(57)【要約】【課題】透過型表示の輝度及び反射型表示の輝度が共に向上する液晶表示装置を提供する。【解決手段】低温多結晶シリコンで形成されたＴＦＴ９と、銀や、アルミニウム等反射率の高い金属で形成された反射電極１２と、透過領域のみ覆うカラーフィルタ２９ａを用いることによって、反射領域Ａの面積が小さくても高い反射率を確保でき、透過領域の面積を増大する可能となる。これによって、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の視認性が共に向上する。【選択図】図２
2004020610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射領域と透過領域が並列に配置された画素領域が複数マトリクス状に配列された液晶表示装置であって、
前記透過領域のみに、カラーフィルタが設けられている
液晶表示装置。
【請求項２】
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３】
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４】
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５】
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を含む液晶表示装置であって、
前記画素領域は、前記トランジスタの第２の電極に接続する一方の電極と、前記一方の電極と対向する他方の電極と、前記一方の電極と他方の電極との間に配置された液晶層とを有し、
前記一方の電極は、反射領域と透過領域を含み、
前記他方の電極における前記透過領域に対応する位置のみに、カラーフィルタが設けられている
液晶表示装置。
【請求項６】
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５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
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５に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
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５に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
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５に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
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５に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記ゲート線と前記保持容量線とが別々に形成される
請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記ゲート線と前記保持容量線とが共通する
請求項５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、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）、携帯電話等に広く用いられている。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、また、最近は、その両者の特徴を併せ持つ併用型と呼ばれる表示装置がある。
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、周囲の光が暗い場合には、視認性が極端に低下するという問題もある。
【０００３】
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。
【０００４】
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、透過輝度を犠牲して反射率を確保することをしていた。
【０００５】
例えば、特許公報第２９５５２７７号に開示された液晶表示装置は、反射型表示と透過型表示を共用する液晶表示装置であり、周囲の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、周囲の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、この発明では、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。
【０００６】
また、特開平２０００−１１１９０２号公報に開示された液晶表示装置も反射型表示と透過型表示を共用する液晶表示装置であり、該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渡って配置されているが、窓の形状に関して述べられていない。これは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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
表示装置の基本性能として、屋内でも屋外でも、視認性の良い画像表示が要求されている。従って、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両方について、視認性を向上させることが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされ、その目的は、透過型表示の輝度を向上させると共に、反射型表示の輝度を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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点の液晶表示装置は、反射領域と透過領域が並列に配置された画素領域が複数マトリクス状に配列された液晶表示装置であって、前記透過領域のみに、カラーフィルタが設けられている。
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し、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、高反射率金属膜から形成されている。
【００１０】
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を含む液晶表示装置であって、前記画素領域は、前記トランジスタの第２の電極に接続する一方の電極と、前記一方の電極と対向する他方の電極と、前記一方の電極と他方の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記一方の電極は、反射領域と透過領域を含み、前記他方の電極における前記透過領域に対応する位置のみに、カラーフィルタが設けられている。
【００１１】
好ましくは、前記トランジスタは、前記基板に設けられた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し、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し、また、前記反射領域は、高反射率金属膜から形成されている。
また、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、或は、前記ゲート線と前記保持容量線とが共通する。
【００１２】
上記の発明によれば、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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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、画素電極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、及び画素電極４と対向電極３０に挟持された液晶層３から構成される。
【００１４】
図１に示された画素電極４が行列に配設され、画素電極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。
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２に示すように、画素電極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を有する画素電極４を構成する反射電極１２とが形成されている。
【００１５】
ＴＦＴ９は、表示を行なう画素を選択して、その画素の画素電極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３に示すように、ＴＦＴ９は、例えば、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を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。
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。
【００１６】
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を介して画素電極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法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２３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。
【００１７】
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４と図５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４と図５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電極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。
【００１８】
図６は、ａ−Ｓｉと低温ｐｏｌｙ−Ｓｉで半導体薄膜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６に示す反射率と透過率の測定値は、図４と図５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、画素電極４が銀の反射膜を有し、画素サイズは１９０．５μｍ×６３．５μｍとし、また、カラーフィルタは反射領域Ａと透過領域Ｂを両方覆うようにする。
図６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、最大反射率と最大透過率はそれぞれ約７％と６％である。
【００１９】
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。
【００２０】
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、即ち、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。
【００２１】
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。
【００２２】
従来は、カラー表示を行なうために、カラーフィルタ２９ａは、透明絶縁基板２８の画素電極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共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、例えば、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などには、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。
【００２３】
従って、本実施形態において、図２に示すように、カラーフィルタ２９ａは、画素電極４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７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）との比較を示す。図示のように、本実施形態のようにカラーフィルタ２９ａを配置することによって、反射率は図６に示す最大の反射率より更に大幅に増加し、３０％に達している。
【００２４】
画素電極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。
【００２５】
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３０％の間で、透過率４％以上、即ち、図８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、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８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たものの、透過率が５％以下と低く、透過型表示における表示光の輝度が十分ではなく、視認性が低下していた。
【００２６】
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９（Ａ）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９（Ｂ）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、即ち光センサ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。
【００２７】
【数１】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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１０に示すトップゲート構造を有するものであってもよい。図１０において、図３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。
【００３０】
図１１は、本実施形態の液晶表示装置における表示パネルの等価回路図を示す。
図１１は、４×３画素の等価回路である。該等価回路において、各画素部は、対向電極３０と画素電極４と液晶層３から形成される液晶容量Ｃｃｌｉｊと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒｉｊと、保持容量ＣＳｉｊとを含む。図１１において、ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜３。
複数のゲート線ＷＬ１、ＷＬ２、ＷＬ３は並列に配置され、一列となる薄膜トランジスタＴｒｉｊのゲート電極と接続しており、各トランジスタをＯＮ／ＯＦＦし、表示を行なう画素を選択する。
【００３１】
並列に配置されたデータ信号線ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３からは、画像信号に応じた電圧を各画素に印加する。データ信号線ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３は、薄膜トランジスタＴｒｉｊのソース電極と接続しており、ゲート線ＷＬ１、ＷＬ２、またはＷＬ３に選択された画素に対して、保持容量ＣＳｉｊに充電しながら、対向電極３０と画素電極４に電圧を印加し、液晶層に入射された光を変調させ、画像を表示する。
保持容量ＣＳｉｊの一方の電極は薄膜トランジスタＴｒｉｊのドレイン電極を介して画素電極４と接続しており、保持容量線ＣＳＬ１、ＣＳＬ２、ＣＳＬ３は、保持容量ＣＳｉｊの他方の電極として対向電極３０に接続している。
本実施形態の液晶表示装置は、保持容量線ＣＳＬ１、ＣＳＬ２、ＣＳＬ３が、ゲート線ＷＬ１、ＷＬ２、ＷＬ３と独立する構造を有する。
【００３２】
なお、液晶層３は、前述した構成に限定されるものではなく、例えば、ゲストホスト液晶が水平配向されたものであってもよい。
また、以上に、保持容量線（ＣＳ線）７とゲート線５は独立している場合を例として説明をしたが、ＣＳ線７とゲート線５は共通するいわゆるＣＳオンゲートの構造を用いてもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、画素電極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、反射率と透過率共に向上でき、反射型表示と透過型表示の視認性を共に改善できる。
【００３４】
第２の実施形態
次に、図１２〜図２０を用いて、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、反射膜の構成は第１の実施形態と異なる。なお、図１２〜図２０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る。
図１２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１２に示す表示パネル６１の平面図は図１と同様であり、また、図１２は該平面図の中央における断面図である。
図１２に示された表示パネル６１の構造は、図２と基本的に同じである。ただし、図１２には、反射電極６２の反射領域Ａの表面が平坦面である。
【００３５】
図２に示すように、第１の実施形態では、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。即ち、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。
従って、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。
【００３６】
本実施形態において、第１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２９ａは、画素電極６４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。
【００３７】
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。
【００３８】
図１３と図１４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１３（Ａ）は、液晶表示装置における画素領域の平面図であり、該画素領域において、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。
【００３９】
図１３（Ｂ）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１３（Ｃ）はＣＳ線配線領域のみを反射領域Ａとした場合、図１３（Ｄ）はゲート線配線領域のみを反射領域Ａとした場合、図１４（Ａ）はＴＦＴ領域のみを反射領域Ａとした場合、図１４（Ｂ）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１４（Ｃ）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１４（Ｄ）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。
なお、上述した構造を有する液晶表示装置の駆動方法は、第１の実施形態において図１１に示された方法と同様である。
【００４０】
図１５〜図１７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１５（Ａ）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。
【００４１】
該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１５（Ｂ）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１６（Ａ）は信号線配線領域のみを反射領域Ａとした場合、図１６（Ｂ）はＴＦＴ形成領域のみを反射領域Ａとした場合、図１７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。
【００４２】
上述したＣＳオンゲート構造を有する液晶表示装置の駆動方法を、図１８に示された等価回路を用いて説明する。
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。
対向電極に、例えば、５Ｖの対向電位Ｖｃｏｍが印加され、また、ゲート線に図示のような信号が印加される。
ゲート線の走査は、例えば、ゲート線５−１、５−２、５−３、…の順に行なわれる。
まず、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、ゲート線５−２がＯＮとされる。この時、ＣＳ線機能を有するゲート線５−１はＯＦＦとされているので、ゲート線５―１に接続された保持容量ＣＳ２（図１５でのＣＳ）に、ＴＦＴ９−２のソース・ドレインを通じて、信号線６から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、ゲート線５−２がＯＦＦとされると共に、ゲート線５−３がＯＮとされ、上述した保持容量ＣＳ２と同様に、ゲート線５―２に接続された保持容量ＣＳ３に保持電荷が注入され、画素電位が確定される。
【００４３】
図１９の等価回路で示された駆動方法を用いても良い。
図１９に示すように、対向電位Ｖｃｏｍが１水平走査期間（１Ｈ）毎に極性が反転するよう印加される。また、ゲート線５−１をＯＮとされ、その後ＯＦＦとされた時に、Ｖｓｓ電位が対向電位Ｖｃｏｍの振幅電圧と同じ電位で、かつ対向電位Ｖｃｏｍと同期して変動する。このＶｓｓ電位の変動は、対向電位Ｖｃｏｍと同じく、画素信号の極性と反対の電位となる。他は、上述した駆動方法と同じである。また、ゲート波形が同図に示すような波形となる。
このような駆動方法によれば、画素信号の極性と反対の電位を入力することで、信号電位の振幅を図１８で説明された駆動方法に比べて小さくなる、即ち信号線に注入する信号電圧を低電圧とすることができる。そのため、信号線における消費電力を低減することができる。具体的に、図１８に示すように、一定の対向電位Ｖｃｏｍ（例えば、５Ｖ）を印加する場合は、信号の電位は９Ｖが必要であったが、図１９に示す１Ｈに極性を反転させた対向電位Ｖｃｏｍを印加する場合は、信号電位は５Ｖで足りる。
【００４４】
また、図２０に示すような回路構成を用いても良い。図２０は、図１８及び図１９に示す液晶表示装置にセレクタスイッチ方式を適用したものであり、同じ構成を有する部分には同一符号を付した。図２０に示す液晶表示装置は、互い隣り合う複数本（例えば３本）の信号線６−１、６−２、６−３を１ブロックとし、この１ブロック内の各信号線に時系列で信号を与える、いわゆる時分割駆動を行なうための３個のセレクタスイッチ７０ａ、７０ｂ、７０ｃが設けられている。また、各セレクタスイッチ７０ａ、７０ｂ、７０ｃにつき、２本の選択信号線７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂが配線されており、これらの選択信号線７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂには、各ブロックの３個のセレクタスイッチ７０ａ、７０ｂ、７０ｃを順次ＯＮとするための選択信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及び選択信号ＸＳ１、ＸＳ２，ＸＳ３が外部回路（不図示）から与えられる。ただし、選択信号Ｓ１〜Ｓ３及び選択信号ＸＳ１〜ＸＳ３は、反転信号である。ソースドライバからデータ信号は、信号線７４を経由して、選択されたセレクタスイッチから目標の信号線（６−１、６−２、６−３のいずれ）に与えられる。
【００４５】
このセレクタスイッチ７０ａ、７０ｂ、７０ｃを備えた液晶表示装置においては、ソースドライバからの信号線７４を削減することができる。そのため、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装の制限により、パットビットが６０μｍとなっていても、その３倍の密度の高精細化、理論上では、２０μｍピッチでの水平方向のドットの高精細化を図ることができる。
【００４６】
本実施形態によれば、画素電極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、平坦な反射領域を有する反射電極とを用い、さらに、金属配線層の直上にその反射電極を配設することによって、反射率及び透過率をさらに向上させ、反射型表示と透過型表示の視認性を共に改善できる。
【００４７】
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２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。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、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、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。
従って、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を向上できる。
本発明の液晶表示装置は透過型重視の反射透過兼用の液晶表示装置であるため、太陽の外光に影響を受けずに表示できる。また、反射領域が小さく、透過領域の面積が大きいことから、バックライトの消費電力を小さくすることができ、また、色再現性が向上し、さらに、透過輝度アップによる視認性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わ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】本発明の第１の実施形態に係わ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】本発明の第１の実施形態に係わ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４】本発明の第１の実施形態に係わ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５】本発明の第１の実施形態に係わ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６】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７】本発明の第１の実施形態に係わる液晶表示装置において、透過領域のみ覆うカラーフィルタを用いる場合反射率の増加を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係わ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９】（Ａ）と（Ｂ）は、反射率を測定する方法を説明する図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係わ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１１】本発明の第１の実施形態に係わる液晶表示装置の等価回路図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係わ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１３】（Ａ）本発明の第２の実施形態に係わ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、（Ｂ）〜（Ｄ）は、該画素領域において、反射領域の配置位置を示す図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１３に続いて、本発明の第２の実施形態に係わ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１５】（Ａ）本発明の第２の実施形態に係わ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、（Ｂ）は、該画素領域において、反射領域の配置位置を示す図である。
【図１６】（Ａ）と（Ｂ）は、図１５に続いて、本発明の第２の実施形態に係わ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１７】図１６に続いて、本発明の第２の実施形態に係わ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１８】本発明に係わる液晶表示装置の駆動回路の第１の例を示す図である。
【図１９】本発明に係わる液晶表示装置の駆動回路の第２の例を示す図である。
【図２０】本発明に係わる液晶表示装置の駆動回路の第３の例を示す図である。
【符号の説明】
１…液晶表示パネル、３…液晶層、４…画素電極、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…絶縁層、１５…ゲート電極、１６、１７…Ｎ＋型半導体膜、１８…半導体膜、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…絶縁層、２４ａ、２４ｂ…コンタクトホール、２５…絶縁層、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…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…絶縁層、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…画素電極、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ…セレクタスイッチ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ…選択信号線、７４…信号線、ＷＬ…ゲート線、ＢＬ…データ信号線、ＣＳＬ…保持容量線、ＣＳ…保持容量、Ｔｒ…トランジスタ、Ｃｃｌ…液晶素子容量、Ａ…反射領域、Ｂ…透過領域。
【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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