JP5077734B2 - 液晶表示装置、及び、その駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置、及び、その駆動方法に関し、更に詳しくは、画素内に透過領域と反射領域とを備えた半透過型の液晶表示装置、及び、その駆動方法に関する。

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、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、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、視認性が低下するという欠点を有している。

透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の利点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１参照）。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、低消費電力化を実現できる。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、透過のコントラストや視野角に優れた横方向電界モードであるＩＰＳモード(In-Plane-Switchingモード)や、ＦＦＳモード(Fringe-Field-Switchingモード)がある。ＩＰＳモードやＦＦＳモードの横方向電界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。このため、横方向電界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高視野角が実現できる。

特開２００３−３４４８３７号公報（図４、図２１、段落０００９〜００１９、段落００４５〜００４８）

ここで、半透過型液晶表示装置において、ＩＰＳモードやＦＦＳモードといった横方向電界モードを採用する場合には、特許文献１にも記載されるように、黒表示と白表示とが反転し、通常の駆動方式において、透過領域をノーマリーブラックとすると、反射領域がノーマリーホワイトになるという問題がある。以下、この表示反転について説明する。図３６（ａ）は、半透過型液晶表示装置の断面を模式的に表しており、図３６（ｂ）は、光が、偏光板、液晶層、偏光板を出射した場合の、それぞれの領域における光の偏光状態を表している。矢印は光の偏光状態が直線偏光であることを表し、丸Ｒは右まわり円偏光、丸Ｌは左周り円偏光状態を表す。丸棒は液晶のディレクタ（分子）を表す。液晶表示装置５０の各画素は、反射領域５５と透過領域５６とを有する。反射領域５５は、反射板５４の反射光を表示光源とし、透過領域５６は、図示しないバックライト光源を表示光源とする。

光出射側の偏光板（第１偏光板）５１と、光入射側の偏光板（第２偏光板）５２とは、偏光軸が互いに直交するように配置される。液晶層５３では、液晶分子が、電圧無印加時の分子方向が、第２偏光板５２の偏光軸（光透過軸）から９０°ずれた方向となるように配列される。例えば、第２偏光板５２の偏光軸を０°とすると、第１偏光板５１の偏光軸は９０°に設定され、液晶層の液晶分子長軸方向は９０°に設定される。液晶層５３は、透過領域ではリタデーションΔｎｄ（Δｎは液晶分子の屈折率異方性、ｄは液晶のセルギャップを表す）がλ／２（λは光の波長、例えば緑光を基準にすればλ＝５５０ｎｍ）となるようにセルギャップが調整され、反射領域５５ではリタデーションがλ／４となるようにセルギャップが調整される。

まず、液晶層５３に電圧を印加しないときの動作について説明する。
＜反射領域・電圧無印加＞
反射領域、電圧無印加状態の場合の説明をする。
反射領域５５では、液晶層５３には第１偏光板５１を通過した９０°方向（縦方向）の直線偏光が入射する。液晶層５３では液晶層に入射した直線偏光の光学軸と、液晶分子の長軸方向が一致しているため、９０°の直線偏光のまま液晶層５３を通過し、反射板５４で反射する。直線偏光の場合、反射しても直線偏光のままなので、９０°直線偏光のまま、再度、液晶層５３に入射する。更に９０°直線偏光のまま液晶層５３を出射して第１偏光板５１に入射するが、第１偏光板の偏光軸も９０°のため、第１偏光板５１を通過する。よって、電圧を印加しない場合、白表示となる。

＜反射領域・電圧印加＞
反射領域、電圧印加状態の場合の説明をする。
反射領域５５では、液晶層５３には、第１偏光板５１を通過した９０°方向（縦方向）の直線偏光が入射する。液晶層５３は電圧を印加することにより、液晶層５３における液晶層の長軸方向を基板面内で０°から４５°に変化する。液晶層５３では、入射光の偏光方向と液晶分子の長軸方向とが４５°ずれており、液晶のリタデーションがλ/４に設定されているため、液晶層５３に入射した縦方向の直線偏光は、右回りの円偏光状態となって反射板５４に入射する。この右周りの円偏光は、反射板５４で反射し、左周りの円偏光状態となる。液晶層５３に入射した左周りの円偏光は、液晶層５３を再び通過し、横方向（０°方向）の直線偏光となって、第１偏光板５１に入射する。第１偏光板５１の偏光軸は９０°のため、反射板５４が反射した光を通過させることができず、黒表示となる。
以上のように、反射領域では電圧無印加で白表示、電圧印加状態で黒表示となるノーマリーホワイト表示となる。

＜透過領域・電圧無印加＞
次に透過領域について説明をする。まず、電圧無印加状態の説明をする。
透過領域５６では、液晶層５３には、第２偏光板５２を通過した横方向の直線偏光が入射する。液晶層５３では、入射光の偏光方向と分子方向長軸方向が直交しているため、偏光状態を変化させることなく、横方向の直線偏光のまま液晶層を通過し、第１偏光板５１に入射する。第１偏光板の偏光軸は９０°のため、透過光は第１偏光板を通過することができず、黒表示となる。

＜透過領域・電圧印加＞
次に電圧印加状態を説明する。透過領域５６では、液晶層５３には、第２偏光板５２を通過した横方向の直線偏光が入射する。液晶層５３は電圧を印加することにより、液晶層５３における液晶層の長軸方向を基板面内で０°から４５°に変化する。液晶層５３では、入射光の偏光方向と液晶分子の長軸方向とが４５°ずれており、液晶のリタデーションがλ/２に設定されているので、液晶層５３に入射した横方向の直線偏光は、縦方向の直線偏光となって第１偏光板５１に入射する。従って、透過領域５６では、第１偏光板は、第２偏光板５２に通過したバックライト光を通過させて、白表示となる。
以上のように、透過領域では電圧無印加で黒表示、電圧印加状態で白表示となるノーマリーブラック表示となる。

上記の白黒反転の問題は、横方向電界モード（IPS,FFS）に限ったものではなく、他の液晶モードでも生じる一般的な問題である。しかし、他の液晶モード、例えばツイストネマティック（TN）モード、水平配向（ECB）モード、垂直配向（VA）モードでは、上記の問題を解決するため、液晶への光の入射状態を円偏向にすることで、上記、反射と透過の白黒反転問題を解決している。そのために、第１偏光板とλ／４板を４５°ずらして配置することで、液晶への光の状態を円偏光状態にしている。しかし、液晶への入射状態が円偏光になった場合、円偏光の光は、液晶分子の、基板平行方向への回転に対し、感度がなくなり、基板水平方向に液晶がどのように回転しても、円偏光のまま、液晶を通過するので、反射モードや透過モードで、電圧をかけなくても黒表示、電圧をかけて液晶を回転させても黒表示となり、画像表示ができなくなる。従って、横方向電界モード（IPS,FFS）の場合は、上記λ／４板を導入する方法は使えない。

λ／４板を導入せずに白黒反転問題を解決する方法として、特許文献１では、図３７に示すように、第１偏光板と液晶層の長軸を４５°ずらして配置する。この場合、反射領域でノーマリーブラック、透過領域でノーマリーホワイトとなる。透過領域をノーマリーブラックにするため、第２偏光板５２と液晶層５３との間に１／２波長板５８を挿入する。１／２λ波長板５８は、液晶層５３の長軸方向と直交した光学軸が１３５度に設定される。これにより正面では１／２λにリタデーションをもつ液晶層５３が光に及ぼす偏光効果と１／２波長板が光学補償し、(液晶層５３＋１／２波長板）全体でみた場合は光の偏光状態は、入射時と反射時で変化しない。このため、バックライト光源５７側から第２偏光板５２を通過し、横方向の直線偏光となった光は(液晶層５３＋１／２波長板）通過時には横方向の直線偏光のままであり、光学軸が縦方向に設定された第１偏光板５１を通過することができない。すなわち、１／２波長板５８を液晶層５３と第２偏光板５２の間に挿入したことにより、透過領域もノーマリーブラックとなる。

しかしながら、図３７に示す液晶表示装置では、透過領域５６において、液晶層５３に入射する光の偏光方向と、液晶層５３の液晶分子長軸方向とが、平行又は直交していないため、液晶層のギャップマージンが狭く、ギャップ変動に対しコントラストが非常に低下するとともに、視野角が狭く、本来のIPSモードとしての特徴が得られない問題がある。また、所定の液晶層５３におけるリタデーションの波長分散特性に起因して、透過領域５６において、十分なコントラストが得られない問題がある。さらにλ／２板５８も波長分散特性を有しているため、この波長分散に起因しても、十分なコントラストが得られない問題がある。従って、特許文献１の方法では、十分な解決法とは言えない。

本発明は、上記透過領域と反射領域とにおける表示の反転の問題を解消するデバイス構造や、信号処理方法を採用した液晶表示装置、及び、そのような液晶表示装置の駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、反射領域と透過領域とを有する半透過型の液晶表示装置において、各画素が、反射領域に対応する反射用画素電極、及び、透過領域に対応する透過用画素電極と、データ信号が供給されるデータ線と前記反射用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用画素電極を接続する第２のスイッチング手段とを有し、前記反射領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した第１の共通電極と、前記透過領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した第２の共通電極とを有し、前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とは、互いに反転させた電圧が印加されることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、第１及び第２の２つのスイッチング手段により、反射用画素電極と透過用画素電極とをデータ線に接続又は切り離しが独立してできるため、各画素内の反射領域に対応した画素と透過領域に対応した画素とで白表示と黒表示を独立して表示させることができる。したがって、反射領域と透過領域とで白表示と黒表示が反転するという問題を解消できる。

本発明の液晶表示装置の駆動方法は、反射領域と透過領域とを有する半透過型の液晶表示装置の駆動方法において、各画素の反射領域に対応する反射用画素と透過領域に対応する透過用画素とは階調が互いに所定の関係となる電圧が印加され、前記反射用画素と前記透過用画素とは、一方が最大階調となる電圧が印加されるとき、他方が最小階調となる電圧が印加されることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置の駆動方法では、反射用画素と透過用画素とに階調が異なる電圧を印加することにより反射領域と透過領域とで階調を独立に制御することができるので、反射領域と透過領域とで白表示と黒表示が反転するという問題を解消できる。

本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで相互に直交する偏光軸を有する一対の偏光板を備え、反射領域と透過領域とを有し横電界方式で駆動される半透過型の液晶表示装置において、前記液晶層の分子長軸が、透過領域で前記液晶層に入射する光の偏光方向と平行又は直交しており、各画素が、各画素の反射領域及び透過領域に共通のデータ信号で駆動される画素電極と、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、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。

本発明の液晶表示装置では、各画素は、反射領域に対応した第１共通電極と、透過領域に対応した第２共通電極と、反射領域及び透過領域に共通のデータ信号が与えられる画素電極とを有し、反射領域では、画素電極と第１共通電極とによる電界によって液晶層を駆動し、透過領域では、画素電極と第２共通電極とによる電界によって液晶層を駆動する。本発明では、第１共通電極に印加する信号（電位）と、第２共通電極に印加する信号とを、反射領域で液晶層に印加される電界の大きさと、透過領域で液晶層に印加される電界の大きさとが逆となるように制御することで、画素内の反射領域と透過領域とにおける表示を同じにすることができる。これにより、半透過型液晶表示装置で問題となる反射領域と透過領域との間の白表示と黒表示の反転の問題を解消できる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１及び第２共通信号がそれぞれ画素電極用信号に同期して反転し、且つ、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構成を採用している。この場合、例えば反射領域と透過領域とにおいて画素電極に５Ｖの電位が印加されるとき、第１共通電極を０Ｖとし、かつ、第２共通電極を５Ｖとすることで、反射領域でのみ液晶層を回転させることができ、反射領域と透過領域との間の白表示と黒表示の反転の問題を解消できる。なお、このような構成を採用する際に、第１共通信号と第２共通信号とが厳密な意味で反転信号であるとすることまでは要しない。例えば、第１共通信号が０Ｖ又は５Ｖをとり、第２共通信号が６Ｖ又は０Ｖをとるなどでもよい。

本発明の液晶表示装置は、各画素には、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が配設される構成を採用できる。この場合、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とを同時にオンにすることで、反射領域と透過領域とにおいて、画素電極に共通のデータ信号を供給できる。データ信号の供給後、第１及び第２のスイッチング手段の双方をオフとすることで、次のフレームでデータ信号が供給されるまでの画素電極の電位変化を、反射領域と透過領域とで異なる電位変化とすることができる。

本発明の液晶表示装置及びその駆動方法では、透過領域で液晶にかかる電圧と反射領域に液晶にかかる電圧とを異なる電圧としているので、反射領域と透過領域とで白表示と黒表示とを反転させずに透過領域及び反射領域を駆動でき、透過領域での表示性能を落とすことなく、横方向電界モードでの半透過液晶表示装置の実現が可能となる。

半透過型液晶表示装置で、透過領域と反射領域の表示が反転する理由は、反射モードが電圧をかけない状態で白表示、電圧をかけた状態で黒表示となるノーマリーホワイトであるのに対し、透過モードが電圧をかけない状態で黒表示、電圧をかけた状態で白表示となるノーマリーブラックであるからである。この問題に対して、透過領域で液晶にかかる電圧と反射領域で液晶にかかる電圧を異ならせ、反射領域で電圧をかける場合に、透過領域で電圧をかけないことができれば、上記の白表示と黒表示の反転の問題は生じないことになる。本発明では、反射領域で電圧をかける場合に、同時に透過領域で電圧をかけないことのできるデバイス構造とその駆動方法を開示する。また、その駆動方法を実現するための具体的な回路構成や、その駆動方法を行ったときに生じる問題点を解決するデバイス構造もあわせて開示する。

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。また、図２は、図１の液晶表示装置１０の１画素内のＴＦＴ基板１４の平面構造を示している。液晶表示装置１０は、第１偏光板１１、対向基板１２、液晶層１３、ＴＦＴ基板１４、及び、第２偏光板１５を有する。第１偏光板１１の偏光方向（光透過方向又は光吸収方向）と、第２偏光板１５の偏光方向とは、互いに直交する。液晶層１３は、電圧無印加時に、分子長軸方向が、第１偏光板１１又は第２偏光板１５の偏光方向と一致する向きに配列された液晶分子を有する。以下では、第１偏光板１１の光透過方向を９０°、第２偏光板１５の光透過方向を０°、液晶層１３の電圧無印加時の分子長軸方向を９０°として説明する。図１中に、矢印にて、各偏光板における光透過軸方向を示す。

液晶表示装置１０は、反射領域２１と透過領域２２を有する。ＴＦＴ基板１４上には、反射領域２１に対応して、反射板１６及び絶縁層１７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。反射板１６は、一般に、光の散乱効果を高めるため、断面形状が凹凸を有するように形成される。反射領域２１の絶縁層１７上には液晶を駆動するための画素電極３５と基準電位を与える共通電極３７が形成される。また、透過領域２２のＴＦＴ基板１４上にも画素電極３６と共通電極３８が形成される。反射領域２１は、反射板１６によって反射された光を表示光源とする。液晶表示装置１０は、第２偏光板１５の下層側に、図示しないバックライト光源を有しており、透過領域２２は、そのバックライト光源を表示光源とする。透過領域２２では、液晶層１３のリタデーションがほぼλ/２となるように、セルギャップが調整されている。ここでほぼと書いたのは、液晶層に電圧が印加され、液晶層の長軸方向が回転した場合、セルギャップの中央部では液晶層は回転するが、基板付近では液晶層の回転は迎えられるため、実際にはリタデーションを（λ／２）＋αに設定したときに、実効的なリタデーションがλ／２となるからである。例えば液晶層のリタデーションΔｎｄ＝３００ｎｍに設定した場合、電圧を印加した場合の実効リタデーションはΔｎｄｅｆｆ＝λ／２＝５５０／２＝２７５ｎｍとなる。一方、反射領域２１では、絶縁層１７の高さを最適に設定することにより、液晶層１３のリタデーションが電圧をかけた状態での実効リタデーションがλ／４になるようにセルギャップが調整されている。

図２に示すように、ＴＦＴ基板１４上には、スイッチング手段であるＴＦＴを制御するための制御線としてのゲート線３１と、ＴＦＴを介して画素電極に画素電極電圧を供給するためのデータ線３２とが、互いに直交して形成される。また、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、ＴＦＴ３３及び３４が形成される。ＴＦＴ３３及び３４は、それぞれ、ゲートをゲート線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。なお、スイッチング手段としては、ＴＦＴだけでなくＭＩＭなどの他のスイッチング手段を用いることもできる。

第１共通電極３７及び第２共通電極３８は、それぞれ、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は、反射領域２１で、画素電極３５と基板平面内で対向する位置に形成される。第２共通電極３８は、透過領域２２で、画素電極３６と基板平面内で対向する位置に形成される。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駆動波形の信号が供給される。

ここで反射領域用の画素電極３５および透過領域用の画素電極３６はそれぞれ異なるＴＦＴ３３及びＴＦＴ３４に接続されている。しかしＴＦＴ３３およびＴＦＴ３４は同一のゲート線３１および同一のデータ線３２に接続されている。このため、ＴＦＴ３３、３４がオンした場合に、画素電極３５および画素電極３６に書き込まれる画素信号は同じである。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、一方、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。ここで同じ画素信号を反射領域用の画素電極３５と透過領域用の画素電極３６に書き込むにもかかわらず、反射領域用ＴＦＴ３３、画素電極３５と透過領域用ＴＦＴ３４、画素電極３６とを分けた理由は、画素電位を書き込んだ後、ＴＦＴがオフした後の透過領域の画素電極３６と反射領域の画素電極３５の変動の仕方が異なるからである。これについては段落００３８以下に詳述する。

図３（ａ）は、あ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。共通電極信号はゲートライン反転駆動ではライン毎に反転駆動される。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、フレーム毎に、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。

画素電極３５及び３６には、例えば０Ｖ〜５Ｖの間の任意の画素信号が供給される。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３（ａ）に示すように、ｉフレーム目に、画素電極３５に０Ｖのデータ信号が供給され、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４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図３（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３（ａ）に示す信号が印加された状態では、反射領域２１内の液晶層１３の液晶分子は、画素電極３５と第１共通電極３７との間の電界により、配列方向が４５°回転する。このため、反射領域２１では、図４（ａ）に示すように、外部から第１偏光板１１を通過した９０°偏光（縦方向）の直線偏光は、液晶層１３を通過する際に偏光状態が変化し、左回りの円偏光となる。この左回りの円偏光は、反射板１６で反射して右回りの円偏光となり、液晶層１３を再び通過して、０°偏光（横方向）の直線偏光となる。従って、反射板１６による反射光は、第１偏光板１１を通過できず、反射領域２１は黒表示となる。

一方、図３（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４（ｂ）に示すように、第２偏光板１５を通過した０°偏光（横方向）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。従って、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。

上記のように、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４５°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。

図５（ａ）は、図３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６（ａ）及び（ｂ）は、図５（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５（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内の液晶層１３の液晶分子の配列方向は９０°のままである。このため、反射領域２１では、図６（ａ）に示すように、第１偏光板１１を通過した縦方向の直線偏光は、縦方向の直線偏光のまま液晶層１３を通過して反射板１６で反射し、液晶層１３を再び通過して、第１偏光板１１に入射する。従って、反射領域２１は、白表示となる。

また、図５（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、配列方向が４５°回転する。このため、透過領域２２では、図６（ｂ）に示すように、第２偏光板１５を通過した横方向の直線偏光は、液晶層１３を通過し、縦方向の直線偏光となって第１偏光板１１に入射する。よって、透過領域２２は白表示となる。このように、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５（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。

ここで、図７（ａ）及び（ｂ）は、図３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、同図（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。

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１３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５０ａ（図３７）に比して、透過領域２２において、黒表示時に、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ら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比を実現できる。

ところで、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、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８（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８（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に向かって、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好ましいといえる。反射板１６の電位は、反射板１６に直接に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。

ところで、図８（ａ）で示したように、画素電極３５及び共通電極３７上では、光漏れが発生するため、このままでは、黒表示時の輝度を十分に低下させることができない。この光漏れの影響を低く抑えるためには、例えば、図９に示すように、画素電極３５及び共通電極３７の直下には、反射板１６が形成されないようにパターニングすればよい。このようにすることで、画素電極３５及び共通電極３７の形成位置で観察される反射光の輝度を下げることができ、黒輝度を低下させることができる。

以下、図１０〜１７を参照して、ＴＦＴ基板１４（図１）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２）、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを、図１０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１０（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が、表示領域内に突き出すように形成される。その後、ゲート線３１、第１共通電極３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを、絶縁層で覆う。

次いで、図１１（ａ）に示すように、ＴＦＴ３３を形成するための半導体層を形成する。この半導体層の形成では、同図（ｂ）に示すように、半導体層が、ゲート線３１（ゲート電極）とオーバラップするように形成される。その後、図１２（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１２（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が形成される。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となるように形成される。これは、画像表示時に、後に形成する反射板１６に、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。第１共通電極配線３７ａ及び第２共通電極配線３８ａ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１３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される。凹凸ＯＣ層４０の上にＡｌ層を形成し、図１４（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。

反射板の形成後、図１５（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１６（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））。

コンタクトホールの形成後、図１７（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。

図１８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、ＴＦＴ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１８に示すように、ＴＦＴ基板上には、互いに直交するゲート線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内の反射用画素電極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３９は、同一の共通電極配線（ＣＯＭ線）３９ａに接続されており、各領域の共通電極３９には、ＣＯＭ線３９ａ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１９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３９（図１８）の電位の変位はなく、０Ｖで固定されている。本実施の形態では、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。

本実施形態では、反射選択期間と、透過選択期間とで、データ信号を異なる信号とする。例えば、反射選択期間中はV(63)=5Vの電位のデータ信号をデータ線３２（図１８）に供給し、透過選択期間中はV(0)=０Vの電位の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、反射用画素電極３５には５Vが書き込まれ、透過用画素電極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、反射領域には５Vの電界が印加され、反射で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、透過領域では０Vの電界が印加されて、透過で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、ライン選択期間中に、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２０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)）が画素毎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３９に供給する共通電極信号とを生成する。

図２１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）１１４、電圧生成回路１１５、及び、ＣＯＭ信号回路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３９（図１８）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、反射部への画素諧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）１２３とを有する。液晶駆動用ドライバー１０１に入力されたデジタル画素信号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、階調毎の変換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、rpix(n)=V(63)=10Vのデータ信号をデータ線３２に出力する。一方、同一画素に対して、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、異なる電位をも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、反射透過切り替え回路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２２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、単にデジタル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。

以上をまとめると、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３９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そろえることができる。

次に、本発明の第３の実施形態の半透過液晶表示装置について説明を行う。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１８）と同様である。図２３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２１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２４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１８）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／透過選択期間毎に変位している。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、反射で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、透過で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に書き込みと共に、共通電極３９の電位を、反射領域２１への書き込む期間と、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３９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、反射用画素電極と透過用画素電極に異なった電位を与える例を示したが、図２５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、反射用画素電極と透過用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。

図２６は、本発明の第４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。本実施形態の液晶表示装置１０ｂは、第１偏光板１１と対向基板１２との間、及び、ＴＦＴ基板１４と第２偏光板１５との間にそれぞれ１／２波長板１８、１９を有する点で、第１実施形態の液晶表示装置１０（図１）と相違する。１／２波長板１８、１９は、基板面内方向の光軸が、相互に直交するように配置される。第１実施形態の液晶表示装置１０では、液晶層１３の波長分散等に起因して、反射領域２１の黒が、青みがかって観察されることがある。本実施形態では、この問題を、１／２波長板１８、１９を用いることにより解消する。

図２７は、偏光板１１、１５の光透過軸と、液晶層１３の液晶分子長軸方向と、１／２波長板１８、１９の基板面内方向の光軸との組み合わせを示している。なお、この組み合わせにおいては、第２偏光板１５及び１／２波長板１９を通過し、液晶層１３に入射する光の偏光方向が、液晶層１３における液晶分子長軸方向と平行又は直交するようにしている。これは、透過領域２２における黒表示時の光漏れが増加しないようにするためである。

シミュレーションにより、図２７に示す各組み合わせについて、透過領域２２における黒表示時の表示色の波長分布を計算したところ、図２８に示す結果が得られた。図２８に示すグラフ１乃至８は、図２７のＮｏ．１乃至Ｎｏ．８に対応する。シミュレーション結果より、光漏れ低減図２７に示す表のＮｏ．５及びＮＯ．７の組み合わせを採用すると、低波長側（青色付近）の光漏れを低減できることがわかる。

次に、図２７に示すＮｏ．７の組み合わせを採用した液晶表示装置１０ｂにおける表示状態の様子を、図２９を用いて説明する。図中矢印は、１/２波長板の光軸又は偏光板の吸収軸を示す。また、黒丸及び点線は、偏光板、１/２波長板又は液晶を透過した後の偏光の方向を示す。はじめに、黒表示について説明する。黒表示時には、図３（ａ）及び（ｂ）に示す信号を印加することにより、反射領域２１の液晶層１３の分子長軸方向を４５度方向に回転させ、透過領域２２の液晶層１３の分子長軸方向は９０度のままとする。

透過領域２２では、光透過軸が１３５度（光吸収軸４５度）の第２偏光板１５を通過した１３５度方向の直線偏光は、１／２波長板１９を通過する際に、１／２波長板１９の光軸（１５７．５度）との差の２倍の角度だけ偏光方向が回転し、０度方向（１８０度方向）の直線偏光となって、液晶層１３に入射する。液晶層１３に入射した０度方向の直線偏光は、液晶層１３をそのままの偏光状態で通過し、１／２波長板１８を通過して、１３５度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、４５度方向であるため、バックライト光源側からの透過光は、第１偏光板１１を通過することができず、黒表示となる。

反射領域２１では、光透過軸が４５度方向の第１偏光板１１を通過した４５度方向の直線偏光は、１／２波長板１８を通過し、９０度方向（２７０度方向）の直線偏光となって、液晶層１３に入射する。液晶層１３に入射した９０度方向の直線偏光は、液晶層１３を通過する際に、左回りの円偏光となり、反射板１６で反射して右回りの円偏光となる。この円偏光は、再び液晶層１３を通過して０度方向の直線偏光となり、１／２波長板１８に入射する。この直線偏光は、１／２波長板１８を通過する際に１３５度方向の直線偏光となるため、第１偏光板１１を通過することができず、黒表示となる。

次に、白表示について説明する。白表示時には、図５（ａ）及び（ｂ）に示す信号により、透過領域２２の液晶層１３の分子長軸方向を４５度方向に回転させ、反射領域２１の液晶層１３の分子長軸方向は９０度のままとする。透過領域２２では、光透過軸が１３５度の第２偏光板１５を通過した１３５度方向の直線偏光は、１／２波長板１９を通過して、０度方向（１８０度方向）の直線偏光となり、液晶層１３に入射する。液晶層１３に入射した０度方向の直線偏光は、液晶層１３で９０度方向の直線偏光となり、１／２波長板１８を通過して、４５度方向の直線偏光となる。この直線偏光は、第１偏光板１１を通過し、白表示となる。

反射領域２１では、光透過軸が４５度方向の第１偏光板１１を通過した４５度方向の直線偏光は、１／２波長板１８を通過して、９０度方向（２７０度方向）の直線偏光となって、液晶層１３に入射する。液晶層１３に入射した９０度方向の直線偏光は、その偏光状態のままで液晶層１３を通過し、反射板１６で反射して、液晶層１３を再び通過する。液晶層１３を通過した９０度方向の直線偏光は、１／２波長板１８を通過して４５度方向の直線偏光となり、第１偏光板１１を通過し、白表示となる。

ここで、１／２波長板１８、１９には、光軸が一軸の波長板を用いるできる他に、一軸の波長板と二軸の波長板とを重ねたものや、二軸の波長板を用いることができる。１／２波長板１８、１９として、光軸が一軸の波長板を用いるとき、シミュレーションにより、黒表示時の輝度及びコントラスト比の視野角特性を求めたところ、図３０（ａ）及び（ｂ）に示すシミュレーション結果が得られた。一軸の波長板を用いる場合には、同図（ａ）に示すように、１／２波長板１８、１９の光軸方向の方位角から視野角を付けて観察すると光漏れが観察される。また、この光漏れの影響により、同図（ｂ）に示すように、観察方向に依存して、コントラスト比が大きく低下する。

シミュレーションにより、１／２波長板１８、１９として、一軸の１／４波長板と二軸の１／４波長板とを重ねたものを使用するときの黒表示時の輝度及びコントラスト比の視野角特性を求めたところと、図３１（ａ）及び（ｂ）に示す結果が得られた。このとき、１／２波長板１８、１９では、それぞれ、一軸の１／４波長板が偏光板１１、１５側となり、二軸の１／４波長板が液晶層１３側となるように配置する。一軸の波長板と二軸の波長板とを重ねたものでは、同図（ａ）に示すように、一軸の波長板を用いる場合（図３０（ａ））に比して、光漏れが低く抑えられている。この結果、図３１（ｂ）に示すように、コントラスト比の視野角依存性が改善される。

また、シミュレーションにより、１／２波長板１８、１９として、二軸の波長板を使用するときの黒表示時の輝度及びコントラスト比の視野角特性を求めたところ、図３２（ａ）及び（ｂ）に示す結果が得られた。二軸の波長板を用いる場合には、同図（ａ）に示すように、一軸の波長板と二軸の波長板とを重ねた場合（図３１（ａ））に比して、光漏れが更に低く抑えられる。この結果、図３２（ｂ）に示すように、コントラスト比の視野角依存性が大幅に改善される。

本実施形態では、１／２波長板１８、１９を用いることにより、反射領域２１の黒表示時の青みを低減できる。これにより、液晶表示装置１０ｂの表示品質を向上させることができる。また、１／２波長板１８、１９として、一軸の波長板と二軸の波長板とを重ねたもの、或いは、二軸の波長板を用いる場合には、斜め視野での光漏れを低く抑えて、コントラスト比の視野角依存性を改善することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。

なお、第１実施形態では、反射領域２１において、画素電極３５、３６、第１共通電極３７、及び、第２共通電極３８の直下には、反射板１６を形成しない例について示したが、これら電極の直下が表示光源として機能しなければよく、これには限定されない。例えば、図３３に示すように、電極直下の反射板１６を平坦に形成することもできる。この場合には、電極直下は散乱反射とならないため、その他の部分に比して暗くなり、電極上で観察される光漏れの影響を低減できる。

上記各実施形態では、液晶表示装置として、ＩＰＳモードの液晶表示装置を用いて説明したが、液晶表示装置の表示モードとしては、画素電極と共通電極とを上下方向に分けて配置したＦＦＳ（Fringe-Field-Switching）モードを用いることもできる。図３４は、ＦＦＳモードの液晶表示装置の断面構造を示している。この液晶表示装置１０ｃは、反射領域２１と透過領域２２とを有している。ＴＦＴ基板１４ａ上には、反射領域２１に対応して、反射板１６及び絶縁層が形成されている。反射板１６は、第１の偏光板１１側から入射する光を反射する。反射板１６は、一般に、光の散乱効果を高めるために、断面形状が凹凸を有するように形成されるが、凹凸状に形成せずに、対向基板１２側に散乱層を設けてもよい。また、偏光板１１の下に散乱ビーズを散乱させた拡散のりを設ける構成とすることもできる

図３５は、ＩＰＳモードの液晶表示装置の断面構造を示している。このＩＰＳモードの液晶表示装置の断面は、図１に示す断面構造の液晶表示装置１０に相当する。図３４と図３５とを比較すると、ＦＦＳモードの液晶表示装置１０ｃは、反射領域２１については、図３５に示すＩＰＳモードの液晶表示装置１０では液晶層１３に隣接して画素電極３５と並んで形成された共通電極３７が存在しない構成となっている。ＦＦＳモードの液晶表示装置１０ｃでは、反射板１６は、第１の共通電極線に接続され、反射領域２１における共通電極としての役割りを兼ねている。また、透過領域２２については、図３５における共通電極３８に相当する電極（共通電極２０）が、画素電極３６の下層側に、透明電極で形成される構成となっている。ＦＦＳモードの液晶表示装置１０ｃでは、液晶層１３に隣接する画素電極３５、３６と、その下層側に形成された共通電極２０、反射板１６との間の電界によって、液晶層１３を駆動する。ＦＦＳモードの液晶表示装置１０ｃにおける反射領域２１及び透過領域２２での液晶駆動の仕方は、ＩＰＳモードの液晶表示装置１０における液晶駆動の仕方と同様であるので、その説明については省略する。

第４実施形態では、第１実施形態の液晶表示装置１０との組み合わせを用いて説明したが、第２及び第３実施形態との組み合わせることもできる。また、図３４に示すＦＦＳモードの液晶表示装置の構成は、上記第１〜第４実施形態との組み合わせで用いることができる。また、上記構成はIPSモードやFFSモードだけでなく、VAモードにも適用できることはいうまでもない。

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、本発明の液晶表示装置及びその駆動方法は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態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構造を示す断面図。 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２１の駆動信号波形の様子を示す波形図、同図（ｂ）は、透過領域２２の駆動信号波形の様子を示す波形図。 （ａ）及び（ｂ）は、図３（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す模式図。 （ａ）は、図３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す波形図、同図（ｂ）は、透過領域２２の駆動信号波形の様子を示す波形図。 （ａ）及び（ｂ）は、図５（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す模式図。 （ａ）及び（ｂ）は、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。 画素電極３５及び共通電極３７直下の反射板１６の様子を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）はＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）は、ＴＦＴ基板１４の断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板１４の製造過程における平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれＴＦＴ基板１４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。 本発明の第４実施形態の半透過型液晶表示装置の断面構造を示す断面図。 偏光板１１、１５の光透過軸と、液晶層１３の液晶分子長軸方向と、１／２波長板１８、１９の基板面内方向の光軸との組み合わせを示す表。 透過領域２２における黒表示時の表示色の波長分布のシミュレーション結果を示すグラフ。 液晶表示装置１０ｃにおける表示状態の様子を示す模式図。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、１／２波長板１８、１９として、光軸が一軸の波長板を用いるときの黒表示時の輝度及びコントラスト比の視野角特性を示すシミュレーション結果。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、１／２波長板１８、１９として、光軸が一軸の波長板と二軸の波長板とを組み合わせたときの黒表示時の輝度及びコントラスト比の視野角特性を示すシミュレーション結果。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、１／２波長板１８、１９として、光軸が二軸の波長板を用いるときの黒表示時の輝度及びコントラスト比の視野角特性を示すシミュレーション結果。 画素電極３５及び共通電極３７直下の反射板１６の様子を示す断面図。 ＦＦＳモードの液晶表示装置の断面構造を示す断面図。 ＩＰＳモードの液晶表示装置の断面構造を示す断面図。 半透過型液晶表示装置の断面構造を示す断面図。 特許文献１に記載された半透過型液晶表示装置の断面構造を示す断面図。

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
１７：絶縁層
１８、１９：１／２波長板
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：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 (16)

1. 液晶層を挟んで相互に直交する偏光軸を有する一対の偏光板を備え、反射領域と透過領域とを有し横電界方式で駆動される半透過型の液晶表示装置において、
   前記液晶層の分子長軸が、透過領域で前記液晶層に入射する光の偏光方向と平行又は直交しており、
   各画素が、各画素の反射領域及び透過領域に共通のデータ信号で駆動される画素電極と、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、
   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液晶表示装置。
2. 各画素には、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が配設される、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射領域に配設される反射板の電位が、前記画素電極の電位と前記第１共通電極の電位との間の中間電位に設定される、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記反射板には、前記画素電極及び前記第１共通電極との容量結合によって前記中間電位が印加される、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記反射板には、前記中間電位を生成する中間電位生成回路から前記中間電位が印加される、請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 前記反射領域では、前記画素電極及び前記第１共通電極の直下の部分に反射板が形成されていない、請求項３〜５の何れか一に記載の液晶表示装置。
7. 前記反射板は、前記画素電極及び前記第１共通電極の直下の部分が平坦であり、該直下の部分以外の部分が凹凸形状を有するように形成される、請求項３〜５の何れか一に記載の液晶表示装置。
8. 反射領域と透過領域とを有する半透過型の液晶表示装置において、
   各画素が、
   反射領域に対応する反射用画素電極、及び、透過領域に対応する透過用画素電極と、
   データ信号が供給されるデータ線と前記反射用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用画素電極を接続する第２のスイッチング手段とを有し、
   前記反射領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した第１の共通電極と、前記透過領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した第２の共通電極とを有し、
   前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とは、互いに反転させた電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
9. 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いることを特徴とする、請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 反射領域と透過領域とを有する半透過型の液晶表示装置の駆動方法において、
    各画素の反射領域に対応する反射用画素と透過領域に対応する透過用画素とは階調が互いに所定の関係となる電圧が印加され、
    前記反射用画素と前記透過用画素とは、一方が最大階調となる電圧が印加されるとき、他方が最小階調となる電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
11. 前記液晶表示装置は、前記反射領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した第１の共通電極と、前記透過領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した第２の共通電極とを有しており、
    前記第１の共通電極と前記第２の共通電極には、異なる共通信号が供給されることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
12. 前記液晶表示装置は、データ信号が供給されるデータ線と前記反射用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用画素電極を接続する第２のスイッチング手段と、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の制御線とを有し、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、
    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を時分割でオンにし、共通のデータ線から、前記反射用画素電極及び前記透過用画素電極に、共通の画素信号を供給すると共に、前記反射用画素電極に前記画素信号を供給する期間と、前記透過用画素電極に前記画素信号を供給する期間とで、共通電極に印加する電圧を異なる電圧とすることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
13. 前記液晶表示装置は、第１のデータ線と前記反射用画素電極との間を接続する第１のスイッチング手段と、第２のデータ線と前記透過用画素電極を接続する第２のスイッチング手段とを有しており、
    前記第１のデータ線と前記第２のデータ線には、異なるデータ信号が供給されることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
14. 前記第１のデータ線と前記第２のデータ線の一方には、入力された画素信号が供給され、他方には、前記入力された画素信号の階調ごとに定められた階調に変換する変換テーブルからの出力が供給されることを特徴とする、請求項１３に記載の液晶表示装置の駆動方法。
15. 前記変換テーブルには、前記反射領域と前記透過領域のγ特性を一致させた変換値が記録されていることを特徴とする、請求項１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
16. 前記液晶表示装置は、前記反射領域に設けられた画素の共通電極および前記透過領域に設けられた画素の共通電極を複数本共通に接続した共通電極を有しており、
    前記反射画素電極に供給されるデータ信号と前記透過画素電極に供給されるデータ信号との切り替えタイミングに合わせて前記共通電極の電位を互いに逆特性となる電圧とすることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。

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