JP2011090262A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】反射表示および透過表示という両方の表示モードにおいて、十分な画素表示面積が得られる反射透過型の液晶表示装置を実現する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、複数の画素領域10Pがマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板31と対向基板32との間に液晶層33を有する液晶パネ40ルと、透過表示を行うために液晶パネル40に光を照射するバックライトとを有する。アクティブマトリクス基板31は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層34を備えている。反射電極層34には、反射性を有する液体金属72と、液体金属72が移動可能な状態で収容されている液体金属層56(液体金属収容空間)と、液体金属層56内に磁界を発生させるコイル73(磁界発生部)とが設けられており、コイル73が発生させる磁界によって、液体金属72が移動して反射表示と透過表示との切り替えが行われる。
【選択図】図3
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、複数の画素領域10Pがマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板31と対向基板32との間に液晶層33を有する液晶パネ40ルと、透過表示を行うために液晶パネル40に光を照射するバックライトとを有する。アクティブマトリクス基板31は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層34を備えている。反射電極層34には、反射性を有する液体金属72と、液体金属72が移動可能な状態で収容されている液体金属層56(液体金属収容空間)と、液体金属層56内に磁界を発生させるコイル73(磁界発生部)とが設けられており、コイル73が発生させる磁界によって、液体金属72が移動して反射表示と透過表示との切り替えが行われる。
【選択図】図3
Description
本発明は、反射表示モードと透過表示モードとの双方によって画像を表示する反射透過型液晶表示装置に関するものである。
現在、液晶表示装置は、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末(PDA)などの電子機器に幅広く利用されている。このような液晶表示装置には、反射型、透過型、反射透過型(半透過型ともいう)の3種類がある。
このうち反射透過型の液晶表示装置は、屋内などの比較的暗い照明下では、バックライト光を利用して透過表示を行う一方、屋外などの比較的明るい照明下では、照明光を利用して反射表示を行うものである。これにより、周囲の明るさに拘らず、コントラスト比の高い表示を実現できる。すなわち、反射透過型の液晶表示装置は、屋内外を問わず、あらゆる照明下(光環境下)での表示が可能であるため、携帯電話、PDA、デジタルカメラ等のモバイル機器に多く搭載されてきている。
このような反射透過型液晶表示装置では、液晶パネルの1画素内に、反射表示モードに使用される反射領域(反射サブピクセル)と、透過表示モードに使用される透過領域(透過サブピクセル)という2種類の表示領域が形成されている(特許文献1参照)。
図12には、従来の反射透過型の液晶表示装置における1画素の構成を示す。図12に示す液晶表示装置100の1画素領域100Pは、隣接する2本のソース配線111,111、および、隣接する2本の補助容量配線113,113で囲まれた領域である。なお、2本の補助容量配線113,113の間には、ゲート配線112が補助容量配線113と平行に延びている。
また、画素領域100P内には、ゲート配線112から引き出されたゲート電極112a、ソース配線111から引き出されたソース電極111a、および、ドレイン電極113aが設けられており、これらの各電極でTFT121(スイッチング素子)が構成されている。さらに、ドレイン電極113aは、コンタクトホール114を介して画素電極(図示せず)に電気的に接続されている。また、ドレイン電極113aは、ドレイン引き出し配線113cを介して、補助容量配線113と重なるように形成された補助容量電極115と接続されている。ドレイン電極113a、ドレイン引き出し配線113c、および補助容量電極115は、ソース電極111aと同層に形成されている。これにより、補助容量配線113および補助容量電極115間で補助容量が形成される。また、図示はしていないが、画素領域100P内には、反射電極が部分的に形成されている。
上記のような構成により、従来の反射透過型の液晶表示装置100では、1画素領域100Pは、透過表示モードに使用される透過部と、反射表示モードに使用される反射部という、2つの部分に分割される。このように、従来の反射透過型の液晶表示装置においては、画素領域100P内の開口部の全面積を反射部と透過部とに振り分ける必要が生じ、全画素領域を透過表示あるいは反射表示に使用できる透過型または反射型の液晶表示装置と比較して、各表示モードにおける表示面積が小さくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、反射表示および透過表示という両方の表示モードにおいて、十分な画素表示面積が得られる反射透過型の液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、複数の画素領域がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層を有する液晶パネルと、透過表示を行うために上記液晶パネルに光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、上記アクティブマトリクス基板は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層を備えており、上記反射電極層には、反射性を有する液体金属と、上記液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、上記液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とが設けられており、上記磁界発生部が発生させる磁界によって、上記液体金属が移動して上記反射表示と上記透過表示との切り替えが行われることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、バックライトおよび反射電極層を備えており、バックライトを光源とした透過表示による画像表示と、外光を光源とした反射表示による画像表示という、両方の表示を行うことのできる反射透過型の液晶表示装置である。そして、本発明の液晶表示装置は、反射性を有する液体金属と、該液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、該液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とを有する反射電極層を備えている。
上記の構成によれば、上記磁界発生部が発生させる磁界によって、液体金属は、液体金属収容空間内の画素領域内(すなわち、開口領域)と画素領域外(すなわち、非開口領域(遮光領域))との間を移動し、反射表示と透過表示との切り替えが行われる。これにより、1画素を反射表示領域と透過表示領域とに分割することなく、全画素領域において、反射表示および透過表示をそれぞれ実現することができる。
したがって、上記の構成によれば、反射表示モードと透過表示モードとを画素分割することなく、切り替えることができる。したがって、従来の反射透過型の液晶表示装置と比較して、両方の表示モードにおいて表示画素面積を広くすることができる。
本発明の液晶表示装置において、上記液体金属は、反磁性体であってもよい。
上記反磁性体とは、自発磁化を有さず、磁場をかけた場合にのみ、物質が磁場の逆向きに磁化され、磁場とその勾配の積に比例する力が、磁石に反する方向に生ずる磁性体のことである。
上記液体金属が反磁性体であるとき、画素領域外である遮光領域に磁界発生部を設けることが好ましい。これにより、磁界発生部が磁界を発生させたときに、エレクトロウエッティング作用により、上記磁界発生部から反発するように液体金属が変形し、画素領域内(開口領域)に液体金属を移動させることができる。これにより、反射表示を実現することができる。
本発明の液晶表示装置において、上記液体金属は、水銀であってもよい。
上記の構成によれば、移動可能な反射電極を実現することができる。なお、水銀は反磁性体であるため、上記磁界発生部が磁場をかけたときに、発生した磁場とは反対の向きの磁性を帯びる。
本発明の液晶表示装置において、上記磁界発生部は、コイル状構造を有していてもよい。
上記の構成によれば、上記コイル状構造に電流を流すことによって、電磁作用によって磁界を発生させることができる。また、流す電流の向きによって、発生させる磁界の向きを変更することもできる。
本発明の液晶表示装置において、上記液体金属収容空間の底面には、上記画素領域の中央部を頂点とした勾配を有する***部が形成されていてもよい。
上記の構成によれば、反射表示モードから透過表示モードへ移行させるときの液体金属の移動を、***部の物理的な傾斜による自重を利用して行うことができる。そのため、消費電力を低減させることができる。
本発明の液晶表示装置では、上記反射電極層の上部に、上記画素領域を構成する画素電極、上記液晶層、および、上記対向基板が設けられていてもよい。
上記の構成によれば、反射電極層の上部に液晶を駆動するための画素電極などが設けられていることによって、画素電極、液晶層、および対向基板(対向電極)による液晶表示駆動と、反射電極層での反射表示と透過表示との切り替えとを組み合わせた液晶パネルを実現することができる。
本発明の液晶表示装置において、上記磁界発生部は、1つの上記画素領域ごとに磁界の発生の制御を行うものであってもよい。
上記の構成によれば、液晶パネルの全表示領域単位ではなく、1画素単位で表示モードの切り替えを行うことができる。これにより、1つの液晶パネル内に、反射表示モードの画素領域と透過表示モードの画素領域とを共存させることができる。
本発明にかかる液晶表示装置において、上記反射電極層には、反射性を有する液体金属と、上記液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、上記液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とが設けられており、上記磁界発生部が発生させる磁界によって、上記液体金属が移動して上記反射表示と上記透過表示との切り替えが行われることを特徴とする。
本発明によれば、反射表示および透過表示という両方の表示モードにおいて、十分な画素表示面積が得られる反射透過型の液晶表示装置を実現することができる。
以下、本発明の一実施形態について図1〜図11に基づいて説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明にかかる液晶表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材寸法は、実際の構成部材の寸法を及び各部材の寸法比率を忠実に表したものではない。
本実施形態では、複数のソース配線と複数のゲート配線とが交差するように配置され、その交差部近傍にマトリクス状に配置された複数の画素部(画素領域)を有するアクティブマトリクス基板を備えた液晶表示装置について説明する。
本実施の形態にかかる液晶表示装置は、反射表示モードと透過表示モードとを切り替え可能な構成とした反射透過型の液晶表示装置である。すなわち、本実施の形態の液晶表示装置では、屋内などの比較的に暗い照明下では、バックライト光を利用した透過表示モードにより画像を表示する一方、屋外などの比較的に明るい照明下では、バックライトを消して周囲光を利用した反射表示モードにより画像表示を行う。
図2には、本実施の形態にかかる液晶表示装置10の概略構成を示す。この図に示すように、液晶表示装置10には、液晶パネル40の裏面側にバックライト50が設けられている。液晶パネル40は、表側偏光板43aと裏側偏光板43bとの間に挟みこまれた構成を有している。ここで、表側とは、液晶パネル40へ外部光が入射する側のことをいい、裏側とは、バックライトが設けられている側のことをいう。
さらに、液晶パネル40と表側偏光板43aとの間には、反射表示を実現するための位相差板として表側λ/4板41aが設けられているとともに、液晶パネル40と裏側偏光板43bとの間には、もう一つの位相差板として裏側λ/4板41bが設けられている。
λ/4板41aおよび41bは、自身を透過する光の偏光状態を変化させるものである。偏光板43aおよび43bは、特定の偏光成分の光だけを透過させるものである。
液晶パネル40は、TFT基板(アクティブマトリクス基板)31、対向基板(カラーフィルタ基板)32、および、これら各基板の間に設けられた液晶層33で構成されている。
本実施の形態の液晶表示装置10は、透過表示モードAと反射表示モードBという2つの表示モードにより画像を表示することができる。
すなわち、透過表示モードAの場合には、液晶パネル40の裏面側に設けられたバックライト50の照射光により透過表示を行う。なお、裏側λ/4板41bは、この透過表示において表側λ/4板41aによる位相差への影響をキャンセルするため(つまり、変化した偏光状態を元に戻すため)に設けられている。
また、反射表示モードBの場合には、液晶パネル40内に移動可能な状態で配置された反射性を有する液体金属(Hg)を画素領域内に移動させ、この液体金属が反射電極を形成することで、外部光を利用した反射表示を行うことができる。このとき、液晶表示装置10に設けられた表側λ/4板41aにより、正しい白黒表示を行うことができる。
具体的には、表側λ/4板41aによって、例えば、液晶パネル40が電圧印加状態にある場合には、表側偏光板43aから入射した外部光は、表側λ/4板41aおよび位相差0の液晶層を往復で追加することによって、偏光状態をλ/2だけ変化させ、表側偏光板43aの透過方位に対して90度ずれた直線偏光となるため、表側偏光板43aを通過できずに黒表示となる。一方、液晶パネル40が電圧無印加状態にある場合には、表側偏光板43aから入射した外部光は、表側λ/4板41aおよび位相差λ/4の液晶層を往復で追加することによって、偏光状態をλ/2だけ変化させ、表側偏光板43aの透過方位と平行な直線偏光となるため、表側偏光板43aを通過して白表示となる。
続いて、液晶パネル40の具体的な構成について説明する。図1には、液晶パネル40内の1画素領域10Pの構成を模式的に示す。なお、図1に示す画素領域10Pは、透過表示モードの状態を示している。
図1に示すように、画素領域10Pは、隣接する2本のソース配線11,11、および、隣接する2本の補助容量配線13,13で囲まれた領域である。なお、2本の補助容量配線13,13の間には、ゲート配線12が補助容量配線13と平行に延びている。
また、画素領域10P内には、ゲート配線12から引き出されたゲート電極12a、ソース配線11から引き出されたソース電極11a、および、ドレイン電極13aが設けられており、これらの各電極でTFT21(スイッチング素子)が構成されている。さらに、ドレイン電極13aは、コンタクトホール14を介して画素電極16に電気的に接続されている。また、ドレイン電極13aは、ドレイン引き出し配線13cを介して、補助容量配線13と重なるように形成された補助容量電極15と接続されている。ドレイン電極13a、ドレイン引き出し配線13c、および補助容量電極15は、ソース電極111aと同層に形成されている。これにより、補助容量配線13および補助容量電極15間で補助容量が形成される。
図1に示す画素領域10Pは透過表示モードの状態であるため、画素電極16と重なる領域に反射電極は存在していない。なお、透過表示モードの状態では、反射表示モードのときに反射電極を形成するための液体金属(具体的には、水銀Hg)は、図1に示すように、画素電極16の外周に存在する遮光領域(すなわち、ソース配線11および補助容量配線13と重なる領域)内に収容されている。そこで、この部分をHg収容部17と呼ぶ。
図3には、図1の液晶パネル40におけるX−Y部分の断面構成を示す。上記したように、液晶パネル40は、TFT基板31と対向基板32との間に液晶層33が挟まれた構成を有している。
TFT基板31内には、反射電極層34が設けられている。説明の便宜上、TFT基板31において、上記反射電極層34よりも下側の構造を下部構造とし、上記反射電極層34よりも上側の構造を上部構造とする。まず、上記下部構造および上記上部構造について説明する。
上記下部構造では、ベースコートが施されたガラス基板51上に、半導体層52(ポリシリコン層)が所定形状に形成されており、それを覆うように絶縁層53が形成され、さらに、その上層に補助容量配線13を構成するゲート電極層54が形成されている。ゲート電極層54は、所定形状にパターニングされて、ゲート配線12、補助容量配線13などを構成する。ゲート電極層54のさらに上層には、層間絶縁膜55が設けられている。
また、上記上部構造では、反射電極層34の最上層を構成する絶縁膜58上に、ソース電極層(図3では図示せず)が形成されている。ソース電極層は、所定形状にパターニングされ、ソース配線11、補助容量電極15などを構成する。ソース電極層上には、絶縁材料で平坦化膜61が形成されており、その上層にITOなどからなる画素電極16が形成されている。図3では示していないが、画素電極16は、各画素領域に合わせてパターン化されており、各画素電極16は、コンタクトホール14を介して、ソース電極層で形成されたドレイン電極13aと接続されている。画素電極16のさらに上層には、配向膜62が形成されおり、該配向膜62がTFT基板31の最上層になっている。
なお、図3には示されていないが、ゲート配線12と同層に形成されたゲート電極12a、半導体層52、ソース配線11と同層に形成されたソース電極11aおよびドレイン電極13aが積層されて、TFT21が構成されている。
上記したTFT基板31の下部構造および上部構造は、従来のアクティブマトリクス型の液晶パネルと同様の構成である。これに対して、以下に説明する反射電極層34は、従来の液晶パネルにはない構成である。
図3に示すように、反射電極層34は、液体金属72(具体的には、Hg)が移動可能に収容された液体金属層56(液体金属収容空間)と、その上部に積層された層間保護膜57および絶縁膜58とで構成されている。なお、図3に示す断面は、図1のX−Y部分の断面であり、Hg収容部17を含んでいる。このHg収容部17には、液体金属層56内に磁界を発生させるためのコイル73(磁界発生部)が設けられている。
なお、コイル73は、Hg収容部17の外周に隙間なく設けられていることが好ましい。これは、コイルとコイルとの間にある程度の幅の隙間が存在すると、各コイル間にコイル内とは逆向きの磁束空間が存在し(図11の(a)参照)、液体金属72を画素領域内に移動させようとする磁力とは反対の磁力が発生するため、液体金属72を画素領域内に確実に移動させることができなくなるおそれがあるからである。
また、反射電極層34内の液体金属層56の底面には、画素領域10Pの中心(図1に示す画素中央部C)を頂点として当該頂点からから端部に向かって傾斜する勾配を付けるための***部71が形成されている。なお、上記画素中央部Cは、画素領域10Pのほぼ中心に位置していればよく、厳密に画素領域の中心に位置している必要はない。上記の構成を言い換えれば、液体金属層56内に磁界が発生していない状態のときに、液体金属(水銀)が自重によって画素領域10Pの領域外に移動できる程度に、液体金属層56の底面に***部71が形成されていればよい。
また、対向基板32は、ガラス基板63上にカラーフィルタ層および対向電極がこの順に積層されており、最上層に配向膜64が形成された構成を有している。対向基板32の構成についても、従来の液晶パネルの構成を適用することができる。
ここで、コイル73(コイル状構造)の具体的な構造について説明する。図7には、コイル73をその上部電極76側から見た場合の平面構成を示す。また、図8の(a)には、コイル73の立体構造を示し、図8の(b)には、図7に示すコイル73のC1−D1部分の断面構成を示し、図8の(c)には、図7に示すコイル73のC2−D2部分の断面構成を示し、図8の(d)には、図7に示すコイル73のC3−D3部分の断面構成を示す。
図7に示すように、コイル73は、下部電極74と上部電極76とで構成されており、下部電極74は、複数の互いに平行な線状構造で構成されている。また、上部電極76も、複数の互いに平行な線状構造で構成されており、各線状構造の両端部が、下部電極74を構成する互いに隣接する2本の線状構造の一端と、それぞれ重なり合うようにパターン形成されている。そして、図8の(b)および(d)に示すように、各線状構造の端部では、上部電極76が下部電極74にまで延びており、上部電極76と下部電極74とが接続されている。つまり、図8の(a)に示すように、上部電極76と下部電極74との間に存在するコイル層間絶縁膜75内に、部分的に上部電極76’が埋め込まれている。
このように、コイル73は、下部電極74と上部電極76との組合せによってらせん状のコイル構造を有している。
なお、本実施の形態において、コイル73に電流を流すことによって、液体金属層56内に磁界を発生させる。そのため、コイル73は、トランジスタ等のスイッチング素子(図示せず)と接続されており、このスイッチング素子を介して電流のオン/オフ制御が行われる。
また、本実施の形態では、1つの画素領域10Pごとにコイル73およびそれに対して電流のオン/オフ制御を行うスイッチング素子が個別に設けられている。そのため、液晶パネル40の全表示領域単位ではなく、1画素単位で表示モードの切り替えを行うことができる。これにより、1つの液晶パネル40内に、反射表示モードの画素領域10Pと透過表示モードの画素領域10Pとを共存させることができる。但し、本発明はこのような構成に限定されることはなく、表示モードの切り替えを、液晶パネルの表示領域の全体(全ての画素領域)で一括して行うものであってもよい。
なお、コイル駆動用スイッチング素子(トランジスタ)は、画素電極駆動用トランジスタと同様な構成を有していればよい。したがって、コイル駆動用スイッチング素子の製造プロセスに特別なものは必要なく、画素電極駆動用トランジスタと同時形成することが可能である。
また、1画素単位で表示モードの切り替えを行う場合、1つの画素領域内に含まれる各コイルは、表示モードの切り替えに応じて全てが同じようにオン/オフ制御されるため、それぞれを個別に駆動させる必要性はない。そのため、1つの画素単位に含まれる全てのコイルをつなぎ合わせても問題はなく、コイル駆動用スイッチング素子は1つの画素領域内に最低1個存在すればよい。
また、コイル駆動用スイッチング素子は、画素電極駆動用のトランジスタのように各画素の近傍に配置しても、表示領域外のパネル外周の周辺回路部に配置しても問題なく、配置位置に関する制限はない。
続いて、TFT基板31の製造方法について、図4、図5、および図6を参照しながら説明する。
図4の(a)〜(e)、図5の(a)〜(c)、および、図6の(a)〜(c)には、TFT基板31の製造工程を工程順に示す。
まず、図4の(a)に示すように、一般的な薄膜トランジスタの形成工程によって、ガラス基板51上に、ベースコートを施し、半導体層52、絶縁層53、および、ゲート電極層54を形成する。
次に、図4の(b)に示すように、所定形状にパターニングされたゲート電極層54を覆うように層間絶縁膜55を成膜し、フォトリソグラフィ工程によって、図に示すような勾配をつけたレジストパターン81を形成する。
次に、図4の(c)に示すように、層間絶縁膜55をBHF等によってウエットエッチングし、開口領域(画素電極16が形成されている領域)の中心を頂点として、10〜15度の勾配を有する***部71を形成する。
次に、図4の(d)に示すように、コイル73の材料となる下部電極層74をTiなどの金属材料を用いて、例えば膜厚が100nmになるようにスパッタ法で成膜した後、フォトリソグラフィ工程によって所定形状のレジストパターン82(図7に示すような形状の下部電極74の構造)を形成する。
次に、図4の(e)に示すように、下部電極層74をエッチングした後、レジスト82を除去し、コイル73の下部電極74が形成される。
続いて、下部電極74の上に、コイル層間絶縁膜(例えば、SiO2膜)75を厚さ100nmで成膜した後、レジストパターンを形成してパターニングを行う。ここでのパターニングでは、コイル73を構成する下部電極74と上部電極76とを接続するためのホールをコイル層間絶縁膜75内に形成する。
その後、コイル層間絶縁膜75上に、上部電極層76をTiなどの金属材料を用いて、例えば膜厚が100nmになるようにスパッタ法で成膜し、コイル層間絶縁膜75内に形成されたホール内にTiなどの金属材料を埋め込んだ後、フォトリソグラフィ工程によって所定形状のレジストパターン(図7に示すような形状の上部電極76の構造)を形成してパターニングを行う。これにより、図7に示すようなコイル73の構造が完成する。
次に、図5の(a)に示すように、コイル73の上部電極76が露出するようにレジスト83を塗布する。なお、ここでは上部電極76を覆うように厚くレジスト83を塗布して表面を平坦化させた上で、エッチバックによって上部電極76の表面が露出するようにレジストを後退させてもよい。
次に、レジスト83上に層間保護膜(例えば、SiNx膜)57を厚さ200nmに成膜した後、図5の(b)に示すように、所定形状のレジストパターン84を形成して、レジスト83除去用かつ液体金属(Hg)72注入用のホール57aを形成する。
その後、TFT基板31を剥離液に浸漬させることで、図5の(c)に示すように、層間保護膜57上のレジスト84および中空空間形成用のレジスト83を除去する。
上記の図5の(a)〜(c)の工程により、液体金属層56内に液体金属(Hg)72を封入する中空空間(液体金属収容空間)が形成される。この中空空間の形成方法については、特許文献2に記載された方法を利用することができる。
続いて、図6の(a)に示すように、TFT基板31を液体金属層に浸漬させ、ホール57aから中空空間に液体金属(Hg)72を圧入する。
その後、図6の(b)に示すように、ホール57aを塞ぐために、層間保護膜57上に塗布型の絶縁膜(例えば、SiO2膜)58を、例えばSpin on Grass法等を用いて厚さ50〜100nmで塗布する。その後、焼成工程を経て、絶縁膜58を形成する。
次に、ソース金属層を成膜した後、所定形状にパターニングして、ソース配線11、ドレイン電極13a、補助容量電極15などを形成する。その後、図6の(c)に示すように、平坦化膜61成膜し、平坦化膜61上に画素電極16を所定形状に形成する。なお、図6の(c)では、ソース金属層は図示を省略している。また、図6の(c)では、画素電極16がパターン化されていないが、実際には、所定形状にパターニングされている。
最後に、TFT基板31の最上層に配向膜62を形成して、TFT基板31が完成する。そして、このTFT基板31と、対向基板32とを貼り合わせ、その間に液晶を注入することで、図3に示すような液晶パネル40が得られる。
本実施の形態の液晶パネル40は、上記のような構成の反射電極層34を有することで、画素領域10Pにおいて透過表示と反射表示との切り替えを行うことができる。すなわち、液晶パネル40に設けられた反射電極層34内のコイル73に電流を流すことによって磁界を発生させる。そして、ここで生じる磁界に対する磁性作用によって、液体金属(Hg)72を画素領域外(すなわち、遮光領域)から画素領域内(すなわち、開口領域)へ移動させることによって、透過表示から反射表示への切り替えを行うことができる。
ここで、液晶表示装置100における透過表示モードと反射表示モードとの切り替え動作について、図9〜図11を参照しながら説明する。
まず、本発明において、液体金属を移動させる原理について図11を参照しながら説明する。図11の(a)に示すように、コイル200に図中の矢印方向の電流を流すことによって、電磁作用によりコイル200の内側にはコイルの軸に平行な磁界が発生する。
図11の(b)は、(a)に示すコイル200の一部を拡大して示すものであり、コイル200に流れる電流の向きと磁界との関係を表したものである。コイル200に、図11の(b)に示すような向きの電流を流すと、右ねじの法則(図11の(c)参照)によりコイル200の各導線の周囲には、図中の矢印で示すような磁界(磁力線)が発生する。そして、この磁界は、コイル200の内部では全て同じ方向(図の例では右から左の方向)を向く。これにより、コイル200は、磁力線の発生する端部がN極となり、磁力線の出る端部がS極となる磁石のような機能を有することとなる。
本発明では、上記のような電磁作用を利用し、コイル73に所定の方向の電流を流し、当該コイル73において磁界を発生させる。そして、液体金属の磁性と発生した磁界との関係によるエレクトロウエッティング作用〔参考文献:特表2007−512121(2007年5月17日公開)、特開2008−197296(2008年8月28日公開)〕によって液体金属(Hg)72を移動させる。
本実施の形態では、液体金属72として反磁性体である水銀Hgを使用しているため、磁界の向きに対して反発するように移動する。例えば、図3に示すように、コイル73に所定の向きの電流を流し、矢印Aの向きに磁界を発生させた場合、反磁性体である水銀(Hg)は、磁界とは反対の向きに磁化されるため、反発する力(反磁力)Bが働く。これにより、液体金属(Hg)72は、矢印Cの方向に移動する。
図9の(a)〜(c)には、液晶パネル40内の画素領域10Pが透過表示モードから反射表示モードへ切り替わる様子を示す。また、図10の(a)には、図9の(a)に示す透過表示モードのときのA1−B1部分の断面構成を示し、図10の(b)には、図9の(c)に示す反射表示モードのときのA2−B2部分の断面構成を示す。なお、図10の(a)および(b)では、ソース電極層で形成されたソース配線11については、図示を省略している。
図9の(a)および図10の(a)に示す透過表示モードのときには、反射電極層34内のコイル73には電流が流れておらず、***部71の勾配の作用により液体金属72は画素領域10Pの外側のHg収容部17内に収容されている。そのため、画素領域10Pは透過部となり、バックライト50からの光は液晶パネル40から透過され、透過表示が実現される。
ここで、コイル73に所定の向きの電流を流し磁界を発生させると、反磁性体である液体金属72は、図9の(b)の矢印で示すように、コイル73から反発するように画素中央部Cに向かって移動する。
これにより、コイル73に電流が流れている期間中は、反射表示モードとなる。つまり、図9の(c)および図10の(b)に示すように、液体金属72はHg収容部17から画素領域10P内に移動し、液体金属72の反射作用により、画素領域10P内は反射部となる。これにより、外光を光源とする反射表示が実現される。ここで、コイル73の電流を止めると磁界が消えるため、液体金属72は***部71の傾斜によって再び画素領域外のHg収容部17へ移動し、画素領域10Pは透過部となる。
以上のように、本実施の形態の液晶表示装置10は、反射性を有する液体金属(具体的には、Hg)72と、液体金属72が移動可能な状態で収容されている液体金属層56と、液体金属層56内に磁界を発生させるコイル73とを有する反射電極層34を備えているTFT基板31を有している。
この構成によれば、反射電極層34では、コイル73が発生させる磁界によって、液体金属72は、液体金属層56内の画素領域10P内(すなわち、開口領域)と画素領域外(すなわち、遮光領域またはHg収容部17)との間を移動し、反射表示と透過表示との切り替えが行われる。
具体的には、透過表示モードにおいては、画素領域外のHg収容部17に液体金属72は収容されているため、画素領域10Pにおいては、バックライト50からの光が透過される。そして、各画素電極16と対向基板32側の対向電極との電位差によって液晶層33が駆動され、透過表示が行われる。
そして、透過表示モードから反射表示モードへ移行する場合には、コイル73に電流を流し、電磁作用によって液体金属72を画素領域10P内へ送り出す。これにより、画素領域10P内には、反射性を有する液体金属72によって画素電極16の下部に反射電極が形成される。そして、この反射電極によって反射される外光が光源となり、各画素領域10P内の反射電極と対向基板32側の対向電極との電位差によって液晶層33が駆動され、反射表示が行われる。
したがって、上記の構成によれば、1画素を反射表示領域と透過表示領域とに分割することなく、反射表示モードと透過表示モードとを切り替えることができる。そのため、従来の反射透過型の液晶表示装置と比較して、両方の表示モードにおいて表示画素面積を広くすることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の液晶表示装置を用いれば、1つの画素領域を分割することなく透過表示モードと反射表示モードとの切り替えを行うことができる。従って、本発明の液晶表示装置は、反射透過型の液晶表示装置に適用できる。なお、本発明は、TNモード、VAモードなどの液晶駆動の種類に関わらず、反射透過型の液晶パネルであれば、特に限定されることなく適用することができる。
10 液晶表示装置
10P 画素領域
11 ソース配線
11a ソース電極
12 ゲート配線
12a ゲート電極
13 補助容量配線
13a ドレイン電極
13c ドレイン引き出し配線
14 コンタクトホール
15 補助容量電極
16 画素電極
17 Hg収容部
21 TFT(トランジスタ、スイッチング素子)
31 TFT基板(アクティブマトリクス基板)
32 対向基板
33 液晶層
34 反射電極層
40 液晶パネル
50 バックライト
56 液体金属層(液体金属収容空間)
71 ***部
72 液体金属(Hg)
73 コイル(磁界発生部、コイル状構造)
10P 画素領域
11 ソース配線
11a ソース電極
12 ゲート配線
12a ゲート電極
13 補助容量配線
13a ドレイン電極
13c ドレイン引き出し配線
14 コンタクトホール
15 補助容量電極
16 画素電極
17 Hg収容部
21 TFT(トランジスタ、スイッチング素子)
31 TFT基板(アクティブマトリクス基板)
32 対向基板
33 液晶層
34 反射電極層
40 液晶パネル
50 バックライト
56 液体金属層(液体金属収容空間)
71 ***部
72 液体金属(Hg)
73 コイル(磁界発生部、コイル状構造)
Claims (7)
- 複数の画素領域がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層を有する液晶パネルと、透過表示を行うために上記液晶パネルに光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、
上記アクティブマトリクス基板は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層を備えており、
上記反射電極層には、
反射性を有する液体金属と、
上記液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、
上記液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とが設けられており、
上記磁界発生部が発生させる磁界によって、上記液体金属が移動して上記反射表示と上記透過表示との切り替えが行われることを特徴とする液晶表示装置。 - 上記液体金属は、反磁性体であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 上記液体金属は、水銀であ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。
- 上記磁界発生部は、コイル状構造を有していることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の液晶表示装置。
- 上記液体金属収容空間の底面には、上記画素領域の中央部を頂点とした勾配を有する***部が形成されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の液晶表示装置。
- 上記反射電極層の上部に、上記画素領域を構成する画素電極、上記液晶層、および、上記対向基板が設けられていることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の液晶表示装置。
- 上記磁界発生部は、1つの上記画素領域ごとに磁界の発生の制御を行うことを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009245695A JP2011090262A (ja) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | 液晶表示装置 |
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CN107545846A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-01-05 | 云南科威液态金属谷研发有限公司 | 柔性显示屏 |
-
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- 2009-10-26 JP JP2009245695A patent/JP2011090262A/ja active Pending
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CN107545846B (zh) * | 2016-06-28 | 2020-04-03 | 云南科威液态金属谷研发有限公司 | 柔性显示屏 |
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