JP5472773B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、半透過型液晶表示装置に関し、更に詳しくは、反射領域と透過領域とを有する横電界方式の半透過型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置と、反射型の液晶表示装置とに大別される。一般に、透過型の液晶表示装置は、バックライト光源を有しており、バックライト光源からの光の透過量を制御して画像の表示を行う。反射型の液晶表示装置は、外部からの光を反射する反射板を有しており、この反射板によって反射された光を表示光源として利用し、画像の表示を行う。反射型液晶表示装置は、バックライト光源を必要としないため、透過型液晶表示装置に比して、低消費電力化や、薄型化、軽量化の面では優位である。しかし、周囲の光を表示光源とするため、周囲が暗いときには、視認性が低下することになる。

透過型液晶表示装置の利点と反射型液晶表示装置の利点とを併せ持つ液晶表示装置として、半透過型の液晶表示装置が知られている（例えば特許文献１）。半透過型液晶表示装置は、画素内に、透過領域と反射領域とを有する。透過領域は、バックライト光源からの光を透過し、バックライト光源を表示光源とする。反射領域は、反射板を有しており、反射板によって反射された外部からの光を表示光源とする。半透過型液晶表示装置では、周囲が明るいときには、バックライト光源を消灯し、反射領域により画像を表示することで、低消費電力化できる。また、周囲が暗いときには、バックライト光源を点灯し、透過領域により画像表示を行うことで、周囲が暗くなったときでも画像表示が可能である。

ところで、液晶表示装置の表示モードとしてはＩＰＳモード（横電界駆動方式、フリンジ電界駆動方式）がある。ＩＰＳモードの液晶表示装置は、同一基板上に形成された画素電極及び共通電極を有し、液晶層に横方向の電界を印加する。ＩＰＳモードの液晶表示装置は、液晶分子を基板平行方向に回転させて画像の表示を行うことにより、ＴＮモードの液晶表示装置に比して、広視野角を実現できる。

透過領域と反射領域とを有する半透過型の横電界方式の液晶表示装置（以下、単に、半透過型液晶表示装置とも呼ぶ）で、反射領域の液晶層を波長λが５５０ｎｍの光に対してλ／４板相当とし、透過領域の液晶層を、波長λが５５０ｎｍの光に対してλ／２板相当とし、反射領域の偏光板と液晶層との間にλ／２位相差板を配置して、ノーマリーブラック駆動する例は開示されている（例えば特許文献２）。また、λ／２位相差板を配置せずに、反射領域と透過領域とで駆動を反転させることで、表示を行う半透過型液晶表示装置もある（例えば特許文献３）。特許文献３では、各画素の反射領域と透過領域それぞれに、データ信号が供給されるデータ線と画素電極との間を接続するスイッチング手段と共通電極とを設ける。各画素の反射領域と透過領域とを、実質的に反転したオン−オフ反転信号で駆動し、液晶配列方向を、透過領域と反射領域とで異なる方向に制御する。例えば、反射領域では液晶に電圧を印加せずに白表示とし、透過領域では液晶に電圧を印加し液晶を回転させて白表示とする。このようにすることで、双方の領域での表示を白表示に揃えることができる。
特開２００３−３４４８３７号公報（図４、図２０、段落０００９〜００１９、段落００４５〜００４８） 特開２００６−１７１３７６号公報 特開２００７−０４１５７２号公報

ここで、液晶の複屈折率（Δｎ）は、透過領域と反射領域とで同じであるため、透過領域をλ／２にし、反射領域をλ／４に設定するためには、反射領域のセルギャップを狭ギャップ化する必要がある。ＩＰＳのような横電界型の閾値電界は、一般的に、

で表すことができ、セルギャップを狭くするほど、駆動電圧を上昇させる必要があることがわかる。反射領域を狭ギャップ化することで、反射領域では、液晶を駆動する櫛歯電極（画素電極、共通電極）の間隔を狭くして、液晶を駆動可能な電圧にする必要がある。一般に、横電界方式では、櫛歯電極間の液晶は、櫛歯電極間の電圧によって回転し、反射領域の反射率の制御（オン−オフ制御）に寄与するが、櫛歯電極上の液晶は、電極間に電圧を印加した場合でも回転せず、反射率制御に寄与しない。従って、櫛歯電極間隔を狭くすることで、反射率制御に寄与しない部分の面積が増えることになり、反射率が低下する。十分な反射率を得るためには、反射領域を広く取る必要があるが、反射領域を増やした分だけ透過領域が減ることになり、透過率が低下することになる。

特許文献２は、ノーマリーブラックであり、液晶を回転させた状態で白表示とするため、櫛歯電極上の液晶が駆動されないことにより、反射率が低く、白輝度が低くなる。これに対し、特許文献３では、透過領域を電圧印加しない場合を黒表示とした場合、反射領域は電圧印加しない状態で白表示となり、反射領域の全体を白表示に寄与させることができるため、高い反射率（白輝度）を得ることができる。しかし、特許文献３でも、反射領域の液晶層をλ／４板相当で用いており、反射領域のセルギャップを狭ギャップで用いる必要があることから、櫛歯電極間隔を狭くする必要がある点は、特許文献２の場合と同様である。このため、特許文献３にて、反射率制御に寄与する面積は、特許文献２と同様である。特許文献３では、反射領域にて、液晶を回転させて黒表示とする際に、櫛歯電極上の液晶が回転しないことで、黒輝度が上昇する。従って、白輝度自体は向上できるものの、コントラスト比は、特許文献２と同程度となる。

本発明は、反射領域における液晶駆動電圧を低下させることができ、反射領域の櫛歯電極間隔を広げることができる半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半透過型液晶表示装置は、画素内に反射領域と透過領域とを有し、液晶層と、前記液晶層を挟んで対向し、光軸が直交する一対の偏光板とを備え、前記液晶層の電圧が印加されていない状態での液晶配向方向が、前記一対の偏光板のうちのいずれか一方の偏光板の光軸と平行であり、前記液晶層が横電界駆動される半透過型液晶表示装置において、前記反射領域における前記液晶層の実効レタデーションがλ／４に設定され、前記透過領域における前記液晶層の実効レタデーションがλ／２に設定され、各画素の前記反射領域と前記透過領域とが互いに反転駆動され、前記反射領域は前記液晶層に電圧が印加されていない状態において白を表示し、前記透過領域は前記液晶層に電圧が印加されていない状態において黒を表示し、前記一対の偏光板のうちのいずれか一方の偏光板は、前記反射領域と前記透過領域とに共通に配置され、前記反射領域に対応して、前記共通に配置される偏光板と前記液晶層との間に、透過光にλ／２の位相差を与える位相差層を備え、前記共通に配置される偏光板から前記位相差層に入射する光の偏光方向と、前記位相差層の光学軸との間の角度θが、０°＜θ＜２２．５°の範囲にあることを特徴とする。

本発明の半透過型液晶表示装置では、反射領域の櫛歯電極間隔を広げることができるため、反射率制御に寄与する部分の面積を広げることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の半透過型液晶表示装置の断面構造を示している。液晶表示装置１０は、表示面側から見て、第１偏光板１１、対向基板１２、位相差層１８、初期配向がホモジニアス配向の液晶層１３、ＴＦＴ基板１４、及び、第２偏光板１５を順次に有する。この液晶表示装置１０は、表示エリア内に、反射領域２１と透過領域２２を有する半透過型の液晶表示装置として構成される。液晶表示装置１０は、例えば、野外で用いられることのある携帯電話、デジタルカメラ、ＴＶやＰＤＡ等の多目的携帯端末に用いられる。第１偏光板１１の光軸と第２偏光板１５の光軸とは、互いに直交する。また、液晶層１３の電圧無印加時の液晶配向方向と、第１偏光板１１及び第２偏光板１５の光軸とは、直交又は平行である。

ＴＦＴ基板１４上には、反射領域２１に対応して、第２偏光板１５と液晶層１３との間に、第１偏光板１１側から入射する光を反射する反射板１６が形成される。反射板１６は、第１偏光板１１側から入射する光を反射するものであればどの様な形態でもかまわないが、一般的には、光の散乱効果を高めるため、断面が凹凸を有するように形成される。反射領域２１は、対向基板１２側から入射した光を反射板１６で反射し、これを表示光源とする。また、透過領域２２は、第２偏光板１５の背面側に配置された、図示しないバックライト等の光源を表示光源とする。

反射領域２１では、ＴＦＴ基板１４上の反射板１６の上方に、液晶を駆動するための画素電極３５と、基準電位を与えるための共通電極３７とが形成される。また、透過領域２２では、ＴＦＴ基板１４上に、液晶を駆動するための画素電極３６と、基準電位を与えるための共通電極３８とが形成される。これら画素電極３５、３６と共通電極３７、３８は、ＴＦＴ基板１４の最上面に形成される。或いは、これら電極上に、絶縁層を形成してもよい。画素電極３５、３６及び共通電極３７、３８は、Ｃｒなどの金属やＩＴＯによって形成される。或いは、これら電極を、Ｃｒ／ＣｒＯｘなどのアルミ反射板よりも低反射率の金属を用いて形成してもよい。

液晶層１３の厚み（セルギャップ）は、透過領域２２については、液晶材料の屈折率から計算して波長λ＝５５０ｎｍの光に対する実効的なレタデーションが、λ／２となるように設定する。ここで、液晶層１３に電圧が印加され、液晶分子が回転した際には、セルギャップ中央部では液晶分子は回転するが、基板付近では液晶層１３の回転は抑えられる。従って、電圧印加状態で、液晶層１３の実効的なレタデーションをλ／２に設定するためには、実際には、液晶層１３のレタデーションを（λ／２）＋βに設定する必要がある。具体的には、液晶層１３のレタデーションをΔｎｄ＝３００ｎｍに設定することで、電圧印加時の実効レタデーションΔｎｄｅｆｆを、λ／２＝５５０／２＝２７５ｎｍとすることができる。液晶層１３の厚みは、反射領域２１については、波長λ＝５５０ｎｍの光に対する実効的なレタデーションが、λ／４となるように設定する。

液晶表示装置１０は、反射領域２１に対応して、第１偏光板１１と液晶層１３との間に、位相差層１８を有する。位相差層１８のレタデーションは、波長λ＝５５０ｎｍの光に対して、実効的なレタデーションがλ／２となるように設定する。位相差層１８の光学軸と、第１偏光板１１の光軸との間の角度θは、０°＜θ＜２２．５°の範囲の値とする。すなわち、位相差層１８の光学軸は、第１偏光板１１を透過して位相差層１８に入射する直線偏光の偏光方向に対して、θ（０°＜θ＜２２．５°）だけ傾けて配置する。このように傾けることで、第１偏光板１１側から液晶層１３に入射する光の偏光方向を、第１偏光板１１の光軸から傾ける。これにより、黒表示時に、液晶配向方向を、液晶層１３への入射光から４５°傾ける際の液晶の駆動角度を小さくすることができ、液晶の駆動電圧を下げることができる。

位相差層１８の形成について説明する。まず、対向基板１２上にポリイミド整合層を形成し、コーティングされたポリイミド層を焼成し、配向処理を行う。配向処理には、ラビングや光配向の手法が一般的に用いられる。次に、位相差層材料（液晶ポリマー）を、所望のレタデーションとなる膜厚で塗布する。この状態で、位相差層を形成する位相差層材料は配向方向に整列するので、室温のＮ_２雰囲気中で紫外線を照射し重合させる。更に、重合密度を上げるため、Ｎ_２雰囲気中で高温処理を行うことで位相差層を形成する。

続いて、反射領域２１にのみ位相差層１８を残すように、パターニング処理を行う。その後、ＯＣ層を積層し、反射領域２１と透過領域２２とが所望のセルギャップとなるように調整を行う。位相差層１８は、液晶ポリマーを用いて基板の外側や内側に形成することが可能であるが、反射領域２１に所望の配向方向とレタデーションとを得るものであれば、他の素材や工法であってもかまわない。このようなパターニングされた局所的な位相差層のレタデーションの測定方法としては、セナルモン法がある。

図２に、位相差層１８の光学軸と第１偏光板１１から入射する直線偏光の方向との間の角度θと、反射率との関係を示す。位相差層１８の位相差を波長５５０ｎｍの光でλ／２とした場合、反射領域２１における反射率は、θが０°〜２２．５°の範囲で連続的に変化する。液晶層１３における液晶配向方向は、初期配向方向のままとする。θ＝０°のときは、第１偏光板１１を通過した直線偏光は、偏光状態が変化せずに、液晶層１３を通過して反射板１６に入射し、反射板１６で反射して、液晶層１３を通過して第１偏光板１１に戻ってくるので、反射率は最大となる。

特許文献１に記載の関連技術では、反射領域をノーマリーブラックで駆動しているので、電圧印加状態で白表示となる。横電界方式では、電圧を印加しても、櫛歯電極上の液晶は動かないため、白表示に寄与する面積は、反射領域２１の全体のうちの櫛歯電極間の面積に相当する面積となる。櫛歯電極間と櫛歯電極幅との比を２：１とすれば、全体の２／３の領域が白表示に寄与することになる。従って、図２に示す反射率最大（０．３４程度）の２／３倍の反射率（０．２２程度）が、関連技術相当の反射率ということになる。図２にて、関連技術における反射率以上の反射率が得られるθの範囲を求めると、０°＜θ≦１０°が得られる。すなわち、０°＜θ≦１０°に設定することで、黒表示時の液晶駆動電圧を下げつつ、関連技術のようなノーマリーブラック駆動の横電界型半透過液晶表示装置の反射部で得られる反射率よりも高い反射率を得ることができる。

上記した液晶の駆動電圧を下げるという観点については、反射領域２１が黒表示となる液晶回転角４５°−２θが小さいほど、すなわち、θが大きいほど、駆動電圧を低下させることができる。従って、反射率を犠牲にしても駆動電圧を下げたい場合は、１０°＜θ＜２２．５°の範囲で任意に設定すれば良い。例えば、ドライバが出力できる電圧範囲が制限されているときなどは、駆動電圧の低下を優先して、θを、１０°＜θ＜２２．５°の範囲で設定する。

図３は、図１の液晶表示装置１０の一画素内の基板１４上に形成されたＴＦＴ、配線、画素・共通電極の平面構造を示している。ＴＦＴ基板１４上には、互いに直交するゲート線３１及びデータ線３２が形成され、ゲート線３１及びデータ線３２の交点付近には、反射領域２１及び透過領域２２に対応して、スイッチング手段としてのＴＦＴ３３及び３４が形成される。ＴＦＴ３３及び３４は、それぞれゲート線３１に接続し、ソース・ドレインの一方をデータ線３２に接続する。また、ＴＦＴ３３及び３４は、それぞれ、ソース・ドレインの他方を反射領域２１に対応する画素電極３５及び透過領域２２に対応する画素電極３６に接続する。

第１共通電極３７及び第２共通電極３８は、それぞれ、各画素の反射領域２１及び透過領域２２に対応しており、ゲート線３１と平行に延びる部分と、表示領域内に突き出した部分とを有する。第１共通電極３７及び第２共通電極３８には、それぞれ、液晶表示装置１０内の各画素に共通の所定の信号波形の信号が供給される。画素電極３５、３６には、ＴＦＴ３３、３４がオンすることで、データ線３２から供給される画素信号が書き込まれる。反射領域２１では、画素電極３５と第１共通電極３７の間の電位差に応じた電界により液晶層１３の配向が制御される。また、透過領域２２では、画素電極３６と第２共通電極３８の間の電位差に応じた電界により、液晶層１３の配向が制御される。

なお、上記説明では、透明基板上に配置したＴＦＴの効率的配置を考慮し、ＴＦＴ３３及びＴＦＴ３４が、同一のゲート線３１及びデータ線３２に接続される例を示した。しかしながら、ＴＦＴ３３及びＴＦＴ３４を、個別のゲート線３１及びデータ線３２に接続する構成も可能である。

以下、液晶表示装置１０の動作について説明する。はじめに、黒表示について説明する。図４（ａ）は、ある時点における反射領域２１の駆動信号の様子を示し、同図（ｂ）は、図４（ａ）と同じ時点における透過領域２２の駆動信号波形の様子を示している。共通電極信号は、ゲートライン反転駆動ではラインごとに反転駆動される。そのため、液晶表示装置１０の各画素では、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、フレームごとに、第１共通電極３７及び第２共通電極３８に印加される電位（信号）が、例えば０Ｖと５Ｖの間で反転される。また、第２共通電極３８には、第１共通電極３７に印加される信号の反転信号が印加される。

データ線３２（図３）には、例えば０Ｖ〜５Ｖの間の任意の画素信号が供給される。データ線３２に供給された画素信号は、ＴＦＴ３３、３４がオンすることで、画素電極３５及び３６に書き込まれる。ＴＦＴ３３及び３４は、同じデータ線３２に接続されているため、画素電極３５及び３６に供給される画素信号は共通である。図４（ａ）に示すようにｉフレーム目に、画素電極３５に０Ｖの信号が供給され、第１共通電極３７に５Ｖの信号が印加されるときには、画素電極３５と第１共通電極３７の間の電位差は最大で５Ｖとなり、反射領域２１では、この５Ｖの電位差による電界で液晶層１３が駆動される。このとき、第２共通電極３８には、０Ｖの信号が印加されるため、画素電極３６と第２共通電極３８の間の電位差は０Ｖとなり、透過領域２２では、液晶層１３が駆動されない。

図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図４（ａ）及び（ｂ）に示す信号が印加されたときの反射領域２１と透過領域２２とにおける光の偏光状態の様子を示している。ここでは、例として、第１偏光板１１の光軸を９０°、電圧無印加時の液晶配向方向を９０°、位相差層１８の光学軸を９５°（θ＝５°）として説明する。また、位相差層１８の異常光方向の屈折率をｎｅ、常光方向の屈折率をｎｏとしたとき、複屈折率Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ＞０で、位相差層１８の厚みをｄとして、Δｎｄ＝λ／２であるとする。反射領域２１では、図４（ａ）に示す信号が印加された状態で、反射領域２１内の液晶層１３の液晶分子が、配列方向がほぼ４５°−２θ＝３５°回転するように、画素電極３５と第１共通電極の間隔、及び、電位差が設定されている。

反射領域２１では、図５（ａ）に示すように、外部から第１偏光板１１を通過した９０°方向の直線偏光は、位相差層１８を通過する際に偏光状態が変化して、入射直線方向から１０°回転した１００°方向の偏光となって液晶層１３に入射する。液晶層１３は、電圧印加状態で、初期配向方向から３５°回転しており、液晶層１３に入射した光の偏光方向（１００°）と、液晶配向方向（９０°−３５°＝５５°）との差は、４５°となる。液晶層１３のレタデーションを、初期配向方向から３５°回転させた状態でほぼλ／４となるように調整しておくことで、液晶層１３に入射した１００°方向の直線偏光は、右回りの円偏光となって、反射板１６に入射する。

反射板１６に入射した右回りの円偏光は、反射板１６で反射して左回りの円偏光となって、液晶層１３に再び入射する。反射板１６からの反射光は、液晶層１３を通過して、第１偏光板１１側から液晶層１３に入射した直線偏光から偏光方向が９０°回転した直線偏光（１９０°＝１０°）となって、位相差層１８に入射する。この入射光と、位相差層１８の光学軸との間の角度は８５°であるので、位相差層１８から第１偏光板１１に入射する直線偏光の偏光方向は１８０°（＝０°）となり、第１偏光板１１の光吸収軸と平行になる。従って、反射板１６からの反射光は、第１偏光板１１を通過できず、反射領域２１は黒表示となる。

なお、上記では、位相差層１８の位相差をλ／２、液晶層１３の位相差をλ／４、位相差層１８の光学軸と液晶層１３の初期配向方向との差θを５°としたが、位相差層１８のレタデーション、液晶層１３のレタデーション、液晶や位相差層１８の配置角は、黒表示となる電圧印加時に、反射板１６への入射光の偏光状態が円偏光となる組合せであればよく、ドライバが印加可能な電圧やギャップ形成に合わせて調整することもできる。例えば、位相差層１８の光学軸と液晶層１３の初期配向方向との差θを、５°よりも大きくすることもでき、その場合には、第１偏光板１１側から液晶層１３に入射する光の偏光方向と液晶の初期配向方向との差が大きくなるので、黒表示状態とする際の液晶の回転角度を小さくでき、駆動電圧を下げることができる。

ここで、位相差層１８の膜厚にばらつきがある場合を考えると、位相差層１８のレタデーションにばらつきが生じ、位相差層１８のレタデーションは、所望のレタデーションからずれることになる。図６に、位相差層１８のレタデーションと、反射率との関係を示す。図６の横軸は、レタデーションを示しており、縦軸は規格化した反射率を示している。同図に、比較例として、反射部がノーマリーブラックで駆動される特許文献１の関連技術における位相差層のレタデーションと、反射率との関係を併せて示す。

関連技術では、位相差層のレタデーションに依存して、反射率が大きく変化する。これに対して、本実施形態では、レタデーション変化に対する反射率変化が小さい。このことは、インセル位相差板のような液晶ポリマーコーティングによって形成する位相差層は、フィルムタイプの位相差板に比べて製造バラつきによるレタデーション変化が大きくなることからも優位な点である。

また、位相差層１８には、複屈折が正の位相差層と、負の位相差層とを用いることができる。位相差層１８に、複屈折が正の位相差層を用いる場合は、液晶層１３の複屈折も正であるので、互いの波長依存性が足し合わされることになり、位相差層１８の複屈折をＲＧＢの各色に対して同じ値とすると、色つきが増幅されることになる。これを回避するためには、一画素内のＲ（６５０ｎｍ）、Ｇ（５５０ｎｍ）Ｂ（４５０ｎｍ）の各領域で、レタデーションを
〔Δｎｄ_Ｒ（５５０）＞Δｎｄ_Ｇ（５５０）＞Δｎｄ_Ｂ（５５０）〕
の関係を満たすように設定すればよい。すなわち、Ｇ（５５０）領域の波長５５０ｎｍに対するレタデーションΔｎｄ_Ｇ（５５０）はλ／２として、Ｒ（６５０）領域のレタデーションΔｎｄ_Ｒ（５５０）をλ／２より大きくし、Ｂ（４５０）領域のレタデーションΔｎｄ_Ｂ（５５０）をλ／２よりも小さくすればよい。このようにすることで、広帯域化が可能である。

位相差層１８に、複屈折が負の位相差層を用いる場合は、同じ軸配置で用いれば、位相差層１８にて、液晶層１３での偏光変化と逆方向に偏光変化するため、位相差層１８と液晶層１３とでの波長分散による色付きを打ち消して、反射領域２１の広帯域化が可能である。広帯域λ／４板の条件は、位相差層１８のレタデーションがλ／２で、液晶層１３のレタデーションがλ／４の場合、位相差層１８の位相差が、
位相差層１８｛｜Δｎ_Ｂ（４５０）／４５０−Δｎ_Ｇ（５５０）／５５０｜｝×ｄ_ＣＯＭ
≦液晶層１３｛Δｎ_Ｂ（４５０）／４５０−Δｎ_Ｇ（５５０）／５５０｝×ｄ_ＬＣ
を満たすことである。

一方、透過領域２２については、図４（ｂ）に示す信号が印加された状態では、画素電極３６と第２共通電極３８との間に電界が発生しないため、透過領域２２内の液晶層１３の液晶分子の配列方向は９０°のままである。このため、透過領域２２では、図５（ｂ）に示すように、第２偏光板１５を通過した０°方向の直線偏光は、その偏光状態を保ったまま液晶層１３を通過し、第１偏光板１１に入射する。液晶層１３を通過して第１偏光板１１に入射する直線偏光の偏光方向と、第１偏光板１１の光吸収軸とが平行となるため、液晶層１３から第１偏光板１１に入射した光は、第１偏光板１１を通過することができず、透過領域２２は黒表示となる。

液晶表示装置１０では、第１偏光板１１の光軸と第２偏光板１５の光軸とが直交し、かつ、第１偏光板１１の光軸及び第２偏光板１５の光軸と、液晶層１３の電圧無印加時の液晶配向方向とが直交又は平行に配置されている。関連技術（特許文献２）においては、第１偏光板に入射する光が直線偏光となるように設定しても、第２偏光板に対して角度を付けて配置した位相差板や液晶層を透過する際に、光の偏光状態が、直線偏光から円偏光へ、円偏光から直線偏光へと変化するため、位相差板の位相差値ズレや配置角ズレ等により、直線偏光から円偏光へ、円偏光から楕円偏光へと変化して完全な直線偏光とならず、透過部のコントラスト比が悪化する。これに対して、本実施形態では、黒表示状態では、第２偏光板１５を透過した光は、偏光状態を変化させずに第１偏光板１１に入射するため、液晶層１３を透過して第１偏光板１１に入射する直線偏光の偏光方向と、第１偏光板１１の吸収軸方向とを一致させることができる。従って、関連技術に比して、コントラスト比を向上できる。

以上のように、第１共通電極３７に印加する信号と第２共通電極３８に印加する信号とを反転させることで、画素電極３５、及び３６に供給する画素信号を同じ信号としつつ、反射領域２１でのみ、液晶層１３の液晶分子配列方向を変化させることができる。これにより、反射領域２１を黒表示とするときに、透過領域２２を黒表示とすることができ、反射領域２１と透過領域２２とに個別の画素信号を供給することなく、双方の領域を、黒表示に揃えることができる。

続いて、白表示について説明する。図７（ａ）は、図４とは異なる局面における反射領域２１の駆動信号波形の様子を示し、同図（ｂ）は、その局面における透過領域２２の駆動信号波形の様子を示している。また、図８（ａ）は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す信号が印加されたときの反射領域２１と透過領域２２とにおける光の偏光状態の様子を示している。図７（ａ）に示す信号が印加された状態では、画素電極３５と第１共通電極３７との間に電界が発生せず、反射領域２１内の液晶配向方向は９０°のままである。このため、反射領域２１では、図８（ａ）に示すように、第１偏光板１１を通過した９０°方向の直線偏光は、位相差層１８を通過して１００°の直線偏光となり、液晶層１３に入射する。

液晶層１３では、入射光の偏光方向、液晶配向方向との間の角度が１０°であるので、液晶層１３を通過する光は連続的に偏光変化し、右回りの楕円偏光となって、反射板１６に入射する。反射板１６に入射した右回りの楕円偏光は、反射板１６で反射し、左回りの楕円偏光となって、液晶層１３に再び入射する。反射板１６からの反射光は、液晶層１３で偏光状態を連続的に変化させつつ通過し、位相差層１８を通過して、第１偏光板１１に入射する。復路の液晶層１３及び位相差層１８では、往路とは逆方向に偏光変化し、第１偏光板１１には、偏光方向が１１０°の直線偏光が入射する。第１偏光板１１の光透過軸は９０°方向であることから、反射板１６からの反射光の大部分は第１偏光板１１を通過し、反射領域２１は、白表示となる。

一方、透過領域２２については、図７（ｂ）に示す信号が印加された状態では、透過領域２２内の液晶層１３の液晶分子は、画素電極３６と第２共通電極３８との間の電界により、配列がほぼ４５°回転する。このため、透過領域２２では、図８（ｂ）に示すように、第２偏光板１５を透過した０°方向の直線偏光は、液晶層１３を通過し、９０°方向の直線偏光となって第１偏光板１１に入射する。第１偏光板１１の光透過軸は９０°方向であるため、液晶層１３を通過した光は第１偏光板１１通過し、透過領域２２は、白表示となる。

以上のように、第１共通電極３７に印加する信号と第２共通電極３８に印加する信号とを反転させることで、反射領域２１を白表示とするとき、透過領域２２についても白表示とすることができる。従って、図７（ａ）及び（ｂ）に示す信号により、双方の領域を白表示に揃えることができる。なお、反射領域２１の黒電圧と、透過領域２２の白電圧とが一致しない場合は、櫛歯の幅等を調整することによって、双方のＶ−Ｔ特性（電圧−透過率特性）とＶ−Ｒ特性（電圧−反射率特性）とを揃えればよい。

ところで、図３に示すように、反射領域２１用の画素電極３５、及び、透過領域２２用の画素電極３６は、それぞれ異なるＴＦＴ３３及び３４に接続されており、ＴＦＴ３３及びＴＦＴ３４は、同一のゲート線３１及び同一のデータ線３２に接続されている。反射領域用の画素電極３５と透過領域用の画素電極３６とに、同じ画素信号に書き込むにもかかわらず、反射領域用ＴＦＴ３３及び画素電極３５と、透過領域用ＴＦＴ３４及び画素電極３６とを分けた理由は、画素電位を書き込んでＴＦＴがオフした後に、透過領域２２の画素電極３６と反射領域２１の画素電極３５とで、電位変動の仕方が異なるからである。以下、これについて説明する。

図９（ａ）及び（ｂ）は、図４に示したｉフレーム目における画素電極３５及び３６に画素信号を供給した後の画素電極３５及び３６の電位変化の様子を示している。例えば、ゲートライン反転駆動では、行ごとに駆動極性を反転させるため、ゲート線３１にゲート信号パルスが印加されてから、次のフレームでゲート線３１にゲート信号パルスが印加されるまでの間、共通電極３７及び３８の電位は、各行での極性反転に合わせて反転を繰り返す。このとき、画素電極３５及び３６は、ＴＦＴ３３、３４がオフとなっているため、データ線３２から切り離されてフローティングの状態にあり、その電位は、それぞれ、画素電極３５と第１共通電極３７との間、及び、画素電極３６と第２共通電極３８との間の結合容量により、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、書き込み時の電位差を保ったまま第１共通電極３７及び第２共通電極３８の電位変化に従って変動する。このように、反射領域２１と透過領域２２とでは、画素信号供給後の画素電極３５及び３６の電位変化の様子は異なる。従って、反射領域２１と透過領域２２とで、個別の画素電極３５、３６が必要になる。

本実施形態では、共通電極を、反射領域２１及び透過領域２２のそれぞれに対応するように、第１共通電極３７と第２共通電極３８とに分割する。第１共通電極３７及び第２共通電極３８には、それぞれ、共通の画素信号に対して、反射領域２１と透過領域２２とで液晶層に印加する電界の大小関係を逆にして表示が同じになるように、互いに反転する信号が供給される。このようにすることで、各画素において、反射領域２１と透過領域２２とで異なる画素信号を供給することなく、反射領域２１と透過領域２２とで、同じ表示を行うことができ、ＩＰＳモードの半透過型液晶表示装置において問題となる白表示と黒表示の反転の問題を解消することができる。

また、本実施形態では、透過領域２２における黒表示時の液晶層１３の配列方向と、液晶層１３に入射する光の偏光方向とが平行又は直交するようにしている。このようにすることで、従来の半透過型液晶表示装置に比して、透過領域２２において、黒表示時に、位相差層１８や液晶層１３の波長分散特性による影響を低減することができ、黒表示の光漏れを抑制することができる。透過領域２２における第１偏光板１１及び第２偏光板１５と液晶層１３の配列方向の関係は、一般的なＩＰＳモードの透過型液晶表示装置におけるそれの関係と同じであり、透過領域２２では、一般的なＩＰＳモードの透過型液晶表示装置と同等のコントラスト特性を実現できる。同時に、反射領域２１は駆動を反転していることで、電圧無印加状態の液晶配向が全て揃っている状態が白状態となる。従って、反射領域２１全体を白表示に寄与させることができ、高い反射率特性を得られる。

ここで、通常のＴＮモードの液晶表示装置では、反射板は反射画素電極として構成されており、その反射画素電極には、液晶層を表示階調に応じて駆動するための画素信号が供給される。一方、ＩＰＳモードでは、画素電極３５と共通電極（第１共通電極）３７との間の電界により液晶層１３が駆動されることから、反射板１６に与える電位は任意に決定できる。以下では、反射領域２１において、反射板１６の電位が画像表示に与える影響について考察する。

図１０（ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、シミュレーションによる電界分布の様子、及び、黒表示状態における光透過率の様子を示している。例えば、画素電極３５に５Ｖが印加され、共通電極３７に０Ｖが印加されているときに、反射板１６の電位がその中間（２．５Ｖ）であるときには、電界分布及び光透過率は、同図（ａ）に示すようになる。また、画素電極３５に５Ｖが印加され、共通電極３７に０Ｖが印加されているときに、反射板１６が共通電極３７と同電位（０Ｖ）であるときには、電界分布及び光透過率は、同図（ｂ）に示すようになる。

反射板１６の電位が画素電極３５と共通電極３７の中間電位の場合には、図１０（ａ）に示すように、画素電極３５及び共通電極３７上では光漏れが発生して光透過率が高くなっているものの、両電極間では、光漏れが抑えられて光透過率は低くなっている。これに対し、反射板１６の電位が画素電極３５の電位と同電位である場合には、共通電極３７付近での光漏れが多く、この付近で光透過率が高くなっている。これは、画素電極３５と反射板１６との間の電界が強いことにより、本来、画素電極３５と共通電極３７の間で収束すべき電界（電気力線）が反射板１６に向かい、共通電極３７付近の液晶分子が十分に駆動されないためであると考えられる。

上記シミュレーションの結果から、反射板１６の電位は、画素電極３５と共通電極３７との中間電位であることが望ましいといえる。反射板１６の電位は、反射板１６に直接所望の電位を与えることにより制御することができ、或いは、反射板１６をフローティングにして、容量結合を介して間接的に制御することができる。例えば、フローティング方式を採用する場合には、反射板１６の直下に、画素電極３５の電位が与えられる配線と、共通電極３７の電位が与えられる配線とを、それら配線の線の面積比が１：１となるように形成して、反射板１６の電位を、画素電極３５と共通電極３７との中間電位とする。

以下、図１１乃至１８を参照して、ＴＦＴ基板１４（図１）上に形成されるＴＦＴ、配線、画素・共通電極の製造過程について説明する。これら図中の（ａ）は平面図を示し、その他は、各部の断面図を示している。まず、基板上に、ゲート線３１（図３）、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを、図１１（ａ）に示すパターンで形成する。このときの反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部（段差部）のそれぞれの断面は、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。反射領域２１では、反射板１６に電位を与えるために、第１共通電極配線３７ａを、表示領域内に突き出すように形成する。その後、ゲート線３１、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを絶縁層で覆う。

次いで、図１２（ａ）に示すように、ＴＦＴ３３を形成するための半導体層３９を形成する。この半導体層３９の形成では、同図（ｂ）に示すように、半導体層３９を、ゲート線３１（ゲート電極）とオーバーラップするように形成する。その後、図１３（ａ）に示すパターンで、ＴＦＴ３３のソース・ドレインに接続される画素電極配線３５ａ、ＴＦＴ３４のソース・ドレインに接続される画素電極配線３６ａを形成する。

反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部（段差部）のそれぞれの断面は、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。反射領域２１では、隣接する画素電極配線３５ａの間に、第１共通電極配線３７ａを形成する。また、第１共通電極配線３７ａは、表示領域において、画素電極配線３５ａと第１共通電極配線３７ａとの面積比が１：１となるように形成する。これは、画像表示時に、後に形成する反射板１６に、画素電極３５と第１共通電極３７との中間電位を与えるようにするためである。画素電極配線３５ａ及び画素電極配線３６ａの形成後、その上を絶縁層で覆う。

引き続き、凹凸ＯＣ層４０を、図１４に示すように形成する。この凹凸ＯＣ層４０は、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すように、断面が凹凸を有するように形成する。凹凸ＯＣ層４０の上にＡｌ層を形成し、図１５（ａ）に示すパターンで、反射領域２１に反射板１６を形成する。このときの反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部のそれぞれの断面は、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。同図（ｂ）に示すように、反射領域２１では、後に形成する画素電極３５、及び、第１共通電極３７の直下では、Ａｌ層が除去されている。

反射板１６の形成後、図１６（ａ）に示すパターンで、平坦ＯＣ層４１を形成する。この平坦ＯＣ層４１の形成により、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すように、反射領域２１と透過領域２２との境界に段差が生じ、双方の領域において、セルギャップが調整される。その後、図１７（ａ）に示す位置に、画素電極配線３５ａ、３６ａ、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを覆う絶縁層にコンタクトホール４２を形成し、画素電極配線３５ａ、３６ａ、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを露出させる（同図（ｂ））。

コンタクトホール４２の形成後、図１８（ａ）に示すパターンで、平坦ＯＣ層４１上に、画素電極３５、３６と、第１共通電極３７と、第２共通電極３８とをそれぞれ形成する。反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部におけるそれぞれの断面は、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。この画素電極３５、３６、第１共通電極３７、及び、第２共通電極３８の形成では、各電極と、画素電極配線３５ａ、３６ａ、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａとを、それぞれコンタクトホール４２を介して接続する。以上の工程により、本実施形態の半透過型液晶表示装置１０で使用するＴＦＴ基板１４が製造される。

本実施形態では、透過領域２２の構成を、通常の透過型ＩＰＳ液晶表示装置と同じ層構成とすることで、透過領域２２でのコントラストと視野角特性とを向上させている。これを実現するために、透過領域２２と反射領域２１とで駆動を実質的に反転させることで、関連技術（特許文献１）では必要であった位相差板を用いることなく、双方の領域で表示を揃えることが可能である。しかしながら、反部領域２１での黒表示時は、液晶層１３に電圧を印加し、入射偏光に対して４５°方向のλ／４板として用いるため、液晶層１３の狭ギャップ化によって駆動電圧が上昇する。本実施形態では、反射領域２１に、光学軸と液晶配向との間の角度が０＜θ＜２２．５°の範囲の位相差層１８を追加する。黒表示状態では、λ／４に設定した液晶層が、入射偏光に対して４５°回転したときに、反射板１６で円偏光となる条件に設定する。位相差層１８を、第１偏光板１１の光軸から角度を付けて配置し、液晶層１３へ入射する光を、液晶の初期配向から２θずらすことで、黒表示させるために必要な液晶の回転角θ_ＬＣは、θ_ＬＣ＝４５°−２θとなる。このように、黒表示時の液晶の回転角を４５°よりも小さくすることで、反射領域２１での駆動電圧を下げることができる。駆動電圧を下げることができれば、櫛歯電極間隔を広げることができ、表示のオン−オフに寄与する面積が広がる。また、電極上の液晶配列方向による黒浮きを抑制できるため、高い反射率のままで、コントラストの向上が可能である。これにより、透過・反射の双方で、コントラスト、視野角の表示特性を改善できる。

図１９は、本発明の第２実施形態の半透過型液晶表示装置の１画素内のＴＦＴ基板１４上に形成されたＴＦＴ、配線、画素・共通電極の平面構造を示している。本実施形態の液晶表示装置１０ａは、図１に示す第１の実施形態の液晶表示装置１０と同様の断面構造を有し、第１偏光板、対向基板、液晶層、基板、及び第２偏光板を有する。また、本実施形態の液晶表示装置１０ａにおける第１の偏光板の偏光方向、第２の偏光板の偏光方向、及び液晶の配向方向は、第１の実施形態の液晶表示装置１０と同様である。本実施形態の液晶表示装置１０ａは、画素内の平面構造、並びに、ゲート線３１及びデータ線３２に対する信号の供給の仕方を除いて、第１の実施形態の液晶表示装置１０と同様な構成である。図１と同じものは、同じ符号で示す。

図１９に示すように、基板上には、互いに直交するゲート線（制御線）３１ａ、３１ｂとデータ線３２とが形成されており、ゲート線３１ａ、３１ｂとデータ線３２との交点付近に、ＴＦＴ３３、３４が形成されている。本実施形態では、ゲート線は、反射領域２１に対応するＴＦＴ３３のゲートに接続されるゲート線３１ａと、透過領域２２に対応するＴＦＴ３４のゲートに接続されるゲート線３１ｂとの２つがある。ＴＦＴ３３は、ソース・ドレインの一方をデータ線３２に接続し、他方を反射領域２１内の反射領域の画素電極３５に接続する。反射領域２１及び透過領域２２に形成された共通電極４３は、同一の共通電極配線（ＣＯＭ線）４３ａに接続されており、各領域の共通電極４３は、ＣＯＭ線４３ａを介して、液晶表示装置１０ａの各画素に共通の所定波形の共通電極信号が供給される。

図２０は、データ線、ゲート線、反射画素電極電位、透過画素電極電位、及び共通電極電位の、データ線又は画素電極への画素電位の書き込み時、及び、その後の電位変化の様子を示している。同図（ａ）は、反射領域２１における電位変化の様子を示し、同図（ｂ）は、透過領域２２における電位変化の様子を示している。本駆動はドット反転駆動を採用しているので、共通電極４３（図１９）の電位の変位はなく、０Ｖで固定されている。本実施形態では、ゲート線が反射部のＴＦＴに接続された反射用ゲート線３１ａと、透過部のＴＦＴに接続された透過用ゲート線３１ｂとの２つに分かれているため、それに応じて、ゲート線のライン選択期間を、反射選択期間と透過選択期間とに分けている。そして、反射選択期間には、反射用ゲート信号がオンし、透過選択期間には、透過用ゲート信号がオンする駆動としている。

データ線３２には、反射領域２１に対応するデータ信号と、透過領域２２に対応するデータ信号とが、時分割で出力される。すなわち、データ線３２には、反射選択期間と、透過選択期間とで、異なるデータ信号が供給される。例えば、反射選択期間中は、Ｖ（６３）＝５Ｖの電位データ信号をデータ線３２（図１９）に供給し、透過選択期間中は、Ｖ（０）＝０Ｖの電位データ信号をデータ線３２に供給する。この場合、各選択期間に応じて、反射領域の画素電極３５には５Ｖが書き込まれ、透過領域の画素電極３６には０Ｖが書き込まれることになる。このとき、共通電極電位は０Ｖであるため、反射領域２１には５Ｖの電界が印加され、反射はノーマリーホワイトなので、液晶は黒表示されることになる。また、透過領域２２では、０Ｖの電界が印加されて、透過はノーマリーブラックなので、液晶は黒表示されることになる。このように、反射選択期間と透過選択期間とで、データ線３２に供給する信号を変化させることで、反射・透過双方の領域で黒表示とすることができる。

次に、ライン選択期間に、反射選択期間に反射領域２１に対応するデータ信号（反射電位）と、透過選択期間に透過領域２２に対応するデータ信号（透過電位）とを生成する方法について説明する。図２１は、液晶表示装置１０ａを液晶駆動用ドライバーまでを含めて示している。液晶駆動用ドライバー１０１には、通常、液晶用のタイミング信号と、各画素に対応した、例えばＲＧＢ８ビット程度のデジタル信号（Ｄ（ｎ，ｍ））が画素ごとにシリアルに入力される。液晶駆動用ドライバー１０１は、入力された画素信号とタイミング信号とに基づいて、ゲート線３１ａ、３１ｂに供給するゲート信号と、データ線３２に供給するデータ信号、及び、共通電極４３に供給する共通電極信号とを生成する。

図２２は、液晶駆動用ドライバー１０１の構成を示している。液晶駆動用ドライバー１０１は、タイミングコントローラ１１１、反射透過切替え回路１１２、データラッチ１１３、デジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ回路）１１４、電圧生成回路１１５、及び、ＣＯＭ信号生成回路１１６を有する。タイミングコントローラ１１１は、ゲート用タイミング生成回路及びデータ用タイミング生成回路を含んでおり、入力されるタイミング信号に基づいて各種タイミング信号を生成する。その際、液晶駆動用ドライバー１０１は、画素１ラインのタイミングを反射領域用のタイミング（反射選択期間）と、透過領域用のタイミング（透過選択期間）に分け、それらのタイミングでゲート線３１ａ、３１ｂを駆動する。反射領域２１に対応するゲート線３１ａと、透過領域２２に対応するゲート線３１ｂに供給するそれぞれのゲート信号は、液晶駆動用ドライバー１０１内で生成することもできる他、ＴＦＴ基板上にＴＦＴにてシフトレジスタを用いて形成することもできる。

反射透過切替え回路１１２は、デジタル画素信号Ｄ（ｎ，ｍ）と反射透過選択信号とを入力し、反射選択期間では反射領域２１に対応した反射用デジタル画素信号を出力し、透過選択期間では透過領域２２に対応した透過用デジタル画素信号を出力する。データラッチ１１３は、シリアルパラレル変換を行い、反射透過切替え回路１１２が出力するデジタル画素信号をＤＡＣ回路１１４に受け渡す。ＤＡＣ回路１１４は、データラッチ１１３から入力するデジタル画素信号、及び、電圧生成回路１１５が生成する電圧に基づいて、デジタル画素信号の階調に対応する電圧信号（データ信号）を生成する。ＣＯＭ信号生成回路１１６は、各画素の共通電極４３（図１９）に供給する共通電極信号を生成する。

反射透過切替え回路１１２は、入力されるデジタル画素信号Ｄ（ｎ，ｍ）の１ライン分を記憶するラインメモリ１２１と、反射部への画素階調変換手段用のルックアップテーブル（ＬＵＴ）に従って階調変換を行うＬＵＴ回路１２２と、透過部用デジタル画素信号と反射部用デジタル画素信号とを選択する選択回路（ＭＵＸ回路）１２３とを有する。液晶駆動用ドライバー１０１に入力された反射用デジタル画素信号Ｄ（ｎ，ｍ）は、一旦ラインメモリ１２１に保存される。ＬＵＴ回路１２２は、ラインメモリ１２１に保存されたデジタル画素信号の階調を反転させた反射用デジタル画素信号を生成する。ＭＵＸ回路１２３は、反射選択期間では、ＬＵＴ回路１２２が生成する反射領域２１に対応した反射用デジタル画素信号を選択し、データラッチ１１３及びＤＡＣ回路１１４に送る。また、透過選択期間では、ＬＵＴ回路１２２を通さないデジタル画素信号（透過用デジタル画素信号）を選択し、データラッチ１１３及びＤＡＣ回路１１４に送る。

ＬＵＴ回路１２２は、例えば、ｎ行目のｍ列の画素に対して、Ｄ（ｎ，ｍ）＝０のデジタル画素信号が液晶駆動用ドライバー１０１に入力された場合には、この画素信号のデジタルデータを反転したデジタル画素信号を出力する。このとき、ＬＵＴ回路１２２は、単に画素信号のデジタルデータを反転するだけでなく、反射領域と透過領域とにおけるγ特性を一致させるために、階調ごとの変換ＬＵＴでγ変換を行ってもよい。この変換ＬＵＴの一例を表１に示す。

例えば、ｎ行目のｍ列の画素に対して、Ｄ（ｎ，ｍ）＝０のデジタル画素信号が、液晶駆動用ドライバー１０１に入力された場合には、反射選択期間では、反射透過切替え回路１１２は、階調「０」を反転した「６３（５ビット）」を出力し、ＤＡＣ回路１１４は、反射領域２１に対応したデータ信号として、Ｖｒｐｉｘ（ｎ）＝Ｖ（６３）＝０Ｖを出力する。また、透過選択期間では、反射透過切替え回路１１２は、階調「０」をそのまま出力し、ＤＡＣ回路１１４は、透過領域２２に対応したデータ信号として、Ｖｔｐｉｘ（ｎ）＝Ｖ（０）＝５Ｖのデータ信号をデータ線に出力する。

以上の動作により、反射選択期間と透過選択期間とで、異なる電位を持つ所定のデータ信号を、通常の画素デジタル信号から作成することができる。なお、上記説明では、反射透過切替え回路１１２は、反射部への画素階調変換手段用のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照して、反射用デジタル画素信号を生成する例について示したが、反射用デジタル画素信号の生成は、これには限られない。図２３は、反射透過切替え回路１１２の別の構成例を示している。例えば、単位デジタルデータを反転することで反射用デジタル画素信号を生成する場合であれば、同図に示すように、Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ−ＯＲ回路１２４に、ラインメモリ１２１の出力と、反射透過選択信号とを接続する構成とすることができる。この場合には、反射透過切替え回路の回路規模を削減できる。

本実施形態では、ゲート線を、反射領域２１に対応したゲート線３１ａと、透過領域２２に対応したゲート線３１ｂとに分ける。また、画素書き込み期間を２つの期間に分割し、それぞれの期間に対応して、共通のデータ線３２から、反射領域２１に対応したデータ信号と、透過領域２２に対応したデータ信号とを供給して、各領域を駆動する。このとき、一方の領域に対応したデータ信号は、液晶駆動用ドライバー１０１に入力された階調信号に基づいて生成し、他方の領域に対応したデータ信号は、入力された階調信号を画素階調変換回路にて反転した階調信号に基づいて生成する。このようにすることで、各領域の画素電極３５、３６に異なる電圧のデータ信号を書き込むことができ、反射領域２１と透過領域２２とで、共通電極４３と画素電極３５、３６との間の電位差を異なる大きさにして、双方の領域で液晶に印加される電圧を異なる電圧とすることができ、双方の領域における表示を揃えることができる。

次に、本発明の第３の実施形態の半透過型液晶表示装置について説明する。本実施形態の液晶表示装置における１画素内のＴＦＴ基板の平面構造は、第２の実施形態における１画素内の平面構造（図１９）と同様である。図２４は、本実施形態の液晶表示装置で使用される液晶駆動用ドライバーの構成を示している。本実施形態の液晶駆動用ドライバー１０１ａは、図２２に示す第２実施形態の液晶駆動用ドライバー１０１から、反射透過切替え回路１１２を省いた構成である。本実施形態では、ＣＯＭ信号生成回路１１６は、１ライン選択期間における反射選択期間と、透過選択期間とで、異なる電位を、共通電極に供給する。

図２５は、本実施形態の液晶表示装置のある局面における、データ線、ゲート線、反射画素電極電位、透過画素電極電位、及び共通電極電位の、データ線又は画素電極への画素電位の書き込み時およびその後の電位変化の様子を示している。本駆動は、ゲートライン反転駆動を採用している。本実施形態においても、第２実施形態と同様に、ゲート線は反射部のＴＦＴに接続された反射用ゲート線３１ａ（図１９）と、透過部のＴＦＴに接続された透過用ゲート線３１ｂとの２つに分かれており、それに応じて、ゲート線のライン選択期間を、反射選択期間と透過選択期間とに分けている。そして、反射選択期間には、反射用ゲート信号がオンし、透過選択期間には、透過用ゲート信号がオンする駆動としている。

データ信号は、ライン選択期間に同期しており、反射選択期間中／透過期間中共に、例えばＶ（６３）＝５Ｖの電位をとる。共通電極信号は、ライン選択期間ではなく、その半分の、反射選択期間／透過選択期間ごとに変位している。例えば、反射選択期間で０Ｖとなっているときには、透過選択期間では５Ｖとなる。このため、反射領域には５Ｖの電界が印加されて、反射はノーマリーホワイトなので、液晶は黒表示されることとなり、透過領域では０Ｖの電界が印加されて、透過はノーマリーブラックなので、液晶は黒表示されることになる。このため、反射・透過双方の領域で黒表示とすることができる。

本実施形態では、画素書き込み期間を２つの期間に分割し、双方の書き込み期間で、同じデータ信号を画素電極３５、３６に書き込むと共に、共通電極４３への電位を、反射領域２１への書き込み期間と、透過領域２２への書き込み期間とで反転させる。このようにすることで、各領域に対応したデータ信号を生成しなくても、反射領域２１と透過領域２２とで、共通電極４３と画素電極３５、３６との間の電位差を異なる大きさにして、双方の領域で液晶に印加される電圧を異なる電圧とすることができ、双方の領域における表示を揃えることができる。

なお、第２及び第３の実施形態では、ゲート線を、反射用ゲート線３１ａと透過用ゲート線３１ｂとに分けて、反射領域の画素電極と透過領域の画素電極に異なった電位を与える例を示したが、図２６に示すように、データ線３２を、反射用データ線３２ａと透過用データ線３２ｂとに分けて、反射領域の画素電極と透過領域の画素電極に異なった電位を与える構成とすることもできる。この構成においては、反射部用ＴＦＴと透過部用ＴＦＴを制御するゲート線は、共通でも別々でもよい。データ線３２を２つに分割する構成を採用する場合でも、反射・透過双方の表示を一致させることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の半透過型液晶表示装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態の半透過型液晶表示装置の断面を示す断面図。 位相差層の光学軸と第１偏光板から入射する直線偏光の方向との間の角度θと、反射率との関係を示すグラフ。 本発明の第１実施形態の液晶表示装置の平面構造を示す平面図。 （ａ）は、ある局面における反射領域の駆動信号波形の様子を示す波形図、（ｂ）は、透過領域の駆動信号波形の様子を示す波形図。 （ａ）及び（ｂ）は、図４（ａ）及び（ｂ）に示す信号が印加されたときの反射領域と透過領域とにおける光の偏光状態の様子を示す模式図。 位相差層のレタデーションと、反射率との関係を示すグラフ。 （ａ）は、図４とは異なる局面における反射領域の駆動信号波形の様子を示す波形図、同図（ｂ）は、透過領域の駆動信号波形の様子を示す波形図。 （ａ）及び（ｂ）は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す信号が印加されたときの反射領域と透過領域とにおける光の偏光状態の様子を示す模式図。 （ａ）及び（ｂ）は、反射領域及び透過領域の画素電極に画素信号を供給した後の画素電極の電位変化の様子を示す波形図。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、シミュレーションによる電界分布の様子、及び、黒表示状態における光透過率の様子を示すグラフ。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）はＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）は、ＴＦＴ基板の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板の断面図。 本発明の第２実施形態の半透過型液晶表示装置の１画素内のＴＦＴ基板の平面構造を示す平面図。 データ書き込み時及びその後の各電極の電位変化の様子を示す波形図。 液晶表示装置を、液晶駆動用ドライバーまでを含めて示すブロック図。 液晶駆動用ドライバーの構成を示すブロック図。 反射透過切替え回路の別の構成例を示すブロック図。 液晶駆動用ドライバーの構成を示すブロック図。 データ書き込み時及びその後の各電極の電位変化の様子を示す波形図。 第２及び第３実施形態の変形例の液晶表示装置における画素の平面構造を示す平面図。

符号の説明

１０：液晶表示装置
１１、１５：偏光板
１２：対向基板
１３：液晶層
１４：ＴＦＴ基板
１６：反射板
１８：位相差層
２１：反射領域
２２：透過領域
３１：ゲート線
３２：データ線
３３、３４：ＴＦＴ
３５、３６：画素電極
３７：第１共通電極
３８：第２共通電極
３９：半導体層
４０：凹凸ＯＣ層
４１：平坦ＯＣ層
４２：コンタクトホール
４３：共通電極
１００：液晶表示部
１０１：液晶駆動用ドライバー
１１１：タイミングコントローラ
１１２：反射透過切替え回路
１１３：データラッチ
１１４：デジタルアナログ変換回路
１１５：電圧生成回路
１１６：ＣＯＭ信号生成回路
１２１：ラインメモリ
１２２：ＬＵＴ回路
１２３：選択回路
１２４：ＥＸＯＲ回路

Claims (24)

1. 画素内に反射領域と透過領域とを有し、液晶層と、前記液晶層を挟んで対向し、光軸が直交する一対の偏光板とを備え、前記液晶層の電圧が印加されていない状態での液晶配向方向が、前記一対の偏光板のうちのいずれか一方の偏光板の光軸と平行であり、前記液晶層が横電界駆動される半透過型液晶表示装置において、
   前記反射領域における前記液晶層の実効レタデーションがλ／４に設定され、前記透過領域における前記液晶層の実効レタデーションがλ／２に設定され、
   各画素の前記反射領域と前記透過領域とが互いに反転駆動され、前記反射領域は前記液晶層に電圧が印加されていない状態において白を表示し、前記透過領域は前記液晶層に電圧が印加されていない状態において黒を表示し、
   前記一対の偏光板のうちのいずれか一方の偏光板は、前記反射領域と前記透過領域とに共通に配置され、
   前記反射領域に対応して、前記共通に配置される偏光板と前記液晶層との間に、透過光にλ／２の位相差を与える位相差層を備え、
   前記共通に配置される偏光板から前記位相差層に入射する光の偏光方向と、前記位相差層の光学軸との間の角度θが、０°＜θ＜２２．５°の範囲にあることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 前記反射領域の前記液晶層に電圧を印加して黒を表示した場合に、前記液晶層に電圧が印加されていない状態での液晶配向方向から前記液晶層の液晶配向方向が回転する角度は、前記透過領域の前記液晶層に電圧を印加して白を表示した場合に、前記液晶層に電圧が印加されていない状態での液晶配向方向から前記液晶層の液晶配向方向が回転する角度よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
3. 前記反射領域では、前記液晶層に電圧を印加して黒を表示する場合に、前記液晶層に電圧が印加されていない状態での液晶配向方向から前記液晶層の液晶配向方向を４５°−２θ回転させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半透過型液晶表示装置。
4. 前記反射領域では、前記液晶層に電圧が印加されていない状態での液晶配向方向から前記液晶層の液晶配向方向を４５°−２θ回転させた状態で、前記位相差層と前記液晶層とがλ／４波長板として機能するように、前記位相差層及び前記液晶層のレタデーションがそれぞれ調整されていることを特徴とする、請求項３に記載の半透過型液晶表示装置。
5. 前記角度θが、０°＜θ≦１０°の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
6. 前記位相差層が負の複屈折率位相差層であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
7. １画素が、ＲＧＢの各色に対応した少なくとも３つのサブ画素を含んでおり、緑色の波長の光（波長５５０ｎｍ）に対する前記液晶層及び前記位相差層のレタデーションをそれぞれΔｎ_１Ｇ（５５０）×ｄ_１、Δｎ_２Ｇ（５５０）×ｄ_２とし、青色の波長の光（波長４５０ｎｍ）に対する前記液晶層及び前記位相差層のレタデーションをそれぞれΔｎ_１Ｂ（４５０）×ｄ_１、Δｎ_２Ｂ（４５０）×ｄ_２としたとき、
   ｜Δｎ_２Ｂ（４５０）／４５０−Δｎ_２Ｇ（５５０）／５５０｜×ｄ_２≦｛Δｎ_１Ｂ（４５０）／４５０−Δｎ_１Ｇ（５５０）／５５０｝×ｄ_１
   を満たしていることを特徴とする、請求項６に記載の半透過型液晶表示装置。
8. 前記位相差層が正の複屈折率位相差層であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
9. １画素が、ＲＧＢの各色に対応した少なくとも３つのサブ画素を含んでおり、前記位相差層のＲＧＢ各領域での波長５５０ｎｍの光に対するレタデーション（Δｎｄ_Ｒ（５５０）、Δｎｄ_Ｇ（５５０）、Δｎｄ_Ｂ（５５０））が、
   〔Δｎｄ_Ｒ（５５０）＞Δｎｄ_Ｇ（５５０）＞Δｎｄ_Ｂ（５５０）〕
   を満たしていることを特徴とする、請求項８に記載の半透過型液晶表示装置。
10. 前記液晶層がホモジニアス配向であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
11. 前記反射領域で前記液晶層を駆動する櫛歯電極が、ＩＴＯ、又は、アルミよりも反射率が低い金属で形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
12. 前記位相差層が、液晶ポリマーコーティングによって形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
13. 前記位相差層が、インセル位相差層であることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
14. 各画素が、データ信号が供給されるデータ線と前記反射領域の画素電極との間を接続する第１のスイッチング手段と、前記データ線と前記透過領域の画素電極との間を接続する第２のスイッチング手段と、複数の画素の反射領域に共通の第１共通信号が印加される第１共通電極と、複数の画素の透過領域に共通の第２共通信号が印加される第２共通電極とを備えることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
15. 前記第１共通信号が、実質的に前記第２共通信号を反転させた信号であることを特徴とする、請求項１４に記載の半透過型液晶表示装置。
16. 各画素が、データ信号が供給されるデータ線と前記反射領域の画素電極との間を接続する第１のスイッチング手段と、前記データ線と前記透過領域の画素電極との間を接続する第２のスイッチング手段と、複数の画素の反射領域及び透過領域に共通の共通信号が印加される共通電極とを備えることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一に記載の半透過型液晶表示装置。
17. 前記第１のスイッチング手段を駆動する第１の制御線と、前記第２のスイッチング手段を駆動する第２の制御線とを有することを特徴とする、請求項１６に記載の半透過型液晶表示装置。
18. 前記第１のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段により、前記反射領域及び透過領域のそれぞれにて画素電極電位を書き込むタイミングに合わせて、前記共通電極の電位を反転することを特徴とする、請求項１７に記載の半透過型液晶表示装置。
19. 前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とが共通のデータ線に接続されており、該共通のデータ線に、前記反射領域の画素電極及び前記透過領域の画素電極に供給するデータ信号が時分割で出力される、請求項１７に記載の半透過型液晶表示装置。
20. 前記第１のスイッチング手段が前記反射領域の画素電極に供給されるデータ信号を供給するデータ線に接続され、前記第２のスイッチング手段が前記透過領域の画素電極に供給されるデータ信号を供給するデータ線に接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載の半透過型液晶表示装置。
21. 前記反射領域の画素電極と前記透過領域の画素電極との何れか一方に供給するデータ信号の階調を、所望の階調に変換する反射透過切替え手段を有することを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の半透過型液晶表示装置。
22. 前記反射透過切替え手段が、データ信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたデータ信号の階調を変換する画素階調変換手段とを有し、前記記憶手段に記憶されたデータ信号を前記反射領域の画素電極又は前期透過領域の画素電極の一方に供給し、前記画素階調変換手段からの出力を前記反射領域の画素電極又は前記透過領域の画素電極の他方に供給することを特徴とする、請求項２１に記載の液晶表示装置。
23. 前記画素階調変換手段が、ルックアップテーブルを元に階調を変換することを特徴とする、請求項２２に記載の半透過型液晶表示装置。
24. 前記ルックアップテーブルには、前記反射領域に対応する画素と前記透過領域に対応する画素の一方が最大階調となるときに他方が最小階調となる互いに逆特性の階調に変換するテーブルが記録されていることを特徴とする、請求項２３に記載の半透過型液晶表示装置。

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