ線と称する）７が設けられている。ＣＳ線７は、後述の接続電極２１との間に保持容量ＣＳを形成し、対向電極３０に接続されている。
図３に、液晶３、ＴＦＴ９、ゲート線５、信号線６、ＣＳ線７、および保持容量ＣＳを含む画素領域４の等価回路を示す。
また、図２に示すように、画素領域４には、反射型表示を行なうための反射領域Ａと透過型表示を行なうための透過領域Ｂとが設けられている。
透明絶縁基板８は、例えば、ガラスなどの透明材料で形成され、透明絶縁基板８上にＴＦＴ９と、絶縁膜を介してＴＦＴ９上に形成される散乱層１０と、この散乱層１０上に形成された平坦化層１１と、透明電極１３と、上述した反射領域Ａ及び透過領域Ｂを有する画素領域４を構成する反射電極１２とが形成されている。
ＴＦＴ９は、表示を行なう画素を選択して、その画素の画素領域４に表示信号を供給するためのスイッチング素子である。図４に示すように、ＴＦＴ９は、例えば、いわゆるボトムゲート構造を有しており、透明絶縁基板８上にゲート絶縁膜１４で覆われたゲート電極１５が形成されている。ゲート電極１５は、ゲート線５と接続され、このゲート線５から、走査信号が入力され、ＴＦＴ９はこの走査信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする。ゲート電極１５は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）などの金属又は合金をスパッタリングなどの方法で成膜して形成される。
ＴＦＴ９は、ゲート絶縁膜１４上に１対のｎ＋拡散層１６、１７と半導体膜１８とが形成されている。一方のｎ＋拡散層１６には、第１の層間絶縁膜２４に形成されたコンタクトホール２４ａを介して、ソース電極１９が接続され、他方のｎ＋拡散層１７には、同様に第１の層間絶縁膜２４に形成されたコンタクトホール２４ｂを介して、ドレイン電極２０が接続される。
ソース電極１９及びドレイン電極２０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）をパターニングしたものである。ソース電極１９には、信号線６が接続され、データ信号が入力される。ドレイン電極２０には、図２に示す接続電極２１が接続され、さらに、コンタクトホール２２を介して画素領域４と電気的に接続される。接続電極２１は、ゲート絶縁膜１４を介してＣＳ線７との間に保持容量ＣＳを形成している。半導体薄膜層１８は、例えばＣＶＤ方などで得られる低温ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の薄膜であり、ゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１５と整合する位置に形成される。
半導体薄膜層１８の直上にストッパ２３が設けられている。ストッパ２３は、ゲート電極１９と整合する位置に形成された半導体薄膜層１８を上側から保護するものである。
ＴＦＴ９は、上述したように、半導体薄膜層１８を低温ポリシリコンで形成した場合には、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）で半導体薄膜層１８を形成した場合に比べて電子移動度が大きいことから、外径サイズを小さくすることができる。
図５および図６は、ａ−Ｓｉと低温ｐｏｌｙ−Ｓｉで半導体薄膜層１８を形成したＴＦＴのサイズを模式的に示す図である。
図５および図６に示すように、低温ｐｏｌｙ−Ｓｉで半導体薄膜層１８を形成したＴＦＴ９を用いた液晶表示装置では、反射領域Ａと透過領域Ｂとで構成される画素領域４の面積を大きくとることができ、反射領域Ａの面積を従来の表示装置と同程度とした場合も、透過領域Ｂの面積を増大させることができ、表示パネル全体の透過率を向上させることができる。
図７は、ａ−Ｓｉと低温ｐｏｌｙ−Ｓｉで半導体薄膜層１８を形成したＴＦＴ９を用いた反射透過併用型の液晶表示装置において、反射率及び透過率の違いを示す図である。図７において、横軸が反射率ＲＦＬを、縦軸が透過率ＴＲＭをそれぞれ示している。
図７に示す反射率と透過率の測定値は、図５および図６において、透過領域Ｂとなる開口部の面積を変えて得られたものである。以上の測定では、画素領域４が銀の反射膜を有し、画素サイズは１２６μｍ×４２μｍである。
図７に示すように、低温ｐｏｌｙ−ＳｉをＴＦＴ９に適用することにより、液晶表示装置の反射率は最大約２５％に達し、透過率は最大８％が得られる。一方、ａ−Ｓｉを使う場合は、最大反射率は約７％、最大透過率は約５％である。
散乱層１０及び平坦化層１１は、ＴＦＴ９の上に第１及び第２の層間絶縁膜２４，２５を介して形成される。第１の層間絶縁膜２４には、ソース電極１９及びドレイン電極２０が形成される一対のコンタクトホール２４ａ、２４ｂが開口している。
反射電極１２は、ロジウム、チタン、クロム、銀、アルミニウム、クロメルなどの金属膜からなる。反射電極１２の反射領域に、凹凸が形成されており、外光を拡散して反射する構成となっている。これによって、反射光の指向性を緩和して、広い角度範囲で画面を観察することができる。
特に、銀（Ａｇ）などを用いた場合には、反射型表示における反射率が高くなり、高反射率の反射領域Ａを得ることができる。このため、反射領域Ａの面積を小さくしても、必要なレベルの反射率を確保することができる。このような反射領域を小さくした液晶表示装置を、微反射液晶表示装置と呼ぶ。
また、透明電極１３は、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる。
これらの反射電極１２及び透明電極１３は、コンタクトホール２２を介してＴＦＴ９に電気的に接続されている。
透明絶縁基板８の反対側の面、すなわち、図示しない内部光源となるバックライトが配設される側の面に、１／４波長板２６と偏光板２７が配設される。
透明絶縁基板８及びそれに形成された各成分と対向して、例えばガラスなどの透明材料を用いて形成された透明絶縁基板２８が配置されている。透明絶縁基板２８の液晶層３側の面に、カラーフィルタ２９ａ、カラーフィルタ２９ａ表面を平坦化するオーバーコート層２９とが形成され、オーバーコート層２９の表面に対向電極３０が形成されている。カラーフィルタ２９ａは、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えば、赤、緑、青の各色のフィルタ層が組み合わされて、構成されている。対向電極３０は、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる。
透明絶縁基板２８の反対側の面に、１／４波長板３１と偏光板３２が配設される。
画素領域４と対向電極３０とに挟持された液晶層３は、負の誘電異方性を有するネマティック液晶分子を主体とし、かつ二色性色素を所定の割合で含有しているゲストホスト液晶が封入されたものであり、図示せぬ配向層によって垂直配向されている。この液晶層３においては、電圧無印加状態では、ゲストホスト液晶が垂直配向し、電圧印加状態では水平配向に移行する。
図８は、本実施形態に係る液晶表示装置におけるバックライト及びその集光光学系を示している。
図８において、７１ａ、７１ｂはバックライト、７２は導光板、７３は拡散板、７４はレンズシートをそれぞれ示している。
バックライト７１ａ、７１ｂは、例えば、冷陰極蛍光管により構成される。導光板７２は、バックライト７１ａ、７１ｂの光を表示パネル１に導く。拡散板７３は、凹凸表面が形成されており、これによりバックライト７１ａ、７１ｂの光を表示パネル１に均一に照射する。レンズシート７４は、拡散板７３に拡散された光を表示パネル１の中央に集光する。レンズシート７４に集光された光は偏光板２７と１／４波長板２６と透明基板８を経由して、透過領域Ｂを透過する。
図９は、図８に示されたバックライト及びその集光光学系の斜視図である。
レンズシート７４が集光機能を持っているので、拡散板７３に拡散された光の散乱による損失を抑え、照明光の輝度をアップさせる。
前述したように、従来は液晶装置の精細度が１００ｐｐｉから１４０ｐｐｉの間で作成されていた。精細度が低いので、透過領域Ｂの開口率は比較的に大きく形成することができた。具体的に、１４０ｐｐｉに対応した場合の開口率が５０％は最低確保でき、これによって、従来の透過率は５％となっていた。
なお、液晶表示装置における透過率は、一般的に、透過領域Ｂの開口率の１０分の１とされている。透過領域Ｂの開口率は、画素領域４全体の面積に対する透過領域Ｂの割合と定義されている。
透過率を透過領域Ｂの開口率の１０分の１にする理由は、表示パネル１を構成する透明絶縁基板８，２８、ＴＦＴ９上に形成された第１及び第２の層間絶縁膜２４，２５、液晶層３、偏光板２７，３２、及び１／４波長板２６、３１により、バックライトからの光が吸収、反射されるためである。
２００ｐｐｉの高精細化に関しては、例えば、画素サイズ１２６μｍ×４２μｍと小さくなり、また、液晶画素のデザイン上、例えば、信号線、ゲート線の最小幅又は間隔が５μｍ以上などの制限により、透過領域Ｂの面積が小さくなる。具体的に、開口率は最低４０％となる。
画素領域４全体の面積に対する反射領域Ａの面積の割合、すなわち、反射領域Ａの開口率は、透過領域Ｂ以外の画素領域４を反射領域Ａが占める場合は６０％以下となり、また反射領域Ａの開口率は０％とすることはできない。このことから、反射透過併用型の液晶表示装置に最低限必要な反射領域Ａの開口率は、１％以上、６０％以下の範囲とされる。
透過型表示の輝度を確保しながら、高精細度に対応するために、例えば、バックライト７１ａ、７１ｂの輝度を２５％増加させることができるが、液晶表示装置の消費電力が増加する。
そこで、以上述べたレンズシート７４を用いれば、バックライト７１ａ、７１ｂの消費電力を増加させずに高精細度に対応が可能になる。具体的に、バックライト７１ａ、７１ｂの輝度は、レンズシート７４により、通常の４００ｃｄ／ｍ２〜２００００ｃｄ／ｍ２の範囲から５００ｃｄ／ｍ２〜２５０００ｃｄ／ｍ２とすることができる。
したがって、本実施形態において、１５０ｐｐｉ以上の高精細度の液晶表示装置の場合において、微反射構造の液晶表示装置は、透過輝度を確保するために、透過率は最低４％に設定することができる。
一方、高精細度に対応し、かつ、バックライト７１ａ、７１ｂの輝度を増加させないために、透過率は最低４％に設定することが最適な選択である。以下に、その理由について説明する。
液晶で表示を行なうために、表示パネル１の表面輝度を一定の範囲内にしなければならない。
図１０は、表示パネル表面に必要な最低輝度を示す調査結果を示す図であって、表示輝度が２〜３４ｃｄ／ｍ２の範囲内に変化した場合、文字表示を認識できる人の数の調査結果を示す図である。図１０において、横軸が輝度ＬＭを、縦軸がサンプル数ＳＭＰＬＮをそれぞれ示している。なお、この場合、図１０に示すように、平均値（ＡＶＲ）は８．９ｃｄ／ｍ２、中心値（ＣＴＲ）は７．５ｃｄ／ｍ２、ＲＭＳは１０．９ｃｄ／ｍ２である。
図１０によれば、表示輝度が２０ｃｄ／ｍ２以上であれば、９０％以上の人間が文字表示を認識できる。また、１０００ｃｄ／ｍ２以下であれば、人間が文字を識別することができる結果も知られている。
したがって、液晶で表示を行なう時、表示パネル１の表面輝度が２０ｃｄ／ｍ２以上、１０００ｃｄ／ｍ２以下に維持しなければならない。
表示パネル１の表面輝度を２０ｃｄ／ｍ２に維持する場合には、表示パネル１の透過率とバックライトの輝度との積は２０ｃｄ／ｍ２であると意味し、したがって、透過率とバックライトの輝度の関係は、図１１に示すような反比例関数で表わすことができる。図１１において、横軸が透過率ＴＲＭを、縦軸がバックライトの輝度ＢＬＭをそれぞれ示している。
透過率とバックライトの輝度をできる限り最小限度に抑えるには、図１１に示すような曲線の接線法線が座標系の原点と交差する位置がもっとも望ましい条件となる。ここでは、透過率が４％である。すなわち、４％以上が高精細化に対応するには最適な透過率の値となる。
透過率が最大１０％となる理由は、表示パネル１を構成する透明絶縁基板８，２８、ＴＦＴ９上に形成された第１及び第２の層間絶縁膜２４，２５、液晶層３、偏光板２７，３２、及び１／４波長板２６、３１により、バックライトからの光が吸収、反射されるためである。
表示パネル１において、偏光板２７、３２は５０％の偏光板であり、それぞれの透過率が５０％である。残りの部分、すなわち、透明絶縁基板８、２８、液晶層３、ＴＦＴ９上に形成された第１と第２の層間絶縁膜２４、２５、及び１／４波長板２６、３１の透過率の合計は４０％とする。仮に、全部の画素が透過できると考えても、表示パネル１の最大透過率は、５０％（偏光板）×５０％（偏光板）×４０％（ガラス＋ＴＦＴ）＝１０％となる。
したがって、本実施形態において、透過率の範囲は透過率４％以上、１０％以下となる。
反射率に関しては、屋外で観測される照度は、非常に暗い日（雷雲、降雪中）で２０００ｃｄ／ｍ２、晴れの状態で、５００００ｌｘ（ｃｄ／ｍ２）となることが知られている。また、上記と同様に、人間が文字表示を識別するには、表示輝度が２０ｃｄ／ｍ２以上であることが必要である。したがって、表示パネルの反射率は１％となる。反射率の定義と測定方法について、後程述べる。この結果は、本願発明者が暗室において、ＰＤＡに前面から輝度を当てて最低照度を調査した結果と一致する。
最大反射率については、例えば、Ａｇを反射電極１２の全面を覆う場合、４２％の反射率が限界であることが測定により分かっている。図１２に示す図表は反射電極１２の全面を反射面とした場合の反射率の測定結果を示す。図１２において、ＰＮＬＮが表示パネル番号を、ＲＦＬが反射率をそれぞれ示している。図１２に示された測定データの平均値は４２．２３％である。したがって、本実施形態に係る表示パネルは、反射電極１２の全面を反射面とした場合の平均反射率は約４２％である。
実際に、透過率は４％以上、つまり、開口率は４０％以上、１００％未満である。すなわち、反射領域の面積比率は６０％以下である。そうすると、表示パネル１の最大反射率は６０％（反射率）×４２％（全面反射率）＝２５％となる。開口率が１００％未満である理由は次のとおりである。すなわち、画素内部の信号線、ゲート配線、トランジスタ部により、透過領域は必ず遮光されるため、開口率は１００％はとれず、１００％未満となる。
図１３は、第１の実施形態に係る液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示す図である。図１３において、横軸が反射率ＲＦＬを、縦軸が透過率ＴＲＭをそれぞれ示している。また、図１３において、符号ａで示す領域が本実施形態に係る液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示し、符号ｂで示す領域が従来の液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示している。
以上の本実施形態の液晶表示装置によって、表示パネル１における反射率は１％から２５％の間で、透過率４％以上、１０％以下、すなわち、図１３に示す領域ａの範囲に設定することができる。これにより、本実施形態の液晶表示装置は、従来のバックライトの輝度であっても、例えば、２００ｐｐｉの高精細度表示においても、透過型表示のみの液晶表示装置と同等の表示光の輝度を確保でき、かつ、反射型の特性を確保することができ、太陽光や照明光などの外光が暗い場合であっても、高い視認性の表示を実現することができる。
これに対して、従来の液晶表示装置においては、図１３に示された領域ｂの範囲で反射率と透過率を設定していたので、本実施形態と近い反射率を確保できるものの、透過率が低く、透過型表示における表示光の輝度が十分ではなく、視認性が低下する。
次に、上述した液晶表示装置の反射率の測定方法について述べる。
図１４Ａに示すように、上述した構成の液晶表示パネル１に外部光源５２から光を照射する。表示パネル１に白を表示するように、駆動回路５１は表示パネル１に適切な駆動電圧を印加して表示パネル１を駆動する。そして、上記入射光は表示パネル１内の反射膜に反射され、射出され、光センサ５５に入射する。光ファイバ５３が、光センサ５５が受光した光を光ファイバ５３を経由して光検出装置５４及び測定装置５６に伝送し、測定装置５６で反射光の白表示での出力を測定する。
この時、外部光源５２からの照射光は、図１４Ｂに示すように、表示パネル１の中央に入射角θ１が３０°となり、表示パネル１にて反射された反射光が光センサ５５に対して正面から入射するように、すなわち光センサ５５への入射角θが０°とされるように照射する。このようにして得られた反射光の出力を用いて、次の式１に示すように反射領域Ａの反射率を求める。
Ｒ＝Ｒ（Ｗｈｉｔｅ）＝（白表示からの出力／反射標準からの出力）
×反射標準の反射率      …（１）
ここで、反射標準とは、標準的な反射物であり、その反射率は既に知られているものである。入射光が一定の場合は、測定対象からの反射光の光量を該反射標準からの反射光光量と比較すれば、測定対象の反射率を推定できる。
なお、上記の説明に、ＴＦＴ９がボトムゲート構造を有するものとして説明したが、ＴＦＴ９はこのような構造に限定されるものではなく、図１５に示すいわゆるトップゲート構造を有するものであってもよい。図１５において、図４に示すＴＦＴ９と同様な構成成分について同一符号を用い、説明を省略する。
ＴＦＴ４０は、透明絶縁基板８上に、１対のｎ＋拡散層１６、１７と半導体薄膜層１８とが形成されている。これらがゲート絶縁膜１４で覆われている。ゲート絶縁膜１４上には、半導体薄膜層１８と整合する位置にゲート電極１５が形成され、層間絶縁膜４１により覆われている。層間絶縁膜４１上に、ソース電極１９とドレイン電極２０が形成され、ソース電極１９は層間絶縁膜４１に形成されたコンタクトホール４１ａを介して、一方のｎ＋拡散層１６に、ドレイン電極２０は、層間絶縁膜４１に形成されたコンタクトホール４１ｂを介して、ｎ＋拡散層１７に接続されている。
本実施形態によれば、バックライトからの光をレンズシート７４により集光することで、バックライトの輝度を向上させ、透過率を４％以上、１０％以下に設定し、反射率を１％から２５％の間で設定し、透過型表示のみの表示装置と同等の表示光輝度、及び表示に必要な反射表示光輝度を確保しながら、バックライトの消費電力を増加させずに、高精細度の表示に伴う画素サイズ及び透過領域面積の減少に対応できるようになる。
第２の実施形態
次に、図１６〜図１８に関連付けて、本発明の第２の実施形態を説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、第１の実施形態に説明した液晶表示装置と同じ基本構造を有する。ただし、本実施形態の液晶表示装置において、カラーフィルタの構成は第１の実施形態と異なる。
図１６は、本実施形態の液晶表示装置における表示パネル８１の構造を示す断面図である。図１６に示す表示パネル８１の平面図は図１と同様であり、また、図１６はこの平面図の中央における断面図である。
なお、図１６には、第１の実施形態の液晶表示装置と同様の構成成分に同じ符号を用い、また、重複する説明を省略する。
図１６に示された表示パネル８１の構造は、図２に示す表示パネル１と基本的に同じである。ただし、図１６には、カラーフィルタ２９ｂは透過領域Ｂのみに設けられている。
すなわち、図１６に示された表示パネル８１において、薄膜トランジスタＴＦＴ９は、例えばＣＶＤ法などで得られる低温ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の薄膜を用いて形成され、外径サイズを小さくすることができ、反射領域Ａと透過領域Ｂの面積を大きくとることができ、反射率と透過率ともに向上させることができる。
また、反射電極１２は、ロジウム、チタン、クロム、銀、アルミニウム、クロメルなどの金属膜からなり、反射領域Ａの表面に、凹凸が形成されており、反射光の指向性を緩和する。特に、銀（Ａｇ）などを用いた場合には、反射型表示における反射率が高くなり、反射領域Ａの面積を小さくしても、必要なレベルの反射率を確保することができる。
カラーフィルタ２９ｂは、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えば、赤、緑、青の各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。
従来は、カラー表示を行なうために、カラーフィルタは、透明絶縁基板２８の画素領域４全体と整合した位置に設けられ、反射型表示と透過型表示ともにカラー表示となっていた。カラーフィルタは光を吸収するので、その分、反射光と透過光の輝度が減少する。
透過型表示を主に使用される液晶表示装置には、反射型表示を使用する時間が短い。例えば、電力供給を確保できる場合には、透過型表示だけを使用する、電力供給を確保できず、かつ、ある程度の周囲光がある場合に、反射型表示を使用する。
このような時に、文字だけ白黒２色で表示し、電子メール等の文章や表などを表示するのに必要な白黒の区別を明らかに付ければ十分である。
したがって、本実施形態において、図１６に示すように、カラーフィルタ２９ｂは、画素領域４の全面ではなく、透過領域Ｂだけ覆うようにする。
これにより、反射領域Ａにおいて、カラーフィルタが設けられていないので、カラーフィルタによる光の吸収および輝度の減少がなくなる。
また、カラー表示の場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂ３画素が画面上１ドットを表示するのに対して、白黒表示の場合には、１画素が１ドットを表示し、表示する画素数は、実質にカラー表示の３倍となるので、反射輝度はさらに高くなる。
図１７に、反射領域Ａと透過領域Ｂ共に、カラーフィルタを設ける場合の反射率（Ｘ）と、本実施形態によって得られる反射率（Ｙ）とのデータを示す。図１７において、縦軸が反射率ＲＦＬを示している。本実施形態のようにカラーフィルタ２９ｂを配置することによって、反射率は更に大幅に増加し、３０％に達している。
図１８は、第１の実施形態に係る液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示す図である。図１８において、横軸が反射率ＲＦＬを、縦軸が透過率ＴＲＭをそれぞれ示している。また、図１８において、符号ｃで示す領域が本実施形態に係る液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示し、符号ｂで示す領域が従来の液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示している。
以上の本実施形態の液晶表示装置によって、表示パネル８１における反射率は１％から３０％の間で、透過率４％以上、１０％以下となり、すなわち、図１８に示す領域ｃの範囲に設定することができる。これにより、本実施形態の液晶表示装置は、従来のバックライトの輝度であっても、透過型表示のみの液晶表示装置と同等の表示光の輝度を確保でき、かつ、反射型の特性を確保することができ、太陽光や照明光などの外光が暗い場合であっても、高い視認性の表示を実現することができる。
したがって、実施形態のように、画素領域の透過領域のみを覆うカラーフィルタと、低温多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタＴＦＴと、銀、アルミニウムなどの高反射率の金属からなる反射領域が散乱する機能を有する反射電極とを用いることによって、透過型表示のみカラー表示、反射型表示は白黒表示となるが、反射率と透過率ともに向上でき、反射型表示と透過型表示の視認性をともに改善できる。
第３の実施形態
次に、図１９〜図２１に関連付けて、本発明の第３の実施形態を説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、第１と第２の実施形態に説明した液晶表示装置と同じ基本構造を有する。ただし、本実施形態の液晶表示装置においては、反射膜の構成が異なる。
図１９は、本実施形態の液晶表示装置における表示パネル６１の構造を示す断面図である。図１９に示された表示パネルの構造は、図１６と基本的に同じである。ただし、図１９の表示パネル６１では、反射電極６２の反射領域Ａの表面が平坦面である。
なお、図１９〜図２１においては、第１と第２の実施形態の液晶表示装置と同様の構成成分に同じ符号を付している。
反射電極６２の表面は、表面中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０２μｍ以下であることが好ましい。また、反射電極６２は、上述したように、ロジウム、チタン、クロム、銀、アルミニウム、クロメル等の導電性金属膜からなり、特に、銀を使用した場合には反射型表示における反射率が高くなる。
第１および第２の実施形態では、図２および図１６に示すように、散乱層１０を使って反射電極１２の反射領域Ａの凹凸を作成している。これは、反射型表示の時に液晶にランダムに光を入射させて、反射光の拡散を狙ったものであるが、液晶へ入射する反射光の分散を強いられるため、反射率は平坦な状態での反射膜より低下する。
本第３の実施形態では、反射のピークを最大にするためには反射膜を平坦にすることで反射率を最高にする。この場合には、反射光が集中され、表示画面の視認性は指向性が生じるが、一般的に、透過型表示の視認性がもっとも低下するのは太陽光が正反射で目に入射する場合で、この時のみ視認性が確保されれば良い。すなわち、透過型表示の視認性が確保されない部分にのみ、反射率を最大に設定して、反射型表示の視認性を最大にする。
したがって、本実施形態では、反射領域Ａとして、平坦な正反射を発生させる反射層を形成することが望ましい。
本第３の実施形態において、第２の実施形態と同様に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９は、半導体薄膜層として低温ポリシリコンを用いて形成される。また、カラーフィルタ２９ｂは、画素領域６４の全面ではなく、透過領域Ｂだけ覆うように配置されている。
反射領域Ａにおいて、カラーフィルタが設けられていないので、カラーフィルタによる光の吸収および輝度の減少がなくなる。
また、カラー表示の場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂ３画素が画面上１ドットを表示するのに対して、白黒表示の場合には、１画素が１ドットを表示し、表示する画素数は、実質にカラー表示の３倍となるので、反射率を最大３０％まで向上させることが可能となる。
さらに、反射電極６２の平坦な反射領域Ａを、ゲート配線５、信号線６、及びＣＳ線７などの配線が形成された領域、または、ＴＦＴ９が形成された領域（以降、これらの領域を配線領域と呼ぶ）の直上に形成する。以上の配線領域は、光が透過することができず、透過領域にはなり得ない。このような領域を有効に利用して反射領域Ａとすることで、透過領域Ｂの開口面積を画素領域の残りの面積まで最大限にとることができる。この場合、例えば、ゲート配線５、信号線６、または、ＣＳ線７などの配線の片側に反射膜電極６２がかかるように配置する。
図２０Ａ〜図２０Ｄと図２１Ａ〜図２１Ｄは、ＣＳ線７とゲート線５は独立する構造において、配線領域の直上に反射領域Ａを形成する例を示す図である。
図２０Ａは、液晶表示装置における画素領域の平面図であり、この画素領域において、金属膜からなるゲート線５、信号線６、及びＣＳ線７が設けられており、ゲート線５とＣＳ線７が独立している。該金属膜からなるゲート線配線領域、信号線配線領域、ＣＳ線配線領域、及び薄膜トランジスタ９（ＴＦＴ）が形成されている領域のうちいずれか１つまたは複数組み合わせた領域の直上の領域に、反射電極６２の反射領域Ａが形成されている。
図２０Ｂは、ゲート線配線領域、ＣＳ線配線領域、及びＴＦＴ領域を反射領域Ａとした場合、図２０ＣはＣＳ線配線領域のみを反射領域Ａとした場合、図２０Ｄはゲート線配線領域のみを反射領域Ａとした場合、図２１ＡはＴＦＴ領域のみを反射領域Ａとした場合、図２１ＢはＣＳ線配線領域とＴＦＴ領域のみを反射領域Ａとした場合、図２１Ｃはゲート線配線領域とＴＦＴ領域を反射領域Ａとした場合、図２１Ｄは信号線配線領域のみを反射領域Ａとした場合である。
このようにして画素領域内の空間を有効に使用することで、透過領域Ｂの面積を大きく確保でき透過率を向上できる。
第４の実施形態
次に、図２２および図２３に関連付けて、本発明の第４の実施形態を説明する。
図２２は、本実施形態の液晶表示装置における表示パネル６１Ａの構造を示す断面図である。図２２に示された表示パネルの構造は、図１９と基本的に同じであり、図２２においては、第１と第２の実施形態の液晶表示装置と同様の構成成分に同じ符号を付している。
本第４の実施形態の液晶表示装置は、上述した第３の実施形態に説明した液晶表示装置と、カラーフィルタの形成領域が異なり、その他は同じ基本構造を有する。
本第４の実施形態において、カラーフィルタ２９ｃは、第１および第２の実施形態と同様に、顔料や染料によって各色、例えばＲ、Ｇ、Ｂに着色された樹脂層であり、反射領域Ａと透過領域Ｂを含む画素領域４と対向位置するように形成されている。ただし、カラーフィルタ２９ｃには、反射領域Ａに対応する部分に、開口部４０が形成されている。
開口部４０は、カラーフィルタを形成しないことで設けられる領域であり、例えば図２０Ｂに示す領域が反射領域Ａとされた場合、図２３に示すように、その略中央に対応する位置に方形状の開口として設けられており、反射領域Ａに対応するカラーフィルタ２９ｃ−１全体の面積に対して１０％以上、９０％以下の比率で形成されている。
開口部４０を通過する光は、各色に着色されたカラーフィルタ２９ｃを通過しないため、色がつかず、また減衰量が少ない光となる。そして、液晶表示装置においては、反射型表示時に、この開口部４０を通過した光を、カラーフィルタ２９ｃを通過した光とともに表示光とすることで、反射型表示全体での反射率、輝度及び色再現性を向上させることができる。
上述した開口部４０を通過する光は、開口部４０の大きさによって、その量が調整可能とされる。したがって、液晶表示装置においては、カラーフィルタ２９ｃに形成する開口部４０の大きさを上述した範囲内で変更することで、反射型表示における反射率及び輝度を調整することができる。このため、液晶表示装置は、カラーフィルタ２９ｃの全体を透過領域Ｂに対応する部分２９ｃ−２と異なる膜厚や材料とすることによって反射型表示における反射率及び輝度を調整する必要が無くなる。したがって、液晶表示装置においては、カラーフィルタ２９ｃ−１とカラーフィルタ２９ｃ−２とを同一条件、具体的には同一膜厚、同一材料にて同一工程で簡易に形成することができ、製造工程を増加することなく、反射型表示における反射率、さらには輝度及び色再現性を向上させ、これによって反射型表示の視認性を向上させることができる。
また、液晶表示装置においては、反射領域Ａの割合を大きくせずに、開口部４０を大きくすることによって反射型表示における輝度を向上させることができるため、透過領域Ｂの大きさをそのまま維持することができる。したがって、液晶表示装置では、高反射率、高輝度の反射型表示を実現するとともに、透過領域Ｂの面積が大きく、また透過型表示における輝度を高いレベルで維持する透過型重視の構造を採ることができ、透過型表示における色再現性及び視認性を向上させることができる。
開口部４０は、上述した一つの方形状を呈する開口である場合に限らず、三角形や六角形等の他の多角形状でも円形でも良く、またその数も二つ以上であっても良い。ただし、開口部４０が、多角形状とされた場合、外部からの入射光と外部への反射光の光量に差異が生じてしまうため、いかなる入射光に対しても反射光の量が等しくなる円形の開口とした方が反射光の利用効率が向上する。したがって、開口部４０は、円形とした方が好ましい。また、円形の開口部４０が良好であることと同様の理由により、開口部４０を多角形状とする場合でも、点対称の多角形とする方が好ましい。
また、開口部４０は、上述した反射領域Ａの略中央に対応する位置以外にも、反射領域Ａに対応するカラーフィルタ２９ｃ−１の範囲内であればどこに形成しても良いが、透過領域Ｂの近傍に配置すると、透過表示時に開口部４０から内部光源からの光が漏れる原因となるため、反射領域Ａの略中央に位置するよう形成することが好ましい。
開口部４０の大きさは、カラーフィルタ２９ｃをフォトリソグラフィ工程にて形成する際に、その材料としてネガパターンを使用し、またカラーフィルタとしての機能を果たすために膜厚が１μｍ以上必要であることを考慮すると、パターン精度がとりやすい大きさ、例えば開口部４０の形状を円形とする場合には直径２０μｍ以上に形成することが望ましい。また、反射領域Ａに対応するカラーフィルタ２８を無くすことはできないので、開口部４０の大きさは、反射領域Ａの大きさ以下であることを要する。なお、フォトリソグラフィ工程にて使用するカラーフィルタ材料の光感度や、寸法精度が向上すれば、更に微細加工が可能となり得るため、開口部４０の大きさは、上述した範囲に限定するものではなく、開口幅、具体的には開口部４０が円形である場合には直径、開口部４０が多角形状である場合には相対向する辺間の距離又は辺と頂点との距離が１μｍ以上であっても良い。
そして、上述したように反射領域Ａに対応するカラーフィルタ２９ｃ−１に開口部４０を設けることで、高反射率の反射領域Ａを得ることができ、例えば最低限必要なレベルの視認性を得るための反射領域Ａの面積を小さくすることができ、その結果透過領域Ｂを大きく確保し得る透過型重視の構造の液晶表示装置を容易に実現することができる。このため、大きな透過領域Ｂによって透過型表示における色再現性を向上させるとともに、高輝度の透過型表示によって視認性を向上させることができる。
第５の実施形態
次に、図２４〜図２９に関連付けて、本発明の第５の実施形態を説明する。
上述した第１〜第４の実施形態にあっては、Ｃｓ線７を独立に配線し、このＣｓ線７と接続電極２０との間に補助容量Ｃを形成する液晶表示装置について説明したが、本発明はこのような構成を有する液晶表示装置に限定されるものではない。
そこで、本第５の実施形態は、例えば図２４に示すように、Ｃｓ線を独立に配線せずに、Ｃｓ線の役割をゲート線に持たせ、このゲート線に補助容量が重畳されてなる、いわゆるＣｓオンゲート構造を有する液晶表示装置に対しても適用するように構成している。
Ｃｓオンゲート構造の液晶表示装置は、図２４に示すように、複数本のゲート線５と複数本の信号線６とが、互いに直交するように配線されることでマトリクス状に区画される画素領域４が設けられ、この画素領域４毎にゲート線５と信号線６との交点にＴＦＴが形成されるＴＦＴ部９１が設けられている。そして、ゲート線５には、信号線６に沿ってかつＴＦＴ部９１との接続側とは反対側に延在する延在部６ａが設けられている。また、画素領域４には、ＴＦＴ部９１を介してＴＦＴに接続される接続電極９２が、前段のゲート線５の延在部５と対向するように配線されている。このような構成の液晶表示装置においては、前段のゲート線５の延在部５ａと、接続電極９２との重畳部分が、補助容量が形成される補助容量領域（以下、Ｃｓ領域と称する。）９３とされている。
また、図２４において、ゲート線５はゲートドライバ９４により駆動され、信号線６はソースドライバ９５により駆動される。
また、図２５は、図２４とは異なる駆動方法を採用した液晶表示装置の等価回路図である。
図２４の回路では、一定の対向電位Ｖｃｏｍを印加する場合であるが、図２５の回路は、１Ｈ毎に極性を反転させた対向電圧Ｖｃｏｍを印加する駆動方法を採用している。この場合、図２４の回路では９Ｖの信号電位が必要であったが、図２４の回路では、５Ｖの信号電位で足りる。
また、図２６は、低温ポリシリコンのパネル回路を有する液晶表示装置の等価回路図である。なお、図２６においても、図２４および図２５と同様な構成要素には、同一符号を付している。
図２６の回路では、図２４および図２５の回路と異なりソースドライバを同一パネルに搭載しない構成をとる。図示しないソースドライバからの信号ＳＶは、複数の転送ゲートＴＭＧを有するセレクタＳＥＬを介して信号線６に転送される。各転送ゲート（アナログスイッチ）ＴＧＭは外部からの相補的レベルをとる選択信号Ｓ１とＸＳ１、Ｓ２とＸＳ２、Ｓ３とＸＳ３、・・により導通状態が制御される。
図２７Ａ，Ｂおよび図２８Ａ，Ｂは、ＣＳ線７とゲート線５は共通する、いわゆるＣＳオンゲート構造において配線の直上に反射領域Ａを形成する例を示す図である。
図２７Ａは、２×２画素領域の平面図であり、これらの画素領域において、複数のゲート線５と複数の信号線６とが互いに直交して配線されて、マトリクス状に区画されている。画素ごとに、ゲート線５と信号線６との交点にＴＦＴ９が形成される。
ゲート線５に、信号線６に沿ってかつＴＦＴ９との接続側とは反対側にＣＳ線７が設けられている。ＣＳ線７が独立に配線されず、前段のゲート線との間に図示のように、保持容量ＣＳが形成されている。
金属膜からなるゲート線配線領域、信号線配線領域、ＣＳ形成領域、及びＴＦＴ形成領域のうちいずれか１つまたは複数組み合わせた領域の直上の領域に、反射電極６２の反射領域Ａが形成されている。
図２７Ｂは、ゲート線配線領域とＴＦＴ形成領域を反射領域Ａとした場合、図２８Ａは信号線配線領域のみを反射領域Ａとした場合、図２８ＢはＴＦＴ形成領域のみを反射領域Ａとした場合、図２９はゲート線のみを反射領域Ａとした場合である。
このようにして画素内のスペースを有効に使用することで、透過領域Ｂの面積を大きく確保でき透過率を向上させることができる。
このような液晶表示装置にあっても、画素領域４において、内部光源であるバックライトからの光を遮蔽する金属配線等の金属膜が設けられた領域、具体的には上述したゲート線５が配線された領域や信号線６が配線された領域、Ｃｓ領域９３が形成された領域、またＴＦＴが形成されたＴＦＴ部９１のうちいずれか一つ又は複数組み合わせた領域の直上に反射領域Ａが設けられている。
例えば、図２７Ａに示すような構成の画素領域４にあっては、図２７Ｂに示すＣｓ線配線領域とゲート線配線領域との直上に反射領域Ａが設けられる。このように、内部光源からの光を遮蔽する領域を有効に利用して反射領域Ａとすることで、効率よく画素領域４内で反射領域Ａと透過領域Ｂとを分けることができる。その結果、透過領域Ｂの面積を大きく確保して透過型重視の構造とすることができる。
また、上述した画素領域４においては、この画素領域４に対応して設けられるカラーフィルタ（図示は省略する。）の反射領域に対応する部分に開口部４０を形成し、また平坦化層上に平坦な反射電極を形成することで、表示パネルにおける反射率及び透過率を上述した範囲、すなわち反射率を１０％以上、透過率を４％以上、１０％以下の範囲に設定することができる。
上述したＣｓオンゲート構造を有する図２４の液晶表示装置の駆動方法について説明する。このようなＣｓオンゲート構造の場合、前段のゲート線がＣｓ容量機能を加味するため、自段のゲート線がＯＮ状態の時には、前段のゲート線は容量変動を抑えるためにＯＦＦ状態とする必要がある。この液晶駆動装置においては、例えば５Ｖの一定の対向電位Ｖｃｏｍが印加され、またゲート波形は同図に示すような波形となる。
上記液晶表示装置では、まず第１のゲート線５−１をＯＮとし、その後にゲート電位をＯＦＦ電位に固定する。次に、第２のゲート線５−２がＯＮとされる。このとき、Ｃｓ線機能を有する第１のゲート線５−１はＯＦＦとされているため、第１のゲート線５−１に接続された補助容量Ｃｓ１（Ｃｓ領域９３）に、ＴＦＴ部９１のソース、ドレインを通じて画素の保持電荷が注入され、画素電位が確定される。そして、第２のゲート線５−２がＯＦＦとされるとともに、第３のゲート線５−３がＯＮとされ、上述した保持容量Ｃｓ１と同様に、第２のゲート線５−２に接続された保持容量Ｃｓ２に保持電荷が注入され、画素電位が確定される。
なお、上述した駆動方法において、走査方向は図１０中矢印Ａ方向である。また、この駆動方法におけるＯＦＦ電位は−３Ｖであるが、ＯＦＦ電位をこの電圧としたのは、ＴＦＴ部９１に使用したＮｃｈにおいて、完全に電流をカットする電位がマイナス電位であるためであり、ＴＦＴ部９１の電流カット電位がプラス側にある場合には、ＧＮＤ電位をＯＦＦ電位とすることができることは勿論である。
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改変が可能である。
以上の実施例で説明した液晶表示装置の構成は一例であり、本発明は以上の構成に限定されず、他の構成に適用できる。
第３および第４の実施形態では、平坦な反射膜を配線領域の直上に形成する場合を例にしたが、散乱膜を配線領域の直上に形成して反射領域となることは、本発明の範囲内である。
以上説明したように、本発明によれば、液晶表示装置の表示パネルの透過率を４％以上、１０％以下に設定し、反射率を１％から３０％の間で設定し、透過型表示のみの表示装置と同等の表示光輝度、及び表示に必要な反射表示光輝度を確保しながら、液晶表示装置の消費電力を増加させずに、高精細度の表示に対応できるようになる。
また、透過領域のみ覆うカラーフィルタを設けることによって、反射率をさらに向上させることが可能となる。
また、反射領域に対応するカラーフィルタに開口部を設けることで、高反射率の反射領域を得ることができ、例えば最低限必要なレベルの視認性を得るための反射領域の面積を小さくすることができ、その結果、透過領域を大きく確保しえ得る透過型重視の液晶表示装置を実現できる。
また、低温多結晶シリコンを用いることから、画素ごとの薄膜トランジスタＴＦＴのサイズを小さくすることができ、反射領域と透過領域の全面積は増加する。さらに、反射率の高い金属からなる反射膜、または、平坦な反射膜を形成する、特に、配線領域の直上に形成することにより、透過領域の面積を増大することができ、反射率と透過率共に向上できる。
したがって、本発明によって、反射透過併用型の液晶表示装置において、反射表示と透過型表示両方の視認性および色再現性を向上できる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る液晶表示装置は、反射表示と透過型表示両方の視認性および色再現性を向上できることから、ノート型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション用の表示装置、携帯情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネルの構造を示す部分平面図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネルの構造を示す断面図である。
図３は、画素領域の等価回路図である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置において、薄膜トランジスタの構造の一例を示す断面図である。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置において、画素のレイアウトの一例を示す平面図である。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置において、画素のレイアウトの他の例を示す平面図である。
図７は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉで形成されたＴＦＴとａ−Ｓｉで形成されたＴＦＴを用いた液晶表示装置の反射率と透過率の測定データである。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置においてバックライト及びその集光光学系を示す図である。
図９は、図８に示されたバックライト及びその集光光学系の斜視図である。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置において、表示パネルに必要な最低表示輝度の調査結果を示す図である。
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置において、表示パネルの表面に一定の輝度を維持する場合、透過率とバックライト輝度の関係を示すグラフである。
図１２は、表示パネルの反射電極の全面を反射膜とした場合の反射率の測定結果を示す図である。
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示す図である。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、反射率を測定する方法を説明する図である。
図１５は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置において、薄膜トランジスタの構造の他の例を示す断面図である。
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネルの構造を示す断面図である。
図１７は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置において、最大反射率の増加を示す図である。
図１８は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置における透過率と反射率の設定可能な範囲を示す図である。
図１９は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネルの構造を示す断面図である。
図２０Ａは本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置における画素領域のレイアウトの第１の例を示し、図２０Ｂ〜図２０Ｄは、画素領域において、反射領域の配置位置を示す図である。
図２１Ａ〜図２１Ｄは、図２０Ｄに続いて、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置において、各画素領域に反射領域の配置位置を示す図である。
図２２は、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネルの構造を示す断面図である。
図２３は、カラーフィルタに形成する開口部の形成例を示す図である。
図２４は、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置を説明するための図で、Ｃｓオンゲート構造を有する液晶表示装置の等価回路図である。
図２５は、図２４とは異なる駆動方法を採用した液晶表示装置の等価回路図である。
図２６は、低温ポリシリコンのパネル回路を有する液晶表示装置の等価回路図である。
図２７Ａ本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置における画素領域のレイアウトの第２の例を示し、図２７Ｂは、画素領域において、反射領域の配置位置を示す図である。
図２８Ａおよび図２８Ｂは、図２７Ｂに続いて、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置の各画素領域において、反射領域の配置位置を示す図である。
図２９は、図２７Ｂに続いて、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置において、各画素領域の反射領域の配置位置を示す図である。
符号の説明
１，６１，６１Ａ，８１…液晶表示パネル
３…液晶層
４…画素領域
５…ゲート線
６…データ信号線
７…ＣＳ線
８…透明絶縁基板
９，９ａ…ＴＦＴ
１０…散乱層
１１…平坦化層
１２…反射電極
１３…透明電極
１４…ゲート絶縁膜
１５…ゲート電極
１６、１７…ｎ＋型拡散層
１８…半導体薄膜層
１９…ソース電極
２０…ドレイン電極
２１…接続電極
２２…コンタクトホール
２３…ストッパ
２４…絶縁膜
２４ａ，２４ｂ…コンタクトホール
２５…絶縁膜
２６…１／４波長板
２７…偏光板
２８…透明絶縁基板
２９…オーバーコート層
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…カラーフィルタ
３０…対向電極
３１…１／４波長板
３２…偏光板
４０…ＴＦＴ
４１…絶縁膜
４１ａ，４１ｂ…コンタクトホール
５１…駆動回路
５２…光源
５３…光ファイバ
５４…光検知装置
５５…光センサ
５６…測定装置
６２…反射電極
６３…透明電極
６４…画素領域
７１ａ，７１ｂ…バックライト
７２…導光板
７３…拡散板
７４…レンズシート
ＣＳ…保持容量
Ａ…反射領域
Ｂ…透明領域
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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