JP2008299312A

JP2008299312A - 液晶表示装置および電子機器

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Publication number: JP2008299312A
Application number: JP2008073037A
Authority: JP
Inventors: Keiji Wada; 啓志和田
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2008-12-11
Also published as: TW200912457A; KR100973372B1; CN101299107A; KR20080097351A; CN101299107B

Abstract

【課題】横電界で液晶を駆動する半透過反射型の液晶表示装置において、反射領域に位相差層を設けた場合でも、広い温度範囲にわたって反射モードでコントラストの高い画像を表示可能な液晶表示装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】液晶表示装置１００は、素子基板１０と、素子基板１０に設けられた画素電極７ａと共通電極９ａと、対向基板２０と、対向基板２０と素子基板１０との間に保持された液晶層５０と、表示光の出射側および反対側に設けられた第１の偏光板５１と第２の偏光板５２と、透過表示光を出射する透過領域１００ｔと反射表示光を出射する反射領域１００ｒと、反射領域１００ｒに設けられ液晶層５０と第１の偏光板５１との間に位置する位相差層２７とを備え、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性は、液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性に比較して小さいことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、横電界により液晶を駆動する液晶表示装置、およびこの液晶表示装置を備えた電子機器に関するものである。さらに詳しくは、複数の画素の各々が透過領域および反射領域を備え、当該反射領域に位相差層が形成された半透過反射型の液晶表示装置に関するものである。

近年、携帯電話機やモバイルコンピュータなどに用いられる液晶表示装置の広視野角化を実現することを目的に、いわゆるフリンジフィールドスイッチング（以下、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）という）方式やインプレンスイッチング（以下、ＩＰＳ（In Plane Switching）という）方式など、横電界により液晶を駆動するタイプの液晶表示装置が実用化されつつある。また、かかるタイプの液晶表示装置において、複数の画素の各々が透過領域および反射領域を備えた半透過反射型の液晶表示装置が提案されている。

さらに、位相差板の視野角依存性の影響を最小限にすることを前提にして、透過モードと反射モードとでは光が辿る経路の長さが相違することに起因するリタデーションの差を解消することに目的に、以下の構成
（ａ）反射領域に位相差層を設ける
（ｂ）第１の偏光板と第２の偏光板を偏光軸同士が直交するように配置する
（ｃ）液晶配向方向が第１の偏光板の偏光軸に平行である
（ｄ）位相差層の遅相軸が第１の偏光板の偏光軸となす角が約２２．５度である
（ｅ）反射領域における液晶層のリタデーションは４分の１波長である
（ｆ）位相差層のリタデーションは２分の１波長である
を採用することが提案されている（特許文献１参照）。

すなわち、透過モードでの表示を阻害しないという条件のもとに反射領域のみに位相差層を設けるとともに、偏光板の偏光軸と液晶配向方向とを平行ないしは直交に設定し、反射領域における液晶層の位相差を４分の１波長、位相差層での位相差を２分の１波長とした構成を採用している。

特開２００５−３３８２５６号公報

しかしながら、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった携帯用電子機器は、屋内に限らず、屋外でも使用されるなど、使用環境温度が変化するにもかかわらず、特許文献１に記載の液晶表示装置では、使用環境温度が変化した場合の表示特性まで考慮されていない。このため、特許文献１に開示の液晶表示装置を室温以外の温度条件下で使用した際、反射モードで表示された画像のコントラストが低いなどの課題を有している。

本願発明者は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、反射領域における液晶層のリタデーションの温度依存性、および位相差層のリタデーションの温度依存性が、反射モードで表示された画像のコントラストに対する影響を検討したところ、位相差層が液晶層に比較してリタデーションの温度依存性が小さい場合に、広い温度範囲にわたって反射モードでコントラストの高い画像を表示できるという新たな知見を得た。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る液晶表示装置は、素子基板と、前記素子基板に設けられた画素に形成された画素電極と、前記素子基板に設けられ、前記画素電極との間に電界を形成する共通電極と、前記素子基板に対して対向配置された対向基板と、前記対向基板と前記素子基板との間に保持された液晶層と、前記液晶層を通過する表示光の出射側および反対側に設けられた第１の偏光板と第２の偏光板と、前記画素に設けられ、透過表示光を出射する透過領域と、前記画素に設けられ、反射表示光を出射する反射領域と、前記反射領域に設けられ、前記液晶層と前記第１の偏光板との間に位置する位相差層と、を備え、前記位相差層は、前記液晶層に比較してリタデーションの温度依存性が小さいことを特徴とする。

この構成によれば、反射領域に設けられた位相差層は、液晶層に比較してリタデーションの温度依存性が小さい。このため、上述の知見に基づいて、液晶表示装置は、広い温度範囲にわたって反射モードでコントラストの高い画像を表示できる。これにより、液晶表示装置は、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。

［適用例２］上記適用例に係る液晶表示装置であって、前記素子基板および前記対向基板のうち、前記対向基板が前記表示光の出射側に配置され、前記位相差層は、前記対向基板において前記液晶層側の面に形成されていてもよい。

この構成によれば、位相差層が対向基板の液晶層側の面に形成されているので、液晶表示装置の使用環境における位相差層と液晶層との温度条件を略同一にできる。

［適用例３］上記適用例に係る液晶表示装置であって、前記反射領域には、前記素子基板の前記液晶層側の面に光反射層が形成され、前記位相差層は、平面視で前記光反射層に重なるように形成されていてもよい。

この構成によれば、位相差層が平面視で光反射層に重なっているので、液晶表示装置に入射し光反射層で反射される光に対して、使用環境温度が変化しても所望の位相差を反射領域に良好に付与できる。

［適用例４］上記適用例に係る液晶表示装置であって、前記画素電極および前記共通電極のうちいずれか一方は、前記素子基板において他方よりも前記液晶層側に形成されているとともに、前記画素の各々の領域内に所定の間隔を隔てて形成された複数のスリット状の開口部を有していてもよい。

この構成によれば、横電界により液晶を駆動するＦＦＳ方式の液晶表示装置を容易に実現できる。

［適用例５］上記適用例に係る液晶表示装置であって、前記画素電極が前記共通電極よりも前記液晶層側に形成されていてもよい。

［適用例６］上記適用例に係る液晶表示装置であって、前記共通電極が前記画素電極よりも前記液晶層側に形成されていてもよい。

［適用例７］上記適用例に係る液晶表示装置であって、前記画素電極および前記共通電極は、前記素子基板において同層に形成されているとともに櫛歯形状を有しており、各々の前記櫛歯形状をなす部分が互い違いに入り込んだ状態で対向して配置されていてもよい。

この構成によれば、横電界により液晶を駆動するＩＰＳ方式の液晶表示装置を容易に実現できる。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、電子機器は、広い温度範囲にわたって反射モードでコントラストの高い画像を表示できる液晶表示装置を備えているので、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。

以下、本実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態１に係る液晶表示装置をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、本形態の液晶表示装置１００は、半透過反射型のアクティブマトリクス型液晶表示装置であり、液晶パネル１００ｐは、素子基板１０と、素子基板１０に対して対向配置された対向基板２０と、対向基板２０と素子基板１０との間でホモジニアス配向された液晶層５０とを備えている。素子基板１０の上には、シール材１０７が対向基板２０の縁に沿うように形成されており、対向基板２０と素子基板１０とはシール材１０７によって貼り合わされている。素子基板１０の一辺に沿っては、データ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４が構成された駆動用ＩＣ１０２が実装されている。液晶層５０は、配向方向の誘電率がその法線方向よりも大きい正の誘電率異方性を示す液晶組成物であり、広い温度範囲においてネマチック相を示す。

詳しくは後述するが、素子基板１０には、複数の画素電極７ａがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板２０には、シール材１０７の内側領域に遮光性材料からなる額縁状の遮光層２３ａが形成され、その内側が画像表示領域１０ａになっている。対向基板２０では、素子基板１０の画素電極７ａの縦横の画素境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光層２３ｂが形成されている。

本形態の液晶表示装置１００は、液晶層５０をＦＦＳモードで駆動する。このため、素子基板１０の上には、画素電極７ａに加えて、後述する共通電極（図１（ａ）、（ｂ）には図示せず）も形成されており、対向基板２０には対向電極が形成されていない。

このように構成した液晶表示装置１００において、液晶パネル１００ｐは、対向基板２０が液晶層５０を通過する表示光の出射側に位置するように配置されており、液晶パネル１００ｐに対して対向基板２０側および素子基板１０側の各々に第１の偏光板５１および第２の偏光板５２が配置されている。さらに、液晶パネル１００ｐに対して素子基板１０側にはバックライト装置（図示せず）が配置されている。

（液晶表示装置の電気的な構成）
図２は、本実施の形態１に係る液晶表示装置１００に用いた素子基板１０の画像表示領域１０ａの電気的な構成を示す等価回路図である。図２に示すように、液晶表示装置１００の画像表示領域１０ａには複数の画素１００ａがマトリクス状に形成されている。複数の画素１００ａの各々には、画素電極７ａ、および画素電極７ａを制御するための画素スイッチング用の薄膜トランジスタ３０が形成されている。また、複数の画素１００ａの各々には、画素電極７ａとの間で横電界を形成するための共通電極９ａが形成されており、かかる共通電極９ａは共通配線３ｃに電気的に接続されている。なお、図２では、共通電極９ａが共通配線３ｃに接続された構成を示してあるが、共通電極９ａが素子基板１０の画像表示領域１０ａの略全面に形成された構成を採用することもある。

薄膜トランジスタ３０のソースにはデータ線５ａが電気的に接続されており、データ線５ａは、データ線駆動回路１０１からデータ信号が線順次で供給される。また、薄膜トランジスタ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、走査線３ａは、走査線駆動回路１０４から走査信号が線順次で供給される。画素電極７ａは、薄膜トランジスタ３０のドレインに電気的に接続されており、薄膜トランジスタ３０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線５ａから供給されるデータ信号を各画素１００ａに所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極７ａを介して、図１（ｂ）に示す液晶層５０に書き込まれた所定レベルの画素信号は、素子基板１０に形成された共通電極９ａとの間で一定期間保持される。ここで、画素電極７ａと共通電極９ａとの間には保持容量６０が形成されており、画素電極７ａの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる液晶表示装置１００が実現できる。

（各画素の構成）
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本実施の形態１に係る液晶表示装置１００の画素１つ分の断面図、その平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ′線に相当する位置で液晶表示装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、図３（ｂ）では、画素電極７ａは長い点線で示し、走査線３ａおよびそれと同時形成された配線などは二点鎖線で示し、データ線５ａおよびそれと同時形成された薄膜などは実線で示してある。また、図３（ｂ）において、位相差層２７や光反射層１１ａが形成されている反射領域１００ｒには右上がりの斜線を付してある。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、素子基板１０上には、マトリクス状にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる透明な画素電極７ａが各画素１００ａ毎に形成されている。画素電極７ａの縦横の画素境界領域に沿っては、薄膜トランジスタ３０（画素スイッチング素子）に電気的に接続されたデータ線５ａおよび走査線３ａが形成されている。また、走査線３ａと並列するように共通配線３ｃが形成されており、共通配線３ｃは、走査線３ａと同時形成された配線層である。共通配線３ｃには、コンタクトホール６ｂを介して、ＩＴＯ膜からなる透明な共通電極９ａが電気的に接続されている。ここで、共通電極９ａは、ベタに形成されている一方、画素電極７ａには、スリット状の開口部７ｂ（長い点線で示す）が複数、形成されている。

図３（ａ）において、素子基板１０の基体は、石英基板や耐熱性のガラス基板などの透明基板１０ｂからなり、対向基板２０の基体は、石英基板や耐熱性のガラス基板などの透明基板２０ｂからなる。本形態では、透明基板１０ｂ、２０ｂのいずれについてもガラス基板が用いられている。

再び図３（ａ）、（ｂ）において、素子基板１０には、透明基板１０ｂの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜（図示せず）が形成されているとともに、その表面側において、各画素電極７ａに隣接する位置にボトムゲート構造の薄膜トランジスタ３０が形成されている。薄膜トランジスタ３０には、走査線３ａの一部からなるゲート電極、ゲート絶縁層２、薄膜トランジスタ３０の能動層を構成するアモルファスシリコン膜からなる半導体層１ａ、およびコンタクト層（図示せず）がこの順に積層されている。半導体層１ａのうち、ソース側の端部には、コンタクト層を介してデータ線５ａがソース電極として重なっており、ドレイン側の端部には、コンタクト層を介してドレイン電極５ｂが重なっている。データ線５ａおよびドレイン電極５ｂは同時形成された導電膜からなる。データ線５ａおよびドレイン電極５ｂの表面側にはシリコン窒化膜などからなる保護膜４が形成され、保護膜４の上層にはアクリル樹脂などの感光性樹脂からなる樹脂層６が形成されている。

樹脂層６の表面には、共通電極９ａがベタのＩＴＯ膜によって形成されており、共通電極９ａは、樹脂層６、保護膜４およびゲート絶縁層２を貫通するコンタクトホール６ｂを介して共通配線３ｃに電気的に接続されている。共通電極９ａの表面には、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜からなる電極間絶縁膜８が形成されている。電極間絶縁膜８の上層には、画素電極７ａがＩＴＯ膜によって形成されており、画素電極７ａには、前述のスリット状の開口部７ｂが形成されている。画素電極７ａの表面側には配向膜１６が形成されている。配向膜１６は、直線的なラビング処理により配向処理されたポリイミド樹脂膜であり、液晶層５０において配向膜１６に近接する部分をラビング方向に従って配向させる。

ここで、共通電極９ａと、共通電極９ａよりも液晶層５０側に形成された画素電極７ａとは電極間絶縁膜８を介して対向しており、電極間絶縁膜８を誘電体膜とする保持容量６０が形成されている。本形態において、画素電極７ａは、電極間絶縁膜８、樹脂層６および保護膜４に形成されたコンタクトホール８ａを介してドレイン電極５ｂに電気的に接続されている。このように構成した素子基板１０では、画素電極７ａと共通電極９ａとの間に形成された横電界によって、スリット状の開口部７ｂ、およびその周辺で液晶層５０が駆動される。

対向基板２０では、透明基板２０ｂの内面（液晶層５０が位置する側の面）に、薄膜トランジスタ３０に対向するように遮光層２３ｂが形成され、遮光層２３ｂで囲まれた領域内には各色のカラーフィルタ２２が形成されている。遮光層２３ｂおよびカラーフィルタ２２は絶縁保護膜２４で覆われ、絶縁保護膜２４の表面側には配向膜２６が形成されている。配向膜２６は、直線的なラビング処理により配向処理されたポリイミド樹脂膜であり、液晶層５０において配向膜２６に近接する部分をラビング方向に従って配向させる。ここで、配向膜１６、２６に対するラビング処理はアンチパラレルであり、配向膜１６に対するラビング方向と、配向膜２６に対するラビング方向とは逆向きである。このため、液晶層５０をホモジニアス配向させることができる。

また、図３（ｂ）に示すように、素子基板１０と対向基板２０との間には、感光性樹脂によって、素子基板１０に対して柱状突起１３（図３（ａ）には、図示せず）が形成されており、この柱状突起１３によって、素子基板１０と対向基板２０との間隔が所定の値に設定される。

（各画素の詳細構成）
本形態の液晶表示装置１００は半透過反射型であり、複数の画素１００ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１００ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１００ｒとを備えている。すなわち、樹脂層６の上層のうち、反射領域１００ｒには、アルミニウム、銀、あるいはそれらの合金などからなる光反射層１１ａが形成されており、その上層側に共通電極９ａ、電極間絶縁膜８、および画素電極７ａが形成されている。なお、反射領域１００ｒにおいて、樹脂層６の表面には光反射層１１ａと重なる領域に凹凸を形成しておき、光反射層１１ａの表面に光散乱性を付与することもある。

このように構成した液晶表示装置１００において、バックライト装置（図示せず）から出射されたバックライト光は、透過領域１００ｔを透過して対向基板２０の側から透過表示光として出射される間に液晶層５０によって光変調される。また、対向基板２０の側から反射領域１００ｒに入射した外光は、光反射層１１ａで反射して対向基板２０の側から反射表示光として出射される間に液晶層５０によって光変調される。従って、透過モードと反射モードとでは光が辿る経路の長さが相違する。

そこで、本形態では、第１の偏光板５１と液晶層５０との間に位相差層２７が形成されている。より具体的には、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１００ｒに相当する領域に、平面視で光反射層１１ａに重なるように液晶高分子からなる位相差層２７が形成されており、配向膜２６は、位相差層２７の表面側に形成されている。このため、透過モードと反射モードとでは光が辿る経路の長さが相違している場合でも双方のリタデーションを調整することができる。なお、図示を省略するが、位相差層２７の遅相軸の方向を規定するにあたっては、位相差層２７の下地として配向膜を形成し、この配向膜にラビング処理や光配向処理を施すことによって位相差層２７の遅相軸の方向を設定すればよい。また、この配向膜を斜方蒸着法により形成してもよい。

（光学的構成）
このように構成した液晶表示装置１００において、液晶表示装置１００を法線方向からみると、複数のスリット状の開口部７ｂは、互いに平行に形成され、走査線３ａと平行（画素１００ａの短辺方向）に延びている。このため、電界方向は、走査線３ａに対して直交する方向である。

また、対向基板２０側の配向膜２６に対しては、図３（ｃ）に示すように、開口部７ｂが延びている方向（走査線３ａと平行な方向／画素１００ａの短辺方向）に対して反時計回りの方向に５度の角度をもってラビング処理が施されており、素子基板１０側の配向膜１６に対しては、配向膜２６に対するラビング方向と逆向きのラビング処理が施されている。このため、液晶層５０をホモジニアス配向させることができるととともに、しきい値電圧を低減することができる。

第１の偏光板５１および第２の偏光板５２は、互いの偏光軸が直交するように配置されており、第１の偏光板５１の偏光軸は、配向膜１６、２６に対するラビング方向と直交し、第２の偏光板５２の偏光軸は、配向膜１６、２６に対するラビング方向と平行である。

このように構成した液晶表示装置１００において、本形態では、反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄを４分の１波長とし、位相差層２７のリタデーションＲを２分の１波長に設定してある。すなわち、可視光域のうち、人間の視感度が最高になる波長５５０ｎｍの光を基準に、反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄを２５℃で１２４ｎｍとし、位相差層２７のリタデーションＲを２５℃で２５１ｎｍに設定してある。なお、位相差層２７の遅相軸が第１の偏光板５１の偏光軸となす角は、２２．５度あるいは６７．５度に設定されており、±１０％の許容範囲を見込んで２０度以上２５度以下、または６０度以上７５度以下に設定されている。また、透過領域１００ｔと反射領域１００ｒとでは、液晶層５０のリタデーションΔｎｄが４分の１波長分だけずれている。

このため、本形態では、反射領域１００ｒでは、第１の偏光板５１によって直線偏光になった入射光が、位相差層２７によって振動方向の異なる直線偏光に変換された後、液晶層５０によって、円偏光に変換される。従って、反射領域１００ｒにおいては、電圧無印加時、入射光は円偏光またはこれに近い偏光状態になって光反射層１１ａに入射する。従って、光反射層１１ａで反射して再び第１の偏光板５１に入射する光は、振動方向が第１の偏光板５１の偏光軸に直交する直線偏光、すなわち、第１の偏光板５１の吸収軸に対して平行な直線偏光になる。それ故、電圧無印加時、透過領域１００ｔと同様、反射領域１００ｒでも、無彩色の暗表示が得られることになる。

（液晶層および位相差層のリタデーションの最適化）
図４は、ＮＩ点（ネマチック・等方相転移温度）が９５℃、１１０℃の２種類の液晶材料の複屈折率Δｎの温度依存性（２５℃におけるΔｎの変化率）を示すグラフである。図５は、本形態の液晶表示装置１００において、液晶層５０のリタデーションΔｎｄを変化させた場合において、光の出射率（反射率）が０．４％未満という条件を満たす位相差層２７のリタデーションＲの範囲をシミュレーションにより検討した結果を示すグラフである。図５には、波長５５０ｎｍの光に対する液晶層５０のリタデーションΔｎｄを変化させた場合において、光の出射率が０．４％未満という条件を満たす位相差層２７のリタデーションＲの範囲をマークＰで示し、マークＰで示す範囲における位相差層２７のリタデーションＲと、液晶層５０のリタデーションΔｎｄとの差をマークＲで示し、マークＰで示す範囲の線形一次近似式を直線Ｑで示してある。図６は、図４および図５に示す結果に基づいて、各温度における液晶層５０のリタデーションΔｎｄの値と、その場合における位相差層２７のリタデーションＲの最適値を図５から読み取った値を白丸で示すグラフである。図７は、図６に示す結果を温度２５℃を基準にした変化率（温度依存性）に変換して示すグラフであり、液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性を黒丸で示し、位相差層２７の温度依存性を白丸で示してある。

液晶表示装置１００において、波長５５０ｎｍの光に対する反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーションを２５℃で４分の１波長とし、波長５５０ｎｍの光に対する位相差層２７のリタデーションを２５℃で２分の１波長に設定した場合でも、図４に示すように、液晶層５０あるいは位相差層２７に用いられる液晶材料は温度によって複屈折率（Δｎ）が変化する。このため、たとえ２５℃で、反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーションを４分の１波長とし、波長５５０ｎｍの光に対する位相差層２７のリタデーションを２分の１波長に設定した場合でも、使用環境温度が変化すると、電圧無印加時、反射領域１００ｒでも、無彩色の暗表示が得られず、コントラストが低下する。

そこで、まず、波長５５０ｎｍの光に対する液晶層５０のリタデーションΔｎｄを変化させた場合において、光の出射率が０．４％未満という条件を満たす位相差層２７のリタデーションＲの範囲をシミュレーションにより検討した。その結果、かかる条件を満たす位相差層２７のリタデーションＲの範囲として、図５にマークＰ、マークＲで示す結果が得られた。また、図５にマークＰで示す値を線形一次近似式（直線Ｑ）で示すと、下式
Ｒ＝１．２０６７×Δｎｄ＋１０１．５５（ｎｍ）
となる。

また、図４および図５に示す結果に基づいて、各温度における液晶層５０のリタデーションΔｎｄの値と、その場合における位相差層２７のリタデーションＲの最適値を求めるとともに、図６に示す結果を温度２５℃を基準にした変化率（温度依存性）に変換すると、表１、図６および図７に示す結果が得られた。

その結果、図７に示すように、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性が液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性より小さいという条件が、光の出射率（反射率）が０．４％未満という条件を満たすという新たな知見が得られた。かかる結果は、位相差層２７として、ＮＩ点が１３０℃の液晶材料を用いると、最適な条件を得ることができることを示唆する。

よって、本形態では、液晶層５０および位相差層２７を形成する際、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性が液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性より小さくなるような液晶材料を用いる。このため、本形態によれば、電圧無印加時、反射領域１００ｒでも、広い温度範囲にわたって、無彩色の暗表示が得られ、コントラストの高い画像を表示することができる。これにより、液晶表示装置１００は、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。

［実施の形態２］
図８（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態２に係る液晶表示装置１００の画素１つ分の平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。なお、図８（ａ）のＡ−Ａ′断面は、図３（ａ）に示すように表わされるなど、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、本形態の液晶表示装置１００も、実施の形態１と同様、半透過反射型の液晶表示装置であり、複数の画素１００ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１００ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１００ｒとを備えている。また、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１００ｒに相当する領域に液晶高分子からなる位相差層２７が形成されている。

このように構成した液晶表示装置１００において、液晶表示装置１００を法線方向からみると、複数のスリット状の開口部７ｂは、所定の間隔を隔てて互いに平行に形成されているが、走査線３ａに対して時計回りの方向に５度の傾きをもって延びている。従って、対向基板２０側の配向膜２６に対しては、図８（ｂ）に示すように、走査線３ａと平行にラビング処理が施されており、素子基板１０側の配向膜１６に対しては、配向膜２６に対するラビング方向と逆向きのラビング処理が施されている。このため、配向膜１６、２６に対しては、開口部７ｂが延びている方向に反時計回りの方向に５度の角度をもってラビング処理が施されていることになる。

また、第１の偏光板５１および第２の偏光板５２は、互いの偏光軸が直交するように配置されており、第１の偏光板５１の偏光軸は、配向膜１６、２６に対するラビング方向と直交し、第２の偏光板５２の偏光軸は、配向膜１６、２６に対するラビング方向と平行である。

このように構成した液晶表示装置１００においても、実施の形態１と同様、反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄを４分の１波長とし、位相差層２７のリタデーションＲを２分の１波長に設定してある。また、液晶層５０および位相差層２７を形成する際、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性が液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性より小さくなるような液晶材料を用いる。このため、本形態によれば、電圧無印加時、反射領域１００ｒでも、広い温度範囲にわたって、無彩色の暗表示が得られ、コントラストの高い画像を表示することができる。これにより、液晶表示装置１００は、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。

［実施の形態３］
図９（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態３に係る液晶表示装置１００の画素１つ分の平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。なお、図９（ａ）のＡ−Ａ′断面は、図３（ａ）に示すように表わされるなど、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。

図９（ａ）に示すように、本形態の液晶表示装置１００も、実施の形態１と同様、半透過反射型の液晶表示装置であり、複数の画素１００ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１００ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１００ｒとを備えている。また、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１００ｒに相当する領域に液晶高分子からなる位相差層２７が形成されている。

このように構成した液晶表示装置１００において、液晶表示装置１００を法線方向からみると、複数のスリット状の開口部７ｂは、画素１００ａのうち、データ線５ａが延びている方向の一方側領域１００ｅと、他方側領域１００ｆとでは、走査線３ａに対して傾いている方向が逆であり、画素１００ａは２ドメイン構造になっている。すなわち、画素１００ａのうち、一方側領域１００ｅにおいて、スリット状の開口部７ｂは、走査線３ａに対して反時計回りの方向に５度傾いている一方、他方側領域１００ｆにおいて、スリット状の開口部７ｂは、走査線３ａに対して時計回りの方向に５度傾いている。そこで、本形態では、対向基板２０側の配向膜２６に対しては、図９（ｂ）に示すように、走査線３ａと平行にラビング処理を施し、素子基板１０側の配向膜１６に対しては、配向膜２６に対するラビング方向と逆向きのラビング処理を施す。このため、配向膜１６、２６に対しては、開口部７ｂが延びている方向に５度の角度をもってラビング処理が施され、かつ、一方側領域１００ｅと他方側領域１００ｆとでは、ラビング処理の方向に対するスリット状の開口部７ｂの傾き方向が逆になる。

また、画素１００ａが２ドメイン構造になっているので、電圧印加時の液晶層５０の配向方向は２方向となる。このため、画素１００ａの右半分および左半分における視角の方位角依存性が相殺されるので、視角の対称性が向上する。なお、液晶表示装置１００の反射領域１００ｒにおいても、領域１００ｅおよび領域１００ｆと同様に、開口部７ｂの傾いている方向が逆となる２ドメイン構造を有していてもよい。

［実施の形態４］
図１０（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態４に係る液晶表示装置１００の画素１つ分の平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。なお、図１０（ａ）のＡ−Ａ′断面は、図３（ａ）に示すように表わされるなど、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。

図１０（ａ）に示すように、本形態の液晶表示装置１００も、実施の形態１と同様、半透過反射型の液晶表示装置であり、複数の画素１００ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１００ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１００ｒとを備えている。また、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１００ｒに相当する領域に液晶高分子からなる位相差層２７が形成されている。

このように構成した液晶表示装置１００において、液晶表示装置１００を法線方向からみると、複数のスリット状の開口部７ｂは、データ線５ａと平行に延びており、走査線３ａに対しては直交している。そこで、対向基板２０側の配向膜２６に対しては、図１０（ｂ）に示すように、走査線３ａに対して時計回りの方向に８５度の角度をなす方向にラビング処理が施され、素子基板１０側の配向膜１６に対しては、配向膜２６に対するラビング方向と逆向きのラビング処理が施されている。このため、配向膜１６、２６に対しては、開口部７ｂが延びている方向に反時計回りの方向に５度の角度をもってラビング処理が施されていることになる。

また、実施の形態１では開口部７ｂが画素電極７ａの短辺方向（走査線３ａと平行）に延びているが、本形態では開口部７ｂが画素電極７ａの長辺方向（データ線５ａと平行）に延びている。開口部７ｂが延びている方向に沿う端部では、液晶層５０を良好に配向させることができないため実質的に表示に寄与しない。本形態では、この表示に寄与しない端部が画素電極７ａの短辺方向に沿って位置しているので、画素１００ａの領域のうち実質的に表示に寄与しない部分を小さくできる。このため、本形態によれば、より明るい表示を得ることができる。

［実施の形態５］
図１１（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態５に係る液晶表示装置１１０の画素１つ分の断面図、およびその平面図であり、図１１（ａ）は、図１１（ｂ）のＡ−Ａ′線に相当する位置で液晶表示装置１１０を切断したときの断面図に相当する。なお、本形態の液晶表示装置１１０では、実施の形態１と画素電極および共通電極の構成が異なるため、この点を中心に説明するが、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。

図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の液晶表示装置１１０も、実施の形態１と同様、半透過反射型の液晶表示装置であり、複数の画素１１０ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１１０ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１１０ｒとを備えている。また、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１１０ｒに相当する領域に液晶高分子からなる位相差層２７が形成されている。

このように構成した液晶表示装置１１０において、素子基板１１１に設けられた共通電極１１９ａが画素電極１１７ａよりも液晶層５０側に配置されている。すなわち、素子基板１１１には、透明基板１０ｂ上に、ゲート絶縁層２と、保護膜４と、樹脂層６と、画素電極１１７ａと、電極間絶縁膜８と、共通電極１１９ａと、配向膜１６とが順次積層されている。また、反射領域１１０ｒにおいては、光反射層１１ａ上に、画素電極１１７ａと、電極間絶縁膜８と、共通電極１１９ａと、配向膜１６とが積層されている。

画素電極１１７ａは、樹脂層６および保護膜４に形成されたコンタクトホール８ａを介してドレイン電極５ｂに電気的に接続されている。一方、共通電極１１９ａは、複数の画素１１０ａに跨って形成されている。ここで、画素電極１１７ａはベタに形成されている一方、共通電極１１９ａには、スリット状の開口部１１９ｂ（実線で示す）が複数、形成されている。複数のスリット状の開口部１１９ｂは、互いに平行に形成され、走査線３ａと平行（画素１１０ａの短辺方向）に延びている。このため、電界方向は、実施の形態１と同様に、走査線３ａに対して直交する方向である。また、配向膜２６に対するラビング方向も、実施の形態１と同様の方向である。

このように構成した液晶表示装置１１０においても、実施の形態１と同様、反射領域１１０ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄを４分の１波長とし、位相差層２７のリタデーションＲを２分の１波長に設定してある。また、液晶層５０および位相差層２７を形成する際、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性が液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性より小さくなるような液晶材料を用いる。このため、本形態によれば、電圧無印加時、反射領域１１０ｒでも、広い温度範囲にわたって、無彩色の暗表示が得られ、コントラストの高い画像を表示することができる。これにより、液晶表示装置１１０は、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。また、共通電極１１９ａが複数の画素１１０ａに跨って形成されているため、画素１１０ａの領域のうち実質的に表示に寄与する部分の比率（開口率）を大きくすることができる。

なお、共通電極１１９ａは、各画素１１０ａ毎に形成されていてもよい。また、本形態の液晶表示装置１１０において、共通電極１１９ａの開口部１１９ｂを、実施の形態２、実施の形態３、および実施の形態４における画素電極７ａの開口部７ｂと同様の構成としてもよい。

［実施の形態６］
図１２（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態６に係る液晶表示装置１２０の画素１つ分の断面図、その平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図であり、図１２（ａ）は、図１２（ｂ）のＡ−Ａ′線に相当する位置で液晶表示装置１２０を切断したときの断面図に相当する。なお、本形態の液晶表示装置１２０では、実施の形態１と画素電極および共通電極の構成が異なるため、この点を中心に説明するが、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。なお、図１２（ｂ）では、画素電極１２７ａを実線で示してある。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の液晶表示装置１２０も、実施の形態１と同様、半透過反射型の液晶表示装置であり、複数の画素１２０ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１２０ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１２０ｒとを備えている。また、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１２０ｒに相当する領域に液晶高分子からなる位相差層２７が形成されている。

本形態の液晶表示装置１２０は、液晶層５０をＩＰＳモードで駆動する。このように構成した液晶表示装置１２０において、画素電極１２７ａと共通電極１２９ａとは、ともに樹脂層６上に形成されており、その表面側には配向膜１６が形成されている。また、反射領域１２０ｒにおいては、光反射層１１ａ上に、画素電極１２７ａと共通電極１２９ａとが形成されており、その表面側には配向膜１６が形成されている。画素電極１２７ａは、樹脂層６および保護膜４に形成されたコンタクトホール８ａを介してドレイン電極５ｂに電気的に接続されている。一方、共通電極１２９ａは、共通配線３ｃと一体で形成されており、隣接する画素１２０ａの共通電極１２９ａとの間で共通配線３ｃを介して電気的に接続されている。

画素電極１２７ａと共通電極１２９ａとは、ともに櫛歯形状を有しており、各々の櫛歯形状をなす部分が互い違いに入り込んだ状態で対向して配置されている。画素電極１２７ａと共通電極１２９ａとの各々の櫛歯形状をなす部分は、ともにデータ線５ａと平行に延びており、走査線３ａに対しては直交している。このため、電界方向は、実施の形態４と同様に、走査線３ａに対して平行な方向である。また、配向膜２６に対するラビング方向も、実施の形態４と同様の方向である。

このように構成した液晶表示装置１２０においても、実施の形態１と同様、反射領域１２０ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄを４分の１波長とし、位相差層２７のリタデーションＲを２分の１波長に設定してある。また、液晶層５０および位相差層２７を形成する際、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性が液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性より小さくなるような液晶材料を用いる。このため、本形態によれば、電圧無印加時、反射領域１２０ｒでも、広い温度範囲にわたって、無彩色の暗表示が得られ、コントラストの高い画像を表示することができる。これにより、液晶表示装置１２０は、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。

［実施の形態７］
図１３は、本実施の形態７に係る液晶表示装置１３０の画素１つ分の断面図である。なお、本形態の液晶表示装置１３０では、位相差層２７が対向基板ではなく素子基板に形成されている点が異なるため、この点を中心に説明するが、それ以外の構成は実施の形態１と同じである。実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。なお、図１３を第１の偏光板５１の法線方向からみた表面は、図３（ｂ）に示すように表される。

図１３に示すように、本形態の液晶表示装置１３０も、実施の形態１と同様、半透過反射型の液晶表示装置であり、複数の画素１３０ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１３０ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１３０ｒとを備えている。ただし、素子基板１３１の内面（液晶層５０が位置する側の面）に、反射領域１３０ｒに相当する領域に液晶高分子からなる位相差層２７が形成されている。

このように構成した液晶表示装置１３０において、素子基板１３１には、透明基板１０ｂ上に、ゲート絶縁層２と、保護膜４と、樹脂層６と、共通電極９ａと、電極間絶縁膜８と、画素電極７ａと、配向膜１６とが順次積層されている。また、反射領域１３０ｒにおいては、光反射層１１ａ上に位相差層２７が形成され、その上に共通電極９ａと、電極間絶縁膜８と、画素電極７ａと、配向膜１６とが積層されている。従って、対向基板１３２には、位相差層２７が形成されていない。

このように構成した液晶表示装置１３０においても、実施の形態１と同様、反射領域１３０ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄを４分の１波長とし、位相差層２７のリタデーションＲを２分の１波長に設定してある。また、液晶層５０および位相差層２７を形成する際、位相差層２７のリタデーションＲの温度依存性が液晶層５０のリタデーションΔｎｄの温度依存性より小さくなるような液晶材料を用いる。このため、本形態によれば、電圧無印加時、反射領域１３０ｒでも、広い温度範囲にわたって、無彩色の暗表示が得られ、コントラストの高い画像を表示することができる。これにより、液晶表示装置１３０は、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。また、位相差層２７が光反射層１１ａ上に形成されるので、位相差層２７と光反射層１１ａとの相対的な位置精度が向上する。このため、本形態の構成は高精細な液晶表示装置に適している。また反射領域１３０ｒにおいては、光反射層１１ａ上に位相差層２７が形成され、その上にべた状の共通電極９ａを位相差層２７上に形成するため、光反射層１１ａ上での共通電極９ａの切れ、電界のひずみが生じない。

なお、液晶表示装置１３０は、素子基板１３１が表示光の出射側に配置された構成を有していてもよい。その場合、位相差層２７および光反射層１１ａが対向基板１３２の内面に形成されていてもよいし、位相差層２７が素子基板１３１に形成され、光反射層１１ａが対向基板１３２に形成されていてもよい。

また、上記実施の形態では、半導体膜としてアモルファスシリコン膜を用いた例であったが、ポリシリコン膜や単結晶シリコン層を用いた素子基板１０に本発明を適用してもよい。また、画素スイッチング素子として薄膜ダイオード素子（非線形素子）を用いた液晶表示装置に本発明を適用してもよい。

さらに、上記実施の形態では、第１の偏光板５１および第２の偏光板５２の偏光軸について述べたが、偏光軸の代わりに吸収軸としてもよい。

［電子機器］
次に、上述した実施形態に係る液晶表示装置１００を適用した電子機器について説明する。図１４（ａ）に、液晶表示装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す。パーソナルコンピュータ２０００は、表示ユニットとしての液晶表示装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。図１４（ｂ）に、液晶表示装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての液晶表示装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、液晶表示装置１００に表示される画面がスクロールされる。図１４（ｃ）に、液晶表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての液晶表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が液晶表示装置１００に表示される。

これらの電子機器は、広い温度範囲にわたって反射モードでコントラストの高い画像を表示できる液晶表示装置１００を備えているので、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。なお、液晶表示装置１００が適用される電子機器としては、図１４に示すものの他、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などなどが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した液晶表示装置１００が適用可能である。また、上述の各種電子機器の表示部としては液晶表示装置１１０、１２０、１３０も適用可能であり、液晶表示装置１１０、１２０、１３０を備えた電子機器においても、使用環境温度が変化しても品位の高い画像を表示することができる。

（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態１に係る液晶表示装置をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。本実施の形態１に係る液晶表示装置に用いた素子基板の画像表示領域の電気的な構成を示す等価回路図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本実施の形態１に係る液晶表示装置の画素１つ分の断面図、その平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。ＮＩ点（ネマチック・等方相転移温度）が９５℃、１１０℃の２種類の液晶材料の複屈折率Δｎの温度依存性（２５℃におけるΔｎの変化率）を示すグラフである。液晶表示装置において、液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させた場合において、光の出射率（反射率）が０．４％未満という条件を満たす位相差層のリタデーションの範囲をシミュレーションにより検討した結果を示すグラフである。液晶表示装置において、液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させた場合における位相差層のリタデーションの最適値を示すグラフである。図６に示す結果を温度２５℃を基準にした変化率（温度依存性）に変換して示すグラフである。（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態２に係る液晶表示装置の画素１つ分の平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態３に係る液晶表示装置の画素１つ分の平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態４に係る液晶表示装置の画素１つ分の平面図、および偏光板の配置方向などを示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態５に係る液晶表示装置の画素１つ分の断面図、およびその平面図を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本実施の形態６に係る液晶表示装置の画素１つ分の断面図、およびその平面図を示す説明図である。本実施の形態７に係る液晶表示装置の画素１つ分の断面図を示す説明図である。本実施の形態に係る液晶表示装置を用いた電子機器の説明図である。

符号の説明

７ａ・・画素電極、９ａ・・共通電極、１０・・素子基板、１０ａ・・画像表示領域、１１ａ・・光反射層、２０・・対向基板、２７・・位相差層、３０・・薄膜トランジスタ（画素スイッチング素子）、５０・・液晶層、５１・・第１の偏光板、５２・・第２の偏光板、１００・・液晶表示装置、１００ａ・・画素、１００ｒ・・反射領域、１００ｔ・・透過領域。

Claims

素子基板と、
前記素子基板に設けられた画素に形成された画素電極と、
前記素子基板に設けられ、前記画素電極との間に電界を形成する共通電極と、
前記素子基板に対して対向配置された対向基板と、
前記対向基板と前記素子基板との間に保持された液晶層と、
前記液晶層を通過する表示光の出射側および反対側に設けられた第１の偏光板と第２の偏光板と、
前記画素に設けられ、透過表示光を出射する透過領域と、
前記画素に設けられ、反射表示光を出射する反射領域と、
前記反射領域に設けられ、前記液晶層と前記第１の偏光板との間に位置する位相差層と、を備え、
前記位相差層は、前記液晶層に比較してリタデーションの温度依存性が小さいことを特徴とする液晶表示装置。
前記素子基板および前記対向基板のうち、前記対向基板が前記表示光の出射側に配置され、
前記位相差層は、前記対向基板において前記液晶層側の面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記反射領域には、前記素子基板の前記液晶層側の面に光反射層が形成され、
前記位相差層は、平面視で前記光反射層に重なるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記画素電極および前記共通電極のうちいずれか一方は、前記素子基板において他方よりも前記液晶層側に形成されているとともに、前記画素の各々の領域内に所定の間隔を隔てて形成された複数のスリット状の開口部を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記画素電極が前記共通電極よりも前記液晶層側に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記共通電極が前記画素電極よりも前記液晶層側に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記画素電極および前記共通電極は、前記素子基板において同層に形成されているとともに櫛歯形状を有しており、各々の前記櫛歯形状をなす部分が互い違いに入り込んだ状態で対向して配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。