JP5107070B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射モードと透過モードの両方で画像の表示が可能な併用型の表示装置に関する。特に併用型の液晶表示装置に関する。

従来から領域分割方式の併用型液晶表示装置が知られている。この領域分割方式は、１つの画素面積を反射部と透過部とに領域分割して、反射モードの表示と透過モードの表示の両方を可能にしている。画素の反射部には通常アルミニウム、銀、銀合金などの光反射画素電極を配置する一方、透過部には透明画素電極を配している。このような併用型の表示装置は、例えば特許文献１に開示がある。
特開２００１−３３７３２０公報

従来の領域分割方式の併用型表示装置は、透過モードではバックライトからの光源光（照明光）を利用して表示を行う一方、反射モードでは外光の反射を利用して表示を行っている。太陽光などの外光が豊富な昼間や屋外では、反射モードで表示を行うことにより、バックライトを不要としてその分消費電力を節約できる。一方外光の乏しい夜間や屋内では、バックライトを点灯して透過モードにより表示を行う。このような併用型の表示装置は、特に電源供給が限られている携帯機器のディスプレイとして好適である。

従来の領域分割方式の併用型表示装置は、画素の反射部と透過部に、同じ映像信号を書き込んで、その輝度（階調）を制御している。一方、同じ画素内でも反射部と透過部では電気光学的な条件が異なっている。このような状況で、反射部と透過部を同じ振幅レベルの映像信号で駆動しようとすると、必ずしも最適な条件が得られず、解決すべき課題となっている。透過部に合わせた信号レベルに設定すると反射部で十分なコントラストや輝度が得られなくなったり、逆に反射部に合わせて駆動条件を設定すると、透過部で十分なコントラストや輝度が得られない。

従来の併用型表示装置は、反射部と透過部で共通の信号を用いた場合でも十分なコントラストや輝度を確保するため、画素構造の方で対処しているのが通常である。しかしながら、同一画素内で反射部と表示部に構造的な違いがあると、その分表示装置の製造プロセスが複雑化し、コストの増大を招くため、解決すべき課題となっている。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は併用型の表示装置において、反射部と透過部とで共に最適な駆動条件を設定可能な表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、液晶を挟んで対向する第１基板及び第２基板を備えた表示装置において、第１基板の液晶側に、外光を反射する反射画素電極及び照明光を透過する透明画素電極が列方向に配され、均一な厚さの液晶を介して第１基板に対向する第２基板の、反射画素電極及び透明画素電極に対向する位置に共通電極が配される一対の反射画素及び透明画素を備え、行列状に配された画素と、一対の反射画素及び透明画素に対して一本の割合で行状に配された走査線と、一対の反射画素及び透明画素に対して一本の割合で行状に配された容量線と、一対の反射画素及び透明画素に対して二本の割合で列状に配された一対の信号線と、一対の反射画素及び透明画素に対応する容量線に接続し、反射画素電極の下部に配される反射画素の保持容量及び透明画素の保持容量と、を備えた画素アレイ部と、行状に配された走査線に接続した走査回路と、列状に配された一対の信号線に接続した信号回路と、を備えた駆動部と、を有し、走査回路は、行状に配された走査線を順次走査して、一本の走査線に対して共通に接続した一対の反射画素及び透明画素を同時に選択し、信号回路は、同時に選択された一対の反射画素及び透明画素に対応する列に割り当てられた一対の信号線を介して該一対の反射画素及び透明画素に夫々信号を書込み、以って反射モードの表示と透過モードの表示を行う。

本発明によれば、画素アレイ部は、２行の画素に対して１本の割合で配された行状の走査線と１列の画素に対して２本の割合で配された列状の信号線とを供えている。信号回路は、２本（一対）の信号線を介して一対の反射画素及び透明画素にそれぞれ信号を書き込み、以って反射モードの表示と透過モードの表示を同じ画素アレイ部で行っている。反射画素と透明画素のそれぞれに適応した信号を別々に書き込みことができるので、反射画素及び透明画素の両方で最適な駆動条件が得られるため、十分なコントラスト及び輝度を確保できる。また、駆動側で調整可能であるため、反射画素及び透明画素の構造に差をつける必要がなく、表示装置の構成並びに製造プロセスが単純になり、コスト上のメリットが生じる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる表示装置の実施形態を示しており、一対の反射画素及び透明画素を示す模式的な平面図である。本表示装置は、基本的に画素アレイ部と、これを駆動する駆動部（図示せず）とからなる。画素アレイ部は、行列状に配された画素ＰＩＸと、２行の画素ＰＩＸに対して１本の割合で配された行状の走査線と、１列の画素ＰＩＸに対して２本の割合で配された列状の信号線１，２とを有する。一方駆動部は、走査線に接続した走査回路と、信号線１，２に接続した信号回路とを含んでいる。走査回路は、行状の走査線を順次走査して、１本の走査線に対して共通に接続した２行分の画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２を同時に選択する。信号回路は、画素アレイ部の一列に属し且同時に選択された一対の画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２に対して当該列に割り当てられた一対の信号線１，２からそれぞれ信号を書き込んで表示を行う。

同時に選択される一対の画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２は、一方が外光を反射して表示を行う反射画素ＰＩＸ１で、他方が照明光を透過して表示を行う透明画素ＰＩＸ２である。信号回路は、一対の信号線１，２を介して一対の反射画素ＰＩＸ１及び透明画素ＰＩＸ２にそれぞれ信号を書き込み、以って反射モードの表示と透過モードの表示を同じ画素アレイ部で行う。

本実施形態は、各画素ＰＩＸが、トランジスタＳＷと、液晶セルとを含んでいる。例えば反射画素ＰＩＸ１に着目すると、トランジスタＳＷ１は、そのゲート電極５が対応する走査線に接続し、そのソースＳがコンタクト１を介して対応する信号線１に接続し、そのドレインが対応するコンタクト２を介して液晶セルに接続している。液晶セルは、トランジスタＳＷ１のドレインＤに接続する画素電極１１と、所定の共通電位に接続した透明な共通電極（図示せず）と、画素電極１１と共通電極の間に介在する液晶とからなる。

透明画素ＰＩＸ２も同様の構成となっており、トランジスタＳＷ２は、そのゲートが対応する走査線に接続し、そのソースＳがコンタクト１を介して対応する信号線２に接続し、そのドレインＤがコンタクト２を介して液晶セルに接続している。液晶セルは、トランジスタＳＷ２のドレインＤに接続する画素電極１２と、所定の共通電位に接続した透明な共通電極と、画素電極１２と共通電極の間に介在する液晶とからなる。

以上の説明から明らかなように、一対の画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２は基本的に同じ構造となっている。異なる点は、反射画素ＰＩＸ１側の画素電極１１が光反射材料からなる一方、透明画素ＰＩＸ２側の画素電極１２が光透過性の材料からなることである。

好ましくは、共通電極と画素電極１１，１２との間に保持された液晶は、反射画素ＰＩＸ１側と透明画素ＰＩＸ２側とで互いに等しい厚みを有する。信号回路は、反射画素ＰＩＸ１と透明画素ＰＩＸ２とで異なるダイナミックレンジの信号を供給する。

各画素ＰＩＸ１、ＰＩＸ２は、液晶セルに並列に接続した保持容量Ｃｓを有する。本実施形態では、透明画素ＰＩＸ２側の保持容量Ｃｓは一部が透明画素電極１２の下に配されているため、この分画素の開口率が犠牲になる。場合によっては、透明画素ＰＩＸ２側の保持容量Ｃｓを、反射画素ＰＩＸ１の反射画素電極１１の下部に置くことで、透明画素ＰＩＸ２の開口率を高めることも可能である。

図２は、図１に示した表示装置のＡ−Ｂ線に沿った断面構造を示す模式図である。この断面は、丁度反射画素ＰＩＸ１側のコンタクト２と透明画素ＰＩＸ２側のコンタクト２を結ぶ線で切断したものである。図示するように、本表示装置は、ガラス基板４の上に走査線が形成されている。この走査線は絶縁膜６で被覆されており、その上にポリシリコンなどの半導体薄膜７が所定の形状でパターニングされている。走査線の一部を構成するゲート電極と絶縁膜６と半導体薄膜７とで、薄膜トランジスタＳＷ１，ＳＷ２を形成している。図の断面図では、反射画素ＰＩＸ１側のトランジスタＳＷ１のドレインと、同じく透明画素ＰＩＸ２側のトランジスタＳＷ２のドレインとが、半導体薄膜７として現れている。

薄膜トランジスタＳＷ１，ＳＷ２は層間絶縁膜８によって被覆されている。その上には金属アルミニウムなどでコンタクト２が形成されている。これらのコンタクト２は、さらに層間絶縁膜９で被覆されている。この層間絶縁膜９の上には反射画素電極１１及び透明画素電極１２が所定の形状でパターニング形成されている。反射画素電極１１は金属材料からなり、コンタクト２を介して薄膜トランジスタＳＷ１のドレインに接続している。また透明画素電極１２はＩＴＯなどの透明材料からなり、別のコンタクト２を介して薄膜トランジスタＳＷ２のドレインに接続している。

反射画素電極１１や透明画素電極１２が形成されたガラス基板４と対向するように、ガラス基板１５が重ねられている。ガラス基板１５の内面には共通電極１６が形成されている。共通電極１６と画素電極１１との間に液晶１７が配されており、液晶セルを構成している。又共通電極１６と画素電極１２との間にも液晶１７が配されており、液晶セルを構成している。図から明らかなように、本実施例では、反射画素ＰＩＸ１側と透明画素ＰＩＸ２側で、液晶１７の厚みは等しくなっている。換言すると本実施例では、反射領域や透明領域に関わらず液晶１７の厚みを均一にしている。

従来の併用型液晶表示装置では、反射領域と透過領域で段差を設け、液晶１７の厚みに差をつけていた。この段差を設けることでプロセス増加となりさらにこれに伴うコスト増加や歩留り低下が問題となっていた。透過領域では光が液晶１７の裏側から表側に抜けるだけであり、光学的な光路長は液晶１７の厚みに等しい。一方反射領域では表側から入射した光が反射して再び表側から出射するため、光は液晶１７中を往復し、光路長は液晶１７の厚みの２倍となる。このままでは反射領域側と透過領域側とで駆動条件を合わせ込むことができないので、従来は反射領域側の液晶厚みを透過領域側の液晶厚みの例えば半分として両者の間に段差を設けていた。しかしながら、この段差部での液晶配向の乱れ（ディスクリネーション）は、黒表示時における光の漏れを発生させるため、コントラストの低下を誘発する。

これに対し本発明では反射画素ＰＩＸ１と透過画素ＰＩＸ２に別々の信号を入力することができる。このため従来のように反射領域と透過領域で液晶厚みを調節するために段差を設ける必要がなく、反射画素ＰＩＸ１，透明画素ＰＩＸ２それぞれに対して最適なダイナミックレンジに調整された入力信号を与えればよい。図２に示した様に、反射画素電極１１側と透明画素電極１２側で段差を設ける必要がなくなるので、段差部での液晶配向の乱れを防ぐと共に、プロセスの簡略化によるコスト削減と歩留りの向上を期待することができる。

図３は、本発明にかかる表示装置の他の実施形態を示す模式的な部分平面図である。理解を容易にするため、図１に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、透明画素ＰＩＸ２側の保持容量Ｃｓを、反射画素ＰＩＸ１側の反射画素電極１１の下部に配したことである。これにより、透明画素ＰＩＸ２側の開口率を改善することができる。

図４は、図１または図３に示した表示装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。図示するように、本表示装置は画素アレイ部と、これを駆動する駆動部とからなる。画素アレイ部は、行列状に配された画素ＰＩＸと、２行の画素ＰＩＸに対して１本の割合で配された行状の走査線と、１列の画素ＰＩＸに対して２本の割合で配された列状の信号線１，２とを有する。駆動部は、各走査線に接続した走査回路２と、各信号線１，２に接続した信号回路３とを含む。走査回路２は、行状の走査線を順次走査して、１本の走査線に対して共通に接続した２行分の画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２を同時に選択する。信号回路３は、画素アレイ部の一列に属し且同時に選択された一対の画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２に対して当該列に割り当てられた一対の信号線１，２からそれぞれ信号を書き込んで表示を行う。

画素ＰＩＸは、トランジスタＳＷと、液晶セルＣ_ＬＣと、保持容量Ｃｓとを含んでいる。トランジスタＳＷは、そのゲートが対応する走査線に接続し、そのソースが対応する信号線１または信号線２に接続し、そのドレインが液晶セルＣ_ＬＣに接続している。液晶セルＣ_ＬＣは、トランジスタＳＷのドレインに接続する画素電極と、所定の共通電位に接続した共通電極と、画素電極と共通電極の間に介在する液晶とからなる。保持容量Ｃｓは、液晶セルＣ_ＬＣと並列に接続されている。図示の例では、保持容量Ｃｓの一旦は画素トランジスタＳＷのドレインに接続し、他端は所定電位のＣｓ線に接続している。通常、このＣｓ線の電位は液晶セルＣ_ＬＣの共通電位と同じである。

図５は、図４に示した表示装置に含まれる信号回路の具体的な構成を示す模式的な回路図である。図示するように、信号回路３は一対の信号線１，信号線２を別々に駆動している。信号線１にはアナログバッファを介してＤＡコンバータ（ＤＡＣ）が接続されている。このＤＡコンバータＤＡＣには階調レベルに応じて所定の参照電圧が参照電圧ドライバ（Ｒｅｆ．Ｄｒｖ．）から供給されている。同じく信号線２にもアナログバッファを介してＤＡコンバータＤＡＣが接続している。このＤＡコンバータにも階調レベルに応じた所定の参照電圧が参照電圧ドライバ（Ｒｅｆ．Ｄｒｖ．）から供給されている。ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）は外部から供給されたデジタルの映像信号をアナログの信号電圧に変換し、アナログバッファを介して対応する信号線に供給している。

図５に示した信号回路３は反射画素に信号を供給する信号線１側の系統と、透明画素に信号を供給する信号線２側の系統とが、別々になっている。従って信号回路３は、信号線１と信号線２とで異なるダイナミックレンジの信号を供給することができる。例えば信号線１側の系統のＤＡコンバータＤＡＣに供給する参照電圧のレンジと、信号線２側の系統のＤＡコンバータＤＡＣに供給する参照電圧のレンジを異なるように設定すればよい。それぞれ反射画素側の駆動条件及び透明画素側の駆動条件に合わせて対応する信号のダイナミックレンジを最適化することで、実用的に十分なコントラスト及び輝度を得ることが可能である。

このような併用型の液晶表示装置は、携帯機器のディスプレイに好適である。図６は本発明が適用されたデジタルカメラであり、上が正面図で下が背面図である。このデジタルカメラは、撮像レンズ、フラッシュ用の発光部１４、表示部１８、コントロールスイッチ、メニュースイッチ、シャッター１９等を含み、本発明の表示装置をその表示部１８に用いることにより作製される。

図７は本発明が適用されたノート型パーソナルコンピュータであり、本体２０には文字等を入力するとき操作されるキーボード２１を含み、本体カバーには画像を表示する表示部２２を含み、本発明の表示装置をその表示部２２に用いることにより作製される。

図８は本発明が適用された携帯端末装置であり、左が開いた状態を表し、右が閉じた状態を表している。この携帯端末装置は、上側筐体２３、下側筐体２４、連結部（ここではヒンジ部）２５、ディスプレイ２６、サブディスプレイ２７、ピクチャーライト２８、カメラ２９等を含み、本発明の表示装置をそのディスプレイ２６やサブディスプレイ２７に用いることにより作製される。

図９は本発明が適用されたビデオカメラであり、本体部３０、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ３４、撮影時のスタート／ストップスイッチ３５、モニター３６等を含み、本発明の表示装置をそのモニター３６に用いることにより作製される。

本発明にかかる表示装置の実施形態を示す部分平面図である。 図１に示した表示装置のＡ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明にかかる表示装置の他の実施形態を示す模式的な部分平面図である。 図１または図３に示した実施形態の全体構成を示す回路図である。 図４に示した表示装置に含まれる信号回路の構成例を示すブロック図である。 本発明にかかる表示装置を備えたデジタルスチルカメラを示す斜視図である。 本発明にかかる表示装置を備えたノート型パーソナルコンピューターを示す斜視図である。 本発明にかかる表示装置を備えた携帯端末装置を示す模式図である。 本発明にかかる表示装置を備えたビデオカメラを示す斜視図である。

符号の説明

２・・・走査回路、３・・・信号回路、４・・・ガラス基板、５・・・ゲート電極、６・・・ゲート絶縁膜、７・・・半導体薄膜、１１・・・反射画素電極、１２・・・透明画素電極、１６・・・共通電極、１７・・・液晶、ＰＩＸ１・・・反射画素、ＰＩＸ２・・・透明画素、Ｃｓ・・・保持容量、ＳＷ・・・トランジスタ

Claims (3)

1. 液晶を挟んで対向する第１基板及び第２基板を備えた表示装置において、
   前記第１基板の前記液晶側に、外光を反射する反射画素電極及び照明光を透過する透明画素電極が列方向に配され、均一な厚さの前記液晶を介して前記第１基板に対向する前記第２基板の、前記反射画素電極及び前記透明画素電極に対向する位置に共通電極が配される一対の反射画素及び透明画素を備え、行列状に配された画素と、
   前記一対の反射画素及び透明画素に対して一本の割合で行状に配された走査線と、
   前記一対の反射画素及び透明画素に対して一本の割合で行状に配された容量線と、
   前記一対の反射画素及び透明画素に対して二本の割合で列状に配された一対の信号線と、
   前記一対の反射画素及び透明画素に対応する前記容量線に接続し、前記反射画素電極の下部に配される前記反射画素の保持容量及び前記透明画素の保持容量と、を備えた画素アレイ部と、
   前記行状に配された走査線に接続した走査回路と、
   前記列状に配された一対の信号線に接続した信号回路と、を備えた駆動部と、
   を有し、
   前記走査回路は、前記行状に配された走査線を順次走査して、一本の走査線に対して共通に接続した前記一対の反射画素及び透明画素を同時に選択し、
   前記信号回路は、同時に選択された前記一対の反射画素及び透明画素に対応する列に割り当てられた前記一対の信号線を介して該一対の反射画素及び透明画素に夫々信号を書込み、以って反射モードの表示と透過モードの表示を行う、
   表示装置。
2. 前記信号回路は、前記反射画素と前記透明画素とで異なるダイナミックレンジの信号を供給する、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記信号回路は、
   前記反射画素に前記信号を供給する第１の信号線に接続し、階調レベルに応じた第１の参照電圧に基づき、映像信号をアナログの信号電圧に変換した後、前記第１の信号線に出力する第１の信号系統と、
   前記透明画素に前記信号を供給する第２の信号線に接続し、階調レベルに応じた第２の参照電圧に基づき、前記映像信号をアナログの信号電圧に変換した後、前記第２の信号線に出力する第２の信号系統と、
   を有する、請求項２に記載の表示装置。

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