液晶表示装置及び表示機器
【課題】本発明は低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置及び表示機器を提供する。
【解決手段】
本発明は、内面側にＴＦＴ素子（スイッチング素子）５、該ＴＦＴ素子５に接続する画素電極３を形成してなる第１の基板１４と、内面側に表示電極１８を備えた第２の基板１５との間に、液晶層１２を封入して成る液晶表示装置である。そして、第１の基板１４上に、画素電極３と接続する第１の導体膜２２、表示電極１８に接続する第２の導体膜２及び第１の導体膜２２と第２の導体膜２との間に配置された強誘電体膜２１を形成した。
【解決手段】
本発明は、内面側にＴＦＴ素子（スイッチング素子）５、該ＴＦＴ素子５に接続する画素電極３を形成してなる第１の基板１４と、内面側に表示電極１８を備えた第２の基板１５との間に、液晶層１２を封入して成る液晶表示装置である。そして、第１の基板１４上に、画素電極３と接続する第１の導体膜２２、表示電極１８に接続する第２の導体膜２及び第１の導体膜２２と第２の導体膜２との間に配置された強誘電体膜２１を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＴＦＴ（薄膜トランジス）スイッチング素子に用いたアクティブマトリックスタイプの液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は中小型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらにバックライトユニットを使用しない反射型液晶表示装置の技術も開発されており、薄型、軽量および低消費電力化に優れている。
【０００３】
反射型液晶表示装置には、後方に配設した基板の内面側に凹凸形状の光反射層を形成した散乱反射型があるが、バックライトユニットを用いないことで、周囲の光を有効に利用している。
【０００４】
また、反射膜に代えて、半透過膜を形成し、バックライトユニットを設け、反射モードや透過モードに使い分ける半透過型液晶表示装置も開発されている。
【０００５】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の液晶表示装置として用いたり、あるいはバックライトユニットを内部照明として装着して透過型の液晶表示装置として使用するが、双方の機能を併せ持たせるために、半透過膜を使用している（特開平８−２９２４１３号および特開平７−３１８９２９号参照）。
【０００６】
また、光透過用の透過孔を設けた反射膜により、透過孔からバックライトユニットの光の一部を透過させ、また、反射膜にて外光の一部を反射させることにより半透過型液晶表示装置を実現する構成も提案されている（特開２０００-１９５６３号参照）。
【０００７】
携帯情報機器用途においては、長時間の電池駆動が必須となり、より消費電力の少ない表示装置が望まれている。そこで、電源を遮断しても表示を維持することを可能にするため、メモリー性を持った表示装置が必要とされる。このような液晶表示装置としては、強誘電性液晶、コレステリック型液晶等のメモリー性を有する液晶材料を用いる構造と、それぞれの画素にメモリー性を付与するためのフラッシュメモリー等の回路を設ける構造がある。前者の強誘電性液晶、コレステリック型液晶については、階調表示が難しい点や、衝撃に対する強度が弱い点や、使用温度範囲が狭いといった問題がある。後者のフラッシュメモリー等の回路を設ける構造については、画素構造の微細化が難しく、開口率が低くなり、高精細化に不利であるといった問題がある。
【０００８】
このような問題を解決する液晶表示装置として、強誘電体キャパシタを液晶層に直列に接続した構造が提案されている。（特開２００３−２４１１６９号および特開平０９−２３６８２４号参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４１１６９号公報
【特許文献２】特開平０９−２３６８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、強誘電体膜から構成される補助容量部を液晶層に対して直列に接続すると、通常電源をつなぎ各画素に電圧を印加する際に、その電圧は液晶層と補助電極部に各容量の比率で分圧されてしまい。液晶層に十分な電圧を印加するために、より大きな電圧を画素に与えなければならず、消費電力が大きくなってしまう。
【００１０】
即ち、従来においては低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置の実現ができなかった。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置及び表示機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、内面側にＴＦＴスイッチング素子、該ＴＦＴスイッチング素子に接続する画素電極及び配向膜を形成してなる第１の基板と、内面側に表示電極及び配向膜を備えた第２の基板との間に、液晶層を封入して成る液晶表示装置であって、前記第１の基板上に、前記画素電極と接続する第１の導体膜、前記第２の基板側の前記表示電極に接続する第２の導体膜及び第１の導体膜と第２の導体膜との間に配置された強誘電体膜を形成して、前記第１の導体膜、第２の導体膜及び強誘電体膜とで補助容量部を配置した液晶表示装置である。
【００１３】
また、この液晶装置をカラー表示可能となるため、表示面側に前記第２の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする。また、表示面側に前記第１の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、この液晶表示装置を外部の光を利用して反射をモードで液晶表示をさせるため、表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極及び第１の導体膜は、互いに同一面で連続する反射性金属膜で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、この液晶表示装置をプロジェクタなどの画像形成などに用いるべく、透過モードで液晶表示をさせるため、表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜、第２の導体膜及び強誘電体膜は、それぞれ透明部材で形成されるとともに、前記画素電極及び第１の導体膜は互いに同一面で連続する導体膜で形成されていることを特徴とする。また、表示面側に前記第１の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜は、透明部材で形成されるとともに、前記画素電極及び第１の導体膜は互いに同一面で連続する導体膜で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、反射モードと透過モードの両モード（半透過モード）で液晶表示をさせるため、表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には透明導電膜で形成された画素電極及び第１の導体膜を形成するとともに、さらに半透過膜を形成したことを特徴とする。
【００１７】
また、同じく半透過モードで液晶表示をさせるため、表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には、透明導電膜からなる画素電極と、前記バックライトユニットの光の透過させる透過孔が形成された反射性金属膜の一部で構成される第１の導体膜とから形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記反射性金属膜に形成した透過孔は画素電極形成領域内に存在していることを特徴とする。
【００１９】
また、 前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶側からみて画素電極の下側に配置されている。また、 前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶側からみて画素電極の上側に配置されている。
【００２０】
さらに、このような液晶表示装置と、液晶表示装置のＴＦＴ素子にスイッチングＯＮ−ＯＦＦの信号、液晶に印加する電位信号を供給する駆動制御回路、該駆動制御回路に画像情報を供給する画像制御回路とを含むことを特徴する表示機器である。
【発明の効果】
【００２１】
以上の構成により、本発明の液晶表示装置によれば、第１の基板に形成した第１の導体膜、第２導体膜及び強誘電体層とで補助容量部が構成される。この第１の導体膜が第１基板の画素電極に接続され、第２の導体膜が第２の基板の表示電極に接続されているため、補助容量部は液晶層（画素電極と表示電極との間に配置）に対して並列的に配置されることになる。従って、従来のように液晶層に対して直列的に補助容量部を接続するものに比較して、低消費電力化が実現できることになる。
【００２２】
また、ＴＦＴ素子からなるスイッチングがＯＦＦ状態となっても、画素電極と表示電極との間の液晶層には、強誘電体膜からなる補助容量部に保持された電圧がかかり、表示を維持することができる。尚、液晶層と補助容量部の強誘電体膜とが並列関係であるため、ＴＦＴ素子のスイッチングがＯＮ状態で印加される電圧が、液晶層と補助容量部との間に分圧されないため、スイッチングＯＮ状態においても消費電力を低くすることができる。
【００２３】
よって、低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて詳説する。
【００２５】
図１は、本発明の液晶表示装置の概略断面図を示すものである。図２は斜視図であり、図３は液晶表示素子ＬＣの断面構造を示す。
【００２６】
本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子ＬＣと、導光板Ｄ、光源KとからなるバックライトユニットＢＬと両者を収容する筐体Ｃ１、Ｃ２から構成されている。
【００２７】
液晶表示素子ＬＣは、第１の基板１４と第２基板１５と、その間に介在された液晶層１２とから主に構成されている。
【００２８】
図３に示すように、液晶表示素子ＬＣを構成する第１の基板１４の内面側には、画素領域ごとに画素電極が形成され、この該画素電極に接続するＴＦＴからなるスイッチング素子、画素電極を被覆する配向膜が形成されている。尚、本発明において、ＴＦＴからなるスイッチング素子が形成された側の基板を第１の基板という。
【００２９】
また、第２の基板１５の内面側には、第１の基板１４に形成した画素電極に対応するように表示電極、該表示電極を被覆する配向膜を具備している。
【００３０】
第１の基板１４と、第２の基板１５との間には、シール部Ｓによって周囲が囲まれた液晶層１２が配置されている。図３では第１の基板１４の内部に形成した画素電極、ＴＦＴ素子、配向膜を含む構造物を単に符号Ｓ１で示し、第２の基板１５の内面側に形成した表示電極、配向膜を含む構造物を単に符号Ｓ２で示している。
【００３１】
この第１の基板１４の画素電極と第２の基板１５の表示電極とは、互いに対向してあっており、表示面からみた時に、対向しあう領域（画素領域）がマトリックス状に配列されている。
【００３２】
なお、各表示画素領域を構成する１画素には、たとえば透過型液晶表示装置においては、画素電極、表示電極の両方は透明導電膜で構成されて、バックライトユニットＢＬからの光を、液晶表示素子ＬＣを介して表示面側に透過して液晶表示が行われる（透過モード）。即ち、バックライトユニットＢＬが必須の構成となる。
【００３３】
また、半透過型液晶表示装置においては、表示側の基板と対向する側の基板（第１の基板であっても、第２の基板であってもよい）の画素電極または表示電極上に半透過膜（光の透過と反射を行う層）を形成する。これにより表示側から入射した外光は、液晶層１２を通過して半透過膜でその一部が反射し、再度、液晶層１２を透過して液晶表示行う。また、バックライトユニットＢＬの光は、その一部が半透過膜を通過して液晶層１２を介して透過モードの液晶表示を行う。
【００３４】
また、別の半透過型液晶表示装置においては、表示側の基板と対向する側の基板の画素電極または表示電極で各画素領域の一部に反射膜を形成する。即ち、反射膜が形成された領域が反射部となり、反射性金属膜が形成されていない領域が透過部となる。これにより画素領域が反射部と透過部とからなり、表示側から入射した外光が反射部で反射し（反射モードの表示）、また、バックライトユニットＢＬの光は、透過部を介して表示面側に透過して液晶表示（透過モードの表示）を行う。これらの半透過型液晶表示装置においてもバックライトユニットＢＬが必須構成となる。
【００３５】
また、反射型液晶表示装置において、表示側の基板と対向する側の基板の画素電極または表示電極は反射性金属膜で形成する。即ち、画素領域全体が反射部となり、表示側から入射した外光が反射部で反射して液晶表示が行われる。この場合には、バックライトユニットＢＬは不要であり、必要において表示面側にフロントライト（図示せず）を配置する場合がある。
【００３６】
このような、透過型、半透過型、反射型の液晶表示装置は、液晶表示が行われる環境を考慮して、その構造を選択するものである。
【００３７】
また、基板１４、１５の外面主面には、図では省略しているが、偏光板が配置され、さらに必要に応じて位相差フィルム、拡散フィルタなどが配置されている。
【００３８】
また、カラー表示を達成するために、第１の基板１４の内部構造物Ｓ１または第２の基板１５の内部構造物Ｓ２のいずれかには、各画素領域に対応したカラーフィルタが形成されている。
【００３９】
基板１４、１５は、ガラス、透光性プラスチックなどが例示できる。
【００４０】
画素領域を規定する表示電極や画素電極が透明導電膜の場合には、ＩＴＯや酸化錫などで形成され、反射部を構成する反射性金属膜としては、アルミニウム系材料（Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＴｉ）、銀系材料（Ａｇ、Ａｇ合金（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｕＣｕＡｇ））やチタンなどが例示できる。また、配向膜はラビング処理したポリイミド樹脂からなる。さらに、カラーフィルタを形成する場合には樹脂に染料や顔料など添加した材料が用いられ、画素領域ごとに赤、緑、青の各色のフィルタを形成し、さらに各フィルタ間や画素領域の周囲を遮光目的で黒色樹脂を用いてもよい。
【００４１】
このような基板１４と基板１５は、シール部Ｓを介して貼り合わせ圧着し、そのシール部Ｓの一部の開口よりネマチック液晶などからなる液晶材を注入し、しかる後に、その注入口を封止する。また、必要において、表示面と対向する側に配置した基板の外側には、バックライトユニットＢＬが配置されている。
【００４２】
このような液晶表示素子ＬＣと必要に応じてバックライトユニットＢＬは、たとえば表示領域が開口する上側の筐体Ｃ１とバックライトユニットＢＬを保護する下側の筐体Ｃ２とに収容される。
【００４３】
バックライトユニットＢＬは、導光板Ｄと導光板Ｄに供給される光源Ｋとから構成されている。
【００４４】
以下に、内部構造Ｓ１、Ｓ２の構造のうち１画素領域部分の構造を各断面構造図に基づいて説明する。
【００４５】
図４に示す液晶表示装置は、第２の基板１５を上側（表示面側）に配置して、ＴＦＴ素子が形成された第１の基板１４を下側（非表示面側）に配置し、画素領域に反射部と透過部を有する半透過型液晶表示装置の１画素領域部分を示している。
【００４６】
図４において、符号１はゲート配線、２は補助容量部配線である第２の導体膜、３は透明導電膜からなる画素電極、４は反射部及び透過部を規定する反射性金属膜からなる反射膜、５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、１１は保護膜、１２は液晶層、１８は第２の基板に形成した透明導電膜からなる表示電極、１４、１５はガラスまたはプラスチック等からなる透明基板であり、１６はカラーフィルタである。
【００４７】
また、２１は強誘電体膜であり、２２は第１の導体膜である。
【００４８】
第１の基板１４上には、複数のゲート配線１と複数のソース配線６が交差（直交）するように配置され、これらの配線に囲まれた部分が画素であり、これらの配線の交差部には前記スイッチング素子である薄膜トランジスタ５が設けられている。の配線で囲まれた領域に薄膜トライジスタ５の例えばドレイン電極７に接続する画素電極３が配置されている。
【００４９】
薄膜トランジスタ５は、従来周知のごとく、ゲート配線１の上部に、ゲート絶縁膜８、半導体層９、ｎ＋−Ｓi層１０、ソース電極６、ドレイン電極７で構成される。
【００５０】
ゲート配線１はＣｒ、Ｔａ、Ａl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）等の金属薄膜で形成される。ゲート絶縁膜８はＴａ２Ｏ３やＳｉＮX等で形成される。半導体膜９はＳｉで形成される。ソース電極６とドレイン電極７は、Ｃｒ、Ａl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）等の金属膜で形成されている。
【００５１】
また、画素領域には、画素電極３とは別に、透過部となる透過孔を有する反射膜４が形成されている。この反射膜４は、アルミニウム系材料（Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＴｉ）、銀系材料（Ａｇ、Ａｇ合金（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｕＣｕＡｇ））等の金属膜で形成されている。そして、反射膜４と画素電極３とは電気的に接続され、また、反射膜４の一部が、強誘電体膜２１を介して第２の導体膜２に対向する第１の導体膜２２となっている。
【００５２】
この反射膜４の一部である第１の導体膜２２、第２の導体膜２、強誘電体膜２１によって容量成分を構成する。この容量成分が補助容量部ＣＥＦとなる。尚、第１の基板１４に形成された第２の導体膜２は第２の基板１５側の表示領域全面に形成された表示電極１８に電気的に接続している（図で太線Ｖで示す）。具体的な接続構造は第１の基板１４で各画素領域の第２の導体膜２を相互に接続し、その一部をシール部Ｓ（導電性シール材）や第１の基板１４と第２の基板１５とのギャップ間を貫く導電性バンプを介して第２の基板１５の表示電極１８に接続する。導電性シール材としては、導電性フィラーを含有したシール樹脂で構成し、シール部を介して、第１の基板１４の第２の導体膜２の一部と、第２の基板１５の表示電極１８の一部とを対向させて、この対向部分で導電性フィラーを介して電気的に接続する。また、シール部Ｓに絶縁材料を用いた場合には、シール部Ｓの内部領域または外側領域の１箇所または複数箇所で第１の基板１４の第２の導体膜２の一部と、第２の基板１５の表示電極１８の一部とを導電性バンプによって接続する。
【００５３】
即ち、第２の導体膜２と第１の導体膜２２（反射膜４の一部）との間に強誘電体膜２１を形成することによって、画素電極３と表示電極１８との挟まれた液晶層１２と並列関係の補助容量部ＣＥＦが形成される。
【００５４】
強誘電体膜２１は、ポリマー系として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ） −（ＣＦ２−ＣＨ２）n− 、フッ化ビニリデンオリゴマー（ＶＤＦオリゴマー） ［ＣＦ３（ＣＦ２ＣＨ２）１７Ｉ］ 、(モノマー)フッ化ビニリデン（ＶＤＦ） ＣＦ２＝ＣＨ２ 、(モノマー)トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ） ＣＨ２＝ＣＦＨ 、(モノマー)テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ） ＣＨ２＝ＣＦ２ があり、無機系として、ニオブ酸リチウムＬＮＯ ＬｉＮｂＯ３、タンタル酸リチウムＬＴＯ ＬｉＴａＯ３、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴ Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３、チタン酸鉛ＰＴＯ ＰｂＴｉＯ３、チタン酸バリウムＢＴＯ ＢａＴｉＯ３、ＳＢＴＯ、ハフニア(ＨＦＯ２)、およびそのシリケート(ＨＦ−ＳＩ−Ｏ)とアルミネート(ＨＦ−ＡＬ−Ｏ)等など例示でき、強誘電体特性を有する。
【００５５】
画素電極３はたとえばＩＴＯなどの透明導電膜からなり、透過部、反射部を問わず液晶層１２の液晶分子に電界を与えるために機能する。また、反射膜４はその画素領域に透過孔が形成され、バックライトユニットＢＬの光を透過する透過部と外光を反射させる反射部を規定するとともに、第１の導体膜２２となるものであり、たとえば、アルミニウム系材料（Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＴｉ）、銀系材料（Ａｇ、Ａｇ合金（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｕＣｕＡｇ））などで形成されている。
【００５６】
尚、反射膜４に形成した透過孔の寸法は、この対応する画素領域に形成されたカラーフィルタ１６の色によって代えても構わない。一般的には透過孔の寸法は、画素領域の大きさに対して３０％程度であるが、例えば赤のカラーフィルタ１６に対応する画素領域に形成した透過孔の大きさを画素領域に対して３５％、緑のカラーフィルタ１６に対応する画素領域に形成した透過孔の大きさを画素領域に対して２５％、青のカラーフィルタ１６に対応する画素領域に形成した透過孔の大きさを画素領域に対して３５％として反射モードのホワイトバランスを黄色よりにし、透過モードのホワイトバランスを青よりにしてもよい。
【００５７】
尚、図示していないが、以上のような構成のアクティブマトリックス基板上に配向膜を塗布している。
【００５８】
この図４の液晶表示装置においては、第２の基板１５の基板上には１．０μｍの膜厚で顔料分散したカラーフィルタ１６と０．１２μｍの膜厚のＩＴＯ等からなる表示電極１８と０．０５μｍの膜厚の配向膜（図示せず）を形成している。
【００５９】
また、液晶層１２は、Δｎｄ（液晶のΔｎとセルギャップｄとの積）を０.２３８μm（Δｎ=０．０７、セルギャップ=３．４μm）とし、液晶分子のねじれ角は７０°である。
【００６０】
次に電圧の印加状態について図５を用いて説明する。図５において、液晶表示を行うために、所定信号線（ゲート１に信号を、ソース電極６、ドレイン電極７間に所定電位差を発生させる）に画像データに応じた画像を表示させるべく、画素電極３に所定電位が供給することにより、所定画素領域で対向しあう画素電極３と表示電極１８との間に所定電位が印加され、液晶層１２において画像データに応じた分子の配列となる状態が得られ、液晶表示が行われる。
【００６１】
このとき画素電極３に接続された第１の導体膜２２と表示電極１８に接続する第２の導体膜２との間に配置された強誘電体膜２１も同電位となる。この液晶層１２で形成される容量成分ＣＬＣと補助容量部ＣＥＦとが並列関係であるため、液晶層１２に印加される電圧が、強誘電体膜２１を有する補助容量部ＣＥＦを形成したとしても分圧されず、液晶層１２にかかる電位の変動させることなく、補助容量部ＣＥＦ内に電荷を蓄電することができる。このとき、電源の供給時、液晶層１２にかかる電位の変動がないため、消費電力を低く抑えることができる。
【００６２】
次に、液晶層１２に印加される電圧を切ると、強誘電体膜２１を有する補助容量部ＣＥＦに蓄電された電荷によって液晶層１２の液晶分子の状態が電圧を切る前の状態を長時間維持でき、静止画表示を維持することができる。
【００６３】
以上のように、本発明では、画素電極３と表示電極１８との間の液晶層１２で形成される容量成分ＣＬＣと補助容量部ＣＥＦとが並列関係であるため、液晶層１２に印加される電圧の変動をなくし、また、消費電力を低く抑え、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置を実現できることになる。
【００６４】
図６に示す液晶表示装置は、第２の基板１５を上側（表示面側）に配置して、ＴＦＴ素子が形成された第１の基板１４を下側（非表示面側）に配置し、画素電極に透明導体膜で形成した場合の透過型液晶表示装置または画素電極に反射性金属膜で形成した場合の反射型液晶表示装置の１画素領域部分を示している。
【００６５】
図６において、符号１はゲート配線、２は第２の導体膜、３は透明導電膜または反射性金属膜からなる画素電極、５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、１１は保護膜、１２は液晶層、１８は第２の基板に形成した透明導電膜からなる表示電極、１４、１５はガラスまたはプラスチック等からなる透明基板であり、１６はカラーフィルタである。また、２１は強誘電体膜であり、２２は第１の導体膜である。
【００６６】
図６に示す液晶表示装置では、画素電極３の一部が、そのまま第１の導体膜２２となっている。即ち、画素電極３の材料のよって、例えば透明導電膜で形成して透過型液晶表素子装置に、例えば反射性金属膜で形成して反射型液晶表示装置としている。尚、反射型液晶表示装置においてバックライトユニットは不要である。
【００６７】
この液晶表示装置は、図４に示す半透過型液晶表示装置との相違点は、透明導電膜の画素電極３及び透過部や反射部を規定する反射膜４を設けていない。即ち、この透過型の液晶表示装置や反射型の液晶表示装置では、画素電極３と補助容量部ＣＥＦを形成する第１の導体膜２２とを共用でき、構造か非常に簡素化することになる。
【００６８】
尚、画素電極３の一部である第１の導体膜２２、第２の導体膜２、強誘電体膜２１によって容量成分を構成されるが、第１の基板１４に形成された第２の導体膜２と第２の基板１５側の表示電極１８との電気的に接続においては上述したとおりであり、強誘電体膜２１も上述と同一材料をもって形成することができる。
尚、図示していないが、液晶層１２と接触する第１の基板１４、第２の基板１５の面には配向膜が形成されている。
【００６９】
また、図６に示す透過型の液晶表示装置の変形例として、例えば、透明導電膜からなる画素電極の表面に、屈折率が相違する複数の誘電体膜を積層してなる半透過膜を設けることにより、簡単に、図４の半透過型液晶表示装置とは別の半透過型の液晶表示装置が達成できる。
【００７０】
上述の図４、図６は、ＴＦＴ素子を形成した第１の基板１４が、非表示側に配置した構造である。これに対して、図７に示す液晶表示装置は、ＴＦＴ素子が形成された第１の基板１４を上側（表示面側）に配置して、第２の基板１５を下側（非表示面側）に配置し、画素領域に対応するに反射部と透過部を有する半透過型液晶表示装置の１画素領域部分を示している。
【００７１】
図７において、符号１はゲート配線、２は第２の導体膜、３は透明導電膜からなる画素電極、５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、１１は保護膜、２１は強誘電体膜、２２は第１の導体膜である。これらは第１の基板１４側に形成されている。また、符号４は反射部及び透過部を規定する反射性金属膜からなる反射膜、１８は第２の基板に形成した透明導電膜からなる表示電極であり、１６はカラーフィルタである。これらは第２の基板１５側に形成されている。
【００７２】
図７の半透過型液晶表示装置においては、補助容量部ＣＥＦを形成する第１の導体膜２２は、第１の基板１４の透明導電膜からなる画素電極３の一部として形成されている。
【００７３】
また、１画素領域を透過部と反射部とに規定する反射膜４が第２の基板１５側に形成されていることである。しかも、反射膜４は第２の基板１５においても、透明導電膜からなる表示電極１８とは別体に形成されており、電気的な機能を有さない。
【００７４】
また、第２の基板１５において、基板１５側から所定大きさの透過孔が形成された反射膜、少なくとも透過孔を被覆して反射膜４の一部に形成されたカラーフィルタ１６、平滑化を達成するためのオーバーコート層１３、透明導電膜からなる表示電極１８から構成されている。
【００７５】
図７の半透過型液晶装置において、非表示面側の第２の基板１５の構造の変更によって、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、半透過膜を用いた半透過型液晶表示装置の対応が非常に容易となる。
【００７６】
図８に示すように、第２の基板１５上の反射膜４を１画素領域に対応するように形成することにより、反射型液晶表示装置となる。また、図８における反射膜４を半透過膜に変えることにより、半透過膜を用いた半透過型の液晶表示装置になる。
【００７７】
図９に示すように、第２の基板１５上から反射膜４を除去することにより、透過型の液晶装置になる。
【００７８】
これらの、図７〜図９に示すように、同一の構造の第１の基板１４を用いて、第２の基板１５の構造を適宜変更することにより、画素電極３と表示電極１８との間の液晶層１２で形成される容量成分ＣＬＣと補助容量部ＣＥＦとが並列関係であるため、液晶層１２に印加される電圧の変動をなくし、また、消費電力を低く抑え、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる各種表示モードの液晶表示装置を実現できることになる。
【００７９】
図１０は、反射膜４を用いた半透過型の液晶表示装置の別の構造である。
【００８０】
図４の半透過型の液晶表示装置では、画素領域の透過部、反射部を規定する反射膜４が透明導電膜からなる画素電極３よりも、非表示面側に配置されていた。これに対して、図１０の構造では、反射膜４１は、透明導電膜からなる画素電極３よりも、表示面側に配置されている。これは、外光を反射させて液晶表示を行う際に、反射膜４１よりも、表示側に配置される構造物を少なくして、液晶層１２を介して反射膜４１に入射される光及び反射膜４１の表面で反射ささる光の損失を防止して、反射モードにおける表示の改善を図ると同時に、透過部の液晶層１２の膜厚を反射部の液晶層１２の膜厚より２倍程度厚くすることにより、透過率の改善も図るものである。
【００８１】
尚、図１０の半透過型の液晶表示装置では、液晶層１２に所定電界を与える電極としては、透明導電膜からなる画素電極３と画素電極３に接続するように形成され、且つ液晶層１２に近い反射膜４１とで行うことになる。即ち、反射部では、反射膜４１が実際の電極となり、透過部では透明導電膜からなる画素電極３が実際に液晶層１２に電界を供給する電極になる。
【００８２】
また、補助容量部ＣＥＦを構成する第１の導体膜２２は、画素電極３の一部で構成している。
【００８３】
このような構成では、反射モードにおける表示が、外光の損失が少ないために良好に行え、かつ透過率の高い半透過型の液晶表示装置になる。
【００８４】
図１１〜図１２は、光透光孔を有する反射層４、４１を有する半透過型液晶表示装置における異なるカラーフィルタ１６の構造を示している。
【００８５】
図１１に示す半透過型の液晶表示装置においては、反射膜４によって規定された反射部において、反射部に対応するカラーフィルタ１６の一部に欠損部１６ａが存在している。即ち、反射部を用いて液晶表示を行う反射モードでは、外光が反射膜４に反射することにより、２回液晶層１２及びカラーフィルタ１６を通過することになる。これにより、バックライトユニットＢＬの光が透過部を通過して表示する透過モードに比較して、カラーフィルタ１６を通過する回数がおおいため、色付き現象が激しくなる。そのため、反射部に対応するカラーフィルタ１６に欠損部１６ａを形成することにより、色付き現象を緩和し、反射モードと透過モードの色付き度合いの差をなくすものである。
【００８６】
図１２は、反射膜４によって規定されている透過部に対応するカラーフィルタ１６ｂの厚みを、反射部に対応するカラーフィルタ１６に比較して厚くしている。これは、第２の基板１５上に、フィルタ厚み制御を行うための絶縁膜１９を反射部に対応するように形成している。
【００８７】
これによっても、上述の透過孔を具備した反射膜を有する半透過型の液晶表示装置における反射モードと透過モードにおける色付き度合いの差を緩和することができる。
【００８８】
このような液晶表示装置は、実際には、液晶表示素子の各画素領域に接続されるＴＦＴ素子のスイッチングをＯＮ−ＯＦＦ制御する信号、液晶層に印加する電位信号を供給する駆動制御回路、駆動制御回路に画像情報を供給する画像制御回路を用いて表示機器として利用する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の斜視図である。
【図３】本発明の液晶表示装置を構成する液晶表示素子の断面構造図である。
【図４】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置における容量的な等価回路図である。
【図６】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図８】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図９】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
ＬＣ・・・液晶表示素子
ＢＬ・・・バックライトユニット
ＣＥＦ・・・補助容量部
１・・・ゲート配線
２・・・第２の導体膜
３・・・画素電極
４、４１・・・反射膜
５・・・薄膜トランジスタ
６・・・ソース電極
７・・ドレイン電極
８・・・ゲート絶縁膜
９・・・半導体層
１０・・・ｎ＋−Ｓi層
１１・・・保護膜
１２・・・液晶層
１３・・・オーバーコート層
１４・・・第１の基板
１５・・・第２の基板
１６・・・カラーフィルタ
２１・・・強誘電体膜
２２・・第１の導体膜
【技術分野】
【０００１】
本発明はＴＦＴ（薄膜トランジス）スイッチング素子に用いたアクティブマトリックスタイプの液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は中小型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらにバックライトユニットを使用しない反射型液晶表示装置の技術も開発されており、薄型、軽量および低消費電力化に優れている。
【０００３】
反射型液晶表示装置には、後方に配設した基板の内面側に凹凸形状の光反射層を形成した散乱反射型があるが、バックライトユニットを用いないことで、周囲の光を有効に利用している。
【０００４】
また、反射膜に代えて、半透過膜を形成し、バックライトユニットを設け、反射モードや透過モードに使い分ける半透過型液晶表示装置も開発されている。
【０００５】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の液晶表示装置として用いたり、あるいはバックライトユニットを内部照明として装着して透過型の液晶表示装置として使用するが、双方の機能を併せ持たせるために、半透過膜を使用している（特開平８−２９２４１３号および特開平７−３１８９２９号参照）。
【０００６】
また、光透過用の透過孔を設けた反射膜により、透過孔からバックライトユニットの光の一部を透過させ、また、反射膜にて外光の一部を反射させることにより半透過型液晶表示装置を実現する構成も提案されている（特開２０００-１９５６３号参照）。
【０００７】
携帯情報機器用途においては、長時間の電池駆動が必須となり、より消費電力の少ない表示装置が望まれている。そこで、電源を遮断しても表示を維持することを可能にするため、メモリー性を持った表示装置が必要とされる。このような液晶表示装置としては、強誘電性液晶、コレステリック型液晶等のメモリー性を有する液晶材料を用いる構造と、それぞれの画素にメモリー性を付与するためのフラッシュメモリー等の回路を設ける構造がある。前者の強誘電性液晶、コレステリック型液晶については、階調表示が難しい点や、衝撃に対する強度が弱い点や、使用温度範囲が狭いといった問題がある。後者のフラッシュメモリー等の回路を設ける構造については、画素構造の微細化が難しく、開口率が低くなり、高精細化に不利であるといった問題がある。
【０００８】
このような問題を解決する液晶表示装置として、強誘電体キャパシタを液晶層に直列に接続した構造が提案されている。（特開２００３−２４１１６９号および特開平０９−２３６８２４号参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４１１６９号公報
【特許文献２】特開平０９−２３６８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、強誘電体膜から構成される補助容量部を液晶層に対して直列に接続すると、通常電源をつなぎ各画素に電圧を印加する際に、その電圧は液晶層と補助電極部に各容量の比率で分圧されてしまい。液晶層に十分な電圧を印加するために、より大きな電圧を画素に与えなければならず、消費電力が大きくなってしまう。
【００１０】
即ち、従来においては低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置の実現ができなかった。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置及び表示機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、内面側にＴＦＴスイッチング素子、該ＴＦＴスイッチング素子に接続する画素電極及び配向膜を形成してなる第１の基板と、内面側に表示電極及び配向膜を備えた第２の基板との間に、液晶層を封入して成る液晶表示装置であって、前記第１の基板上に、前記画素電極と接続する第１の導体膜、前記第２の基板側の前記表示電極に接続する第２の導体膜及び第１の導体膜と第２の導体膜との間に配置された強誘電体膜を形成して、前記第１の導体膜、第２の導体膜及び強誘電体膜とで補助容量部を配置した液晶表示装置である。
【００１３】
また、この液晶装置をカラー表示可能となるため、表示面側に前記第２の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする。また、表示面側に前記第１の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、この液晶表示装置を外部の光を利用して反射をモードで液晶表示をさせるため、表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極及び第１の導体膜は、互いに同一面で連続する反射性金属膜で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、この液晶表示装置をプロジェクタなどの画像形成などに用いるべく、透過モードで液晶表示をさせるため、表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜、第２の導体膜及び強誘電体膜は、それぞれ透明部材で形成されるとともに、前記画素電極及び第１の導体膜は互いに同一面で連続する導体膜で形成されていることを特徴とする。また、表示面側に前記第１の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜は、透明部材で形成されるとともに、前記画素電極及び第１の導体膜は互いに同一面で連続する導体膜で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、反射モードと透過モードの両モード（半透過モード）で液晶表示をさせるため、表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には透明導電膜で形成された画素電極及び第１の導体膜を形成するとともに、さらに半透過膜を形成したことを特徴とする。
【００１７】
また、同じく半透過モードで液晶表示をさせるため、表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には、透明導電膜からなる画素電極と、前記バックライトユニットの光の透過させる透過孔が形成された反射性金属膜の一部で構成される第１の導体膜とから形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記反射性金属膜に形成した透過孔は画素電極形成領域内に存在していることを特徴とする。
【００１９】
また、 前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶側からみて画素電極の下側に配置されている。また、 前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶側からみて画素電極の上側に配置されている。
【００２０】
さらに、このような液晶表示装置と、液晶表示装置のＴＦＴ素子にスイッチングＯＮ−ＯＦＦの信号、液晶に印加する電位信号を供給する駆動制御回路、該駆動制御回路に画像情報を供給する画像制御回路とを含むことを特徴する表示機器である。
【発明の効果】
【００２１】
以上の構成により、本発明の液晶表示装置によれば、第１の基板に形成した第１の導体膜、第２導体膜及び強誘電体層とで補助容量部が構成される。この第１の導体膜が第１基板の画素電極に接続され、第２の導体膜が第２の基板の表示電極に接続されているため、補助容量部は液晶層（画素電極と表示電極との間に配置）に対して並列的に配置されることになる。従って、従来のように液晶層に対して直列的に補助容量部を接続するものに比較して、低消費電力化が実現できることになる。
【００２２】
また、ＴＦＴ素子からなるスイッチングがＯＦＦ状態となっても、画素電極と表示電極との間の液晶層には、強誘電体膜からなる補助容量部に保持された電圧がかかり、表示を維持することができる。尚、液晶層と補助容量部の強誘電体膜とが並列関係であるため、ＴＦＴ素子のスイッチングがＯＮ状態で印加される電圧が、液晶層と補助容量部との間に分圧されないため、スイッチングＯＮ状態においても消費電力を低くすることができる。
【００２３】
よって、低消費電力化が実現でき、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて詳説する。
【００２５】
図１は、本発明の液晶表示装置の概略断面図を示すものである。図２は斜視図であり、図３は液晶表示素子ＬＣの断面構造を示す。
【００２６】
本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子ＬＣと、導光板Ｄ、光源KとからなるバックライトユニットＢＬと両者を収容する筐体Ｃ１、Ｃ２から構成されている。
【００２７】
液晶表示素子ＬＣは、第１の基板１４と第２基板１５と、その間に介在された液晶層１２とから主に構成されている。
【００２８】
図３に示すように、液晶表示素子ＬＣを構成する第１の基板１４の内面側には、画素領域ごとに画素電極が形成され、この該画素電極に接続するＴＦＴからなるスイッチング素子、画素電極を被覆する配向膜が形成されている。尚、本発明において、ＴＦＴからなるスイッチング素子が形成された側の基板を第１の基板という。
【００２９】
また、第２の基板１５の内面側には、第１の基板１４に形成した画素電極に対応するように表示電極、該表示電極を被覆する配向膜を具備している。
【００３０】
第１の基板１４と、第２の基板１５との間には、シール部Ｓによって周囲が囲まれた液晶層１２が配置されている。図３では第１の基板１４の内部に形成した画素電極、ＴＦＴ素子、配向膜を含む構造物を単に符号Ｓ１で示し、第２の基板１５の内面側に形成した表示電極、配向膜を含む構造物を単に符号Ｓ２で示している。
【００３１】
この第１の基板１４の画素電極と第２の基板１５の表示電極とは、互いに対向してあっており、表示面からみた時に、対向しあう領域（画素領域）がマトリックス状に配列されている。
【００３２】
なお、各表示画素領域を構成する１画素には、たとえば透過型液晶表示装置においては、画素電極、表示電極の両方は透明導電膜で構成されて、バックライトユニットＢＬからの光を、液晶表示素子ＬＣを介して表示面側に透過して液晶表示が行われる（透過モード）。即ち、バックライトユニットＢＬが必須の構成となる。
【００３３】
また、半透過型液晶表示装置においては、表示側の基板と対向する側の基板（第１の基板であっても、第２の基板であってもよい）の画素電極または表示電極上に半透過膜（光の透過と反射を行う層）を形成する。これにより表示側から入射した外光は、液晶層１２を通過して半透過膜でその一部が反射し、再度、液晶層１２を透過して液晶表示行う。また、バックライトユニットＢＬの光は、その一部が半透過膜を通過して液晶層１２を介して透過モードの液晶表示を行う。
【００３４】
また、別の半透過型液晶表示装置においては、表示側の基板と対向する側の基板の画素電極または表示電極で各画素領域の一部に反射膜を形成する。即ち、反射膜が形成された領域が反射部となり、反射性金属膜が形成されていない領域が透過部となる。これにより画素領域が反射部と透過部とからなり、表示側から入射した外光が反射部で反射し（反射モードの表示）、また、バックライトユニットＢＬの光は、透過部を介して表示面側に透過して液晶表示（透過モードの表示）を行う。これらの半透過型液晶表示装置においてもバックライトユニットＢＬが必須構成となる。
【００３５】
また、反射型液晶表示装置において、表示側の基板と対向する側の基板の画素電極または表示電極は反射性金属膜で形成する。即ち、画素領域全体が反射部となり、表示側から入射した外光が反射部で反射して液晶表示が行われる。この場合には、バックライトユニットＢＬは不要であり、必要において表示面側にフロントライト（図示せず）を配置する場合がある。
【００３６】
このような、透過型、半透過型、反射型の液晶表示装置は、液晶表示が行われる環境を考慮して、その構造を選択するものである。
【００３７】
また、基板１４、１５の外面主面には、図では省略しているが、偏光板が配置され、さらに必要に応じて位相差フィルム、拡散フィルタなどが配置されている。
【００３８】
また、カラー表示を達成するために、第１の基板１４の内部構造物Ｓ１または第２の基板１５の内部構造物Ｓ２のいずれかには、各画素領域に対応したカラーフィルタが形成されている。
【００３９】
基板１４、１５は、ガラス、透光性プラスチックなどが例示できる。
【００４０】
画素領域を規定する表示電極や画素電極が透明導電膜の場合には、ＩＴＯや酸化錫などで形成され、反射部を構成する反射性金属膜としては、アルミニウム系材料（Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＴｉ）、銀系材料（Ａｇ、Ａｇ合金（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｕＣｕＡｇ））やチタンなどが例示できる。また、配向膜はラビング処理したポリイミド樹脂からなる。さらに、カラーフィルタを形成する場合には樹脂に染料や顔料など添加した材料が用いられ、画素領域ごとに赤、緑、青の各色のフィルタを形成し、さらに各フィルタ間や画素領域の周囲を遮光目的で黒色樹脂を用いてもよい。
【００４１】
このような基板１４と基板１５は、シール部Ｓを介して貼り合わせ圧着し、そのシール部Ｓの一部の開口よりネマチック液晶などからなる液晶材を注入し、しかる後に、その注入口を封止する。また、必要において、表示面と対向する側に配置した基板の外側には、バックライトユニットＢＬが配置されている。
【００４２】
このような液晶表示素子ＬＣと必要に応じてバックライトユニットＢＬは、たとえば表示領域が開口する上側の筐体Ｃ１とバックライトユニットＢＬを保護する下側の筐体Ｃ２とに収容される。
【００４３】
バックライトユニットＢＬは、導光板Ｄと導光板Ｄに供給される光源Ｋとから構成されている。
【００４４】
以下に、内部構造Ｓ１、Ｓ２の構造のうち１画素領域部分の構造を各断面構造図に基づいて説明する。
【００４５】
図４に示す液晶表示装置は、第２の基板１５を上側（表示面側）に配置して、ＴＦＴ素子が形成された第１の基板１４を下側（非表示面側）に配置し、画素領域に反射部と透過部を有する半透過型液晶表示装置の１画素領域部分を示している。
【００４６】
図４において、符号１はゲート配線、２は補助容量部配線である第２の導体膜、３は透明導電膜からなる画素電極、４は反射部及び透過部を規定する反射性金属膜からなる反射膜、５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、１１は保護膜、１２は液晶層、１８は第２の基板に形成した透明導電膜からなる表示電極、１４、１５はガラスまたはプラスチック等からなる透明基板であり、１６はカラーフィルタである。
【００４７】
また、２１は強誘電体膜であり、２２は第１の導体膜である。
【００４８】
第１の基板１４上には、複数のゲート配線１と複数のソース配線６が交差（直交）するように配置され、これらの配線に囲まれた部分が画素であり、これらの配線の交差部には前記スイッチング素子である薄膜トランジスタ５が設けられている。の配線で囲まれた領域に薄膜トライジスタ５の例えばドレイン電極７に接続する画素電極３が配置されている。
【００４９】
薄膜トランジスタ５は、従来周知のごとく、ゲート配線１の上部に、ゲート絶縁膜８、半導体層９、ｎ＋−Ｓi層１０、ソース電極６、ドレイン電極７で構成される。
【００５０】
ゲート配線１はＣｒ、Ｔａ、Ａl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）等の金属薄膜で形成される。ゲート絶縁膜８はＴａ２Ｏ３やＳｉＮX等で形成される。半導体膜９はＳｉで形成される。ソース電極６とドレイン電極７は、Ｃｒ、Ａl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）等の金属膜で形成されている。
【００５１】
また、画素領域には、画素電極３とは別に、透過部となる透過孔を有する反射膜４が形成されている。この反射膜４は、アルミニウム系材料（Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＴｉ）、銀系材料（Ａｇ、Ａｇ合金（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｕＣｕＡｇ））等の金属膜で形成されている。そして、反射膜４と画素電極３とは電気的に接続され、また、反射膜４の一部が、強誘電体膜２１を介して第２の導体膜２に対向する第１の導体膜２２となっている。
【００５２】
この反射膜４の一部である第１の導体膜２２、第２の導体膜２、強誘電体膜２１によって容量成分を構成する。この容量成分が補助容量部ＣＥＦとなる。尚、第１の基板１４に形成された第２の導体膜２は第２の基板１５側の表示領域全面に形成された表示電極１８に電気的に接続している（図で太線Ｖで示す）。具体的な接続構造は第１の基板１４で各画素領域の第２の導体膜２を相互に接続し、その一部をシール部Ｓ（導電性シール材）や第１の基板１４と第２の基板１５とのギャップ間を貫く導電性バンプを介して第２の基板１５の表示電極１８に接続する。導電性シール材としては、導電性フィラーを含有したシール樹脂で構成し、シール部を介して、第１の基板１４の第２の導体膜２の一部と、第２の基板１５の表示電極１８の一部とを対向させて、この対向部分で導電性フィラーを介して電気的に接続する。また、シール部Ｓに絶縁材料を用いた場合には、シール部Ｓの内部領域または外側領域の１箇所または複数箇所で第１の基板１４の第２の導体膜２の一部と、第２の基板１５の表示電極１８の一部とを導電性バンプによって接続する。
【００５３】
即ち、第２の導体膜２と第１の導体膜２２（反射膜４の一部）との間に強誘電体膜２１を形成することによって、画素電極３と表示電極１８との挟まれた液晶層１２と並列関係の補助容量部ＣＥＦが形成される。
【００５４】
強誘電体膜２１は、ポリマー系として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ） −（ＣＦ２−ＣＨ２）n− 、フッ化ビニリデンオリゴマー（ＶＤＦオリゴマー） ［ＣＦ３（ＣＦ２ＣＨ２）１７Ｉ］ 、(モノマー)フッ化ビニリデン（ＶＤＦ） ＣＦ２＝ＣＨ２ 、(モノマー)トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ） ＣＨ２＝ＣＦＨ 、(モノマー)テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ） ＣＨ２＝ＣＦ２ があり、無機系として、ニオブ酸リチウムＬＮＯ ＬｉＮｂＯ３、タンタル酸リチウムＬＴＯ ＬｉＴａＯ３、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴ Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３、チタン酸鉛ＰＴＯ ＰｂＴｉＯ３、チタン酸バリウムＢＴＯ ＢａＴｉＯ３、ＳＢＴＯ、ハフニア(ＨＦＯ２)、およびそのシリケート(ＨＦ−ＳＩ−Ｏ)とアルミネート(ＨＦ−ＡＬ−Ｏ)等など例示でき、強誘電体特性を有する。
【００５５】
画素電極３はたとえばＩＴＯなどの透明導電膜からなり、透過部、反射部を問わず液晶層１２の液晶分子に電界を与えるために機能する。また、反射膜４はその画素領域に透過孔が形成され、バックライトユニットＢＬの光を透過する透過部と外光を反射させる反射部を規定するとともに、第１の導体膜２２となるものであり、たとえば、アルミニウム系材料（Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＴｉ）、銀系材料（Ａｇ、Ａｇ合金（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｕＣｕＡｇ））などで形成されている。
【００５６】
尚、反射膜４に形成した透過孔の寸法は、この対応する画素領域に形成されたカラーフィルタ１６の色によって代えても構わない。一般的には透過孔の寸法は、画素領域の大きさに対して３０％程度であるが、例えば赤のカラーフィルタ１６に対応する画素領域に形成した透過孔の大きさを画素領域に対して３５％、緑のカラーフィルタ１６に対応する画素領域に形成した透過孔の大きさを画素領域に対して２５％、青のカラーフィルタ１６に対応する画素領域に形成した透過孔の大きさを画素領域に対して３５％として反射モードのホワイトバランスを黄色よりにし、透過モードのホワイトバランスを青よりにしてもよい。
【００５７】
尚、図示していないが、以上のような構成のアクティブマトリックス基板上に配向膜を塗布している。
【００５８】
この図４の液晶表示装置においては、第２の基板１５の基板上には１．０μｍの膜厚で顔料分散したカラーフィルタ１６と０．１２μｍの膜厚のＩＴＯ等からなる表示電極１８と０．０５μｍの膜厚の配向膜（図示せず）を形成している。
【００５９】
また、液晶層１２は、Δｎｄ（液晶のΔｎとセルギャップｄとの積）を０.２３８μm（Δｎ=０．０７、セルギャップ=３．４μm）とし、液晶分子のねじれ角は７０°である。
【００６０】
次に電圧の印加状態について図５を用いて説明する。図５において、液晶表示を行うために、所定信号線（ゲート１に信号を、ソース電極６、ドレイン電極７間に所定電位差を発生させる）に画像データに応じた画像を表示させるべく、画素電極３に所定電位が供給することにより、所定画素領域で対向しあう画素電極３と表示電極１８との間に所定電位が印加され、液晶層１２において画像データに応じた分子の配列となる状態が得られ、液晶表示が行われる。
【００６１】
このとき画素電極３に接続された第１の導体膜２２と表示電極１８に接続する第２の導体膜２との間に配置された強誘電体膜２１も同電位となる。この液晶層１２で形成される容量成分ＣＬＣと補助容量部ＣＥＦとが並列関係であるため、液晶層１２に印加される電圧が、強誘電体膜２１を有する補助容量部ＣＥＦを形成したとしても分圧されず、液晶層１２にかかる電位の変動させることなく、補助容量部ＣＥＦ内に電荷を蓄電することができる。このとき、電源の供給時、液晶層１２にかかる電位の変動がないため、消費電力を低く抑えることができる。
【００６２】
次に、液晶層１２に印加される電圧を切ると、強誘電体膜２１を有する補助容量部ＣＥＦに蓄電された電荷によって液晶層１２の液晶分子の状態が電圧を切る前の状態を長時間維持でき、静止画表示を維持することができる。
【００６３】
以上のように、本発明では、画素電極３と表示電極１８との間の液晶層１２で形成される容量成分ＣＬＣと補助容量部ＣＥＦとが並列関係であるため、液晶層１２に印加される電圧の変動をなくし、また、消費電力を低く抑え、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる液晶表示装置を実現できることになる。
【００６４】
図６に示す液晶表示装置は、第２の基板１５を上側（表示面側）に配置して、ＴＦＴ素子が形成された第１の基板１４を下側（非表示面側）に配置し、画素電極に透明導体膜で形成した場合の透過型液晶表示装置または画素電極に反射性金属膜で形成した場合の反射型液晶表示装置の１画素領域部分を示している。
【００６５】
図６において、符号１はゲート配線、２は第２の導体膜、３は透明導電膜または反射性金属膜からなる画素電極、５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、１１は保護膜、１２は液晶層、１８は第２の基板に形成した透明導電膜からなる表示電極、１４、１５はガラスまたはプラスチック等からなる透明基板であり、１６はカラーフィルタである。また、２１は強誘電体膜であり、２２は第１の導体膜である。
【００６６】
図６に示す液晶表示装置では、画素電極３の一部が、そのまま第１の導体膜２２となっている。即ち、画素電極３の材料のよって、例えば透明導電膜で形成して透過型液晶表素子装置に、例えば反射性金属膜で形成して反射型液晶表示装置としている。尚、反射型液晶表示装置においてバックライトユニットは不要である。
【００６７】
この液晶表示装置は、図４に示す半透過型液晶表示装置との相違点は、透明導電膜の画素電極３及び透過部や反射部を規定する反射膜４を設けていない。即ち、この透過型の液晶表示装置や反射型の液晶表示装置では、画素電極３と補助容量部ＣＥＦを形成する第１の導体膜２２とを共用でき、構造か非常に簡素化することになる。
【００６８】
尚、画素電極３の一部である第１の導体膜２２、第２の導体膜２、強誘電体膜２１によって容量成分を構成されるが、第１の基板１４に形成された第２の導体膜２と第２の基板１５側の表示電極１８との電気的に接続においては上述したとおりであり、強誘電体膜２１も上述と同一材料をもって形成することができる。
尚、図示していないが、液晶層１２と接触する第１の基板１４、第２の基板１５の面には配向膜が形成されている。
【００６９】
また、図６に示す透過型の液晶表示装置の変形例として、例えば、透明導電膜からなる画素電極の表面に、屈折率が相違する複数の誘電体膜を積層してなる半透過膜を設けることにより、簡単に、図４の半透過型液晶表示装置とは別の半透過型の液晶表示装置が達成できる。
【００７０】
上述の図４、図６は、ＴＦＴ素子を形成した第１の基板１４が、非表示側に配置した構造である。これに対して、図７に示す液晶表示装置は、ＴＦＴ素子が形成された第１の基板１４を上側（表示面側）に配置して、第２の基板１５を下側（非表示面側）に配置し、画素領域に対応するに反射部と透過部を有する半透過型液晶表示装置の１画素領域部分を示している。
【００７１】
図７において、符号１はゲート配線、２は第２の導体膜、３は透明導電膜からなる画素電極、５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、１１は保護膜、２１は強誘電体膜、２２は第１の導体膜である。これらは第１の基板１４側に形成されている。また、符号４は反射部及び透過部を規定する反射性金属膜からなる反射膜、１８は第２の基板に形成した透明導電膜からなる表示電極であり、１６はカラーフィルタである。これらは第２の基板１５側に形成されている。
【００７２】
図７の半透過型液晶表示装置においては、補助容量部ＣＥＦを形成する第１の導体膜２２は、第１の基板１４の透明導電膜からなる画素電極３の一部として形成されている。
【００７３】
また、１画素領域を透過部と反射部とに規定する反射膜４が第２の基板１５側に形成されていることである。しかも、反射膜４は第２の基板１５においても、透明導電膜からなる表示電極１８とは別体に形成されており、電気的な機能を有さない。
【００７４】
また、第２の基板１５において、基板１５側から所定大きさの透過孔が形成された反射膜、少なくとも透過孔を被覆して反射膜４の一部に形成されたカラーフィルタ１６、平滑化を達成するためのオーバーコート層１３、透明導電膜からなる表示電極１８から構成されている。
【００７５】
図７の半透過型液晶装置において、非表示面側の第２の基板１５の構造の変更によって、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、半透過膜を用いた半透過型液晶表示装置の対応が非常に容易となる。
【００７６】
図８に示すように、第２の基板１５上の反射膜４を１画素領域に対応するように形成することにより、反射型液晶表示装置となる。また、図８における反射膜４を半透過膜に変えることにより、半透過膜を用いた半透過型の液晶表示装置になる。
【００７７】
図９に示すように、第２の基板１５上から反射膜４を除去することにより、透過型の液晶装置になる。
【００７８】
これらの、図７〜図９に示すように、同一の構造の第１の基板１４を用いて、第２の基板１５の構造を適宜変更することにより、画素電極３と表示電極１８との間の液晶層１２で形成される容量成分ＣＬＣと補助容量部ＣＥＦとが並列関係であるため、液晶層１２に印加される電圧の変動をなくし、また、消費電力を低く抑え、電源を供給しなくても静止画表示を維持できる各種表示モードの液晶表示装置を実現できることになる。
【００７９】
図１０は、反射膜４を用いた半透過型の液晶表示装置の別の構造である。
【００８０】
図４の半透過型の液晶表示装置では、画素領域の透過部、反射部を規定する反射膜４が透明導電膜からなる画素電極３よりも、非表示面側に配置されていた。これに対して、図１０の構造では、反射膜４１は、透明導電膜からなる画素電極３よりも、表示面側に配置されている。これは、外光を反射させて液晶表示を行う際に、反射膜４１よりも、表示側に配置される構造物を少なくして、液晶層１２を介して反射膜４１に入射される光及び反射膜４１の表面で反射ささる光の損失を防止して、反射モードにおける表示の改善を図ると同時に、透過部の液晶層１２の膜厚を反射部の液晶層１２の膜厚より２倍程度厚くすることにより、透過率の改善も図るものである。
【００８１】
尚、図１０の半透過型の液晶表示装置では、液晶層１２に所定電界を与える電極としては、透明導電膜からなる画素電極３と画素電極３に接続するように形成され、且つ液晶層１２に近い反射膜４１とで行うことになる。即ち、反射部では、反射膜４１が実際の電極となり、透過部では透明導電膜からなる画素電極３が実際に液晶層１２に電界を供給する電極になる。
【００８２】
また、補助容量部ＣＥＦを構成する第１の導体膜２２は、画素電極３の一部で構成している。
【００８３】
このような構成では、反射モードにおける表示が、外光の損失が少ないために良好に行え、かつ透過率の高い半透過型の液晶表示装置になる。
【００８４】
図１１〜図１２は、光透光孔を有する反射層４、４１を有する半透過型液晶表示装置における異なるカラーフィルタ１６の構造を示している。
【００８５】
図１１に示す半透過型の液晶表示装置においては、反射膜４によって規定された反射部において、反射部に対応するカラーフィルタ１６の一部に欠損部１６ａが存在している。即ち、反射部を用いて液晶表示を行う反射モードでは、外光が反射膜４に反射することにより、２回液晶層１２及びカラーフィルタ１６を通過することになる。これにより、バックライトユニットＢＬの光が透過部を通過して表示する透過モードに比較して、カラーフィルタ１６を通過する回数がおおいため、色付き現象が激しくなる。そのため、反射部に対応するカラーフィルタ１６に欠損部１６ａを形成することにより、色付き現象を緩和し、反射モードと透過モードの色付き度合いの差をなくすものである。
【００８６】
図１２は、反射膜４によって規定されている透過部に対応するカラーフィルタ１６ｂの厚みを、反射部に対応するカラーフィルタ１６に比較して厚くしている。これは、第２の基板１５上に、フィルタ厚み制御を行うための絶縁膜１９を反射部に対応するように形成している。
【００８７】
これによっても、上述の透過孔を具備した反射膜を有する半透過型の液晶表示装置における反射モードと透過モードにおける色付き度合いの差を緩和することができる。
【００８８】
このような液晶表示装置は、実際には、液晶表示素子の各画素領域に接続されるＴＦＴ素子のスイッチングをＯＮ−ＯＦＦ制御する信号、液晶層に印加する電位信号を供給する駆動制御回路、駆動制御回路に画像情報を供給する画像制御回路を用いて表示機器として利用する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の斜視図である。
【図３】本発明の液晶表示装置を構成する液晶表示素子の断面構造図である。
【図４】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置における容量的な等価回路図である。
【図６】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図８】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図９】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置における液晶表示素子の他の画素領域に対応する部分の断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
ＬＣ・・・液晶表示素子
ＢＬ・・・バックライトユニット
ＣＥＦ・・・補助容量部
１・・・ゲート配線
２・・・第２の導体膜
３・・・画素電極
４、４１・・・反射膜
５・・・薄膜トランジスタ
６・・・ソース電極
７・・ドレイン電極
８・・・ゲート絶縁膜
９・・・半導体層
１０・・・ｎ＋−Ｓi層
１１・・・保護膜
１２・・・液晶層
１３・・・オーバーコート層
１４・・・第１の基板
１５・・・第２の基板
１６・・・カラーフィルタ
２１・・・強誘電体膜
２２・・第１の導体膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面側にＴＦＴスイッチング素子、該ＴＦＴスイッチング素子に接続する画素電極及び配向膜を形成してなる第１の基板と、内面側に表示電極及び配向膜を備えた第２の基板との間に、液晶層を封入して成る液晶表示装置であって、
前記第１の基板上に、前記画素電極と接続する第１の導体膜、前記第２の基板側の前記表示電極に接続する第２の導体膜及び第１の導体膜と第２の導体膜との間に配置された強誘電体膜を形成して、前記第１の導体膜、第２の導体膜及び強誘電体膜とで補助容量部を配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
表示面側に前記第２の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
表示面側に前記第１の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極及び第１の導体膜は、互いに同一面で連続する反射性金属膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜は、同一面で連続する透明導電膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
表示面側に前記第１の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜は、透明部材で形成されるとともに、前記画素電極及び第１の導体膜は互いに同一面で連続する導体膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には透明導電膜で形成された画素電極及び第１の導体膜を形成するとともに、さらに半透過膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項８】
表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には、透明導電膜からなる画素電極と、前記バックライトユニットの光の透過させる透過孔が形成された反射性金属膜の一部で構成される第１の導体膜とから形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記反射性金属膜に形成した透過孔は画素電極形成領域内に存在していることを特徴とする請求項７または８のいずれか記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶層側からみて画素電極の下側に配置されていることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶層側からみて画素電極の上側に配置されていることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液晶表示装置と、前記液晶表示装置のＴＦＴ素子にスイッチングＯＮ−ＯＦＦの信号、液晶に印加する電位信号を供給する駆動制御回路と、該駆動制御回路に画像情報を供給する画像制御回路とを含むことを特徴する表示機器。
【請求項１】
内面側にＴＦＴスイッチング素子、該ＴＦＴスイッチング素子に接続する画素電極及び配向膜を形成してなる第１の基板と、内面側に表示電極及び配向膜を備えた第２の基板との間に、液晶層を封入して成る液晶表示装置であって、
前記第１の基板上に、前記画素電極と接続する第１の導体膜、前記第２の基板側の前記表示電極に接続する第２の導体膜及び第１の導体膜と第２の導体膜との間に配置された強誘電体膜を形成して、前記第１の導体膜、第２の導体膜及び強誘電体膜とで補助容量部を配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
表示面側に前記第２の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
表示面側に前記第１の基板を配置し、前記第２の基板の内面側にカラーフィルタ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極及び第１の導体膜は、互いに同一面で連続する反射性金属膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
表示面側に前記第２の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜は、同一面で連続する透明導電膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
表示面側に前記第１の基板を配置するとともに、前記第１の基板の内面側に形成された画素電極、第１の導体膜は、透明部材で形成されるとともに、前記画素電極及び第１の導体膜は互いに同一面で連続する導体膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には透明導電膜で形成された画素電極及び第１の導体膜を形成するとともに、さらに半透過膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項８】
表示面側に第２の基板を配置し、前記第１の基板の外側にバックライトユニットを配置するとともに、前記第１の基板の内面側には、透明導電膜からなる画素電極と、前記バックライトユニットの光の透過させる透過孔が形成された反射性金属膜の一部で構成される第１の導体膜とから形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記反射性金属膜に形成した透過孔は画素電極形成領域内に存在していることを特徴とする請求項７または８のいずれか記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶層側からみて画素電極の下側に配置されていることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記反射性金属膜からなる第１の導体膜は、液晶層側からみて画素電極の上側に配置されていることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液晶表示装置と、前記液晶表示装置のＴＦＴ素子にスイッチングＯＮ−ＯＦＦの信号、液晶に印加する電位信号を供給する駆動制御回路と、該駆動制御回路に画像情報を供給する画像制御回路とを含むことを特徴する表示機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−６４７３１（Ｐ２００６−６４７３１Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４３６２８（Ｐ２００４−２４３６２８）
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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