JP2008216858A

JP2008216858A - 電気光学装置、及び電子機器

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Publication number: JP2008216858A
Application number: JP2007056932A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Murai; 秀年村井; Tomoaki Sekime; 智明関目
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】電極の非対称性に起因する焼きつきの発生を低減した、電気光学装置、及び電子機器を提供する。
【解決手段】電気光学物質２３を挟持する一対の基板２１，２２の一方の基板側２１に、電気光学層２３を駆動する第１及び第２電極４１，１１と、第１及び第２電極４１，１１の間に設けられる絶縁膜３３と、第２電極１１の電気光学物質５０側に設けられ、電気光学物質５０の初期配向方向を規制する配向膜３４と、を備え、絶縁膜３３は第２電極１１から配向膜３４側に露出された領域を有しており、少なくともこの領域の絶縁膜３３と配向膜３４との間に、配向膜３４よりも抵抗値が低い電荷放出膜３６が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気光学装置、及び電子機器に関するものである。

液晶表示装置（電気光学装置）の広視野角化を図る一手段として、液晶層（電気光学層）に対して基板方向の電界を発生させて液晶分子の配向制御を行う方式（以下、横電界方式と称する）を用いることが知られており、このような横電界方式としてＩＰＳ（In-Plane Switching）方式やＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１３１２４８号公報

しかしながら、特にＦＦＳ方式の液晶表示装置では電極構造の非対称性から、従来のＴＮモードと比較して電荷が残留し易く、結果として焼きつきが発生しやすいといった問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、電極の非対称性に起因する焼きつきの発生を低減した、電気光学装置、及び電子機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の電気光学装置は、電気光学物質を挟持する一対の基板の一方の基板側に、前記電気光学層を駆動する第１及び第２電極と、該第１及び第２電極の間に設けられる絶縁膜と、前記第２電極の前記電気光学物質側に設けられ、該電気光学物質の初期配向方向を規制する配向膜と、を備え、前記絶縁膜は前記第２電極から前記配向膜側に露出された領域を有しており、少なくとも前記領域の前記絶縁膜と前記配向膜との間に、前記配向膜よりも抵抗値が低い電荷放出膜が設けられることを特徴とする。

前記電気光学装置が、例えば第１及び第２電極との間で発生した電界によって液晶層を駆動するＦＦＳ方式の液晶表示装置である場合、ＦＦＳ構造特有の電極形状の非対称性から電荷が蓄積し易く、蓄積した電界により液晶層の焼きつきを招くおそれがある。そこで、本発明を採用すれば、上記電荷の蓄積が起こる絶縁膜と配向膜との界面部分（第２電極から配向膜側に露出された領域の絶縁膜と配向膜との間）に電荷放出膜が設けられているので、前記電荷放出膜から電荷を逃がすことができる。よって、上述した電荷の蓄積に起因する焼きつきの発生を防止することができる。

また、上記電気光学装置においては、前記電荷放出膜は、前記第２電極を覆って前記絶縁膜上に形成されるのが好ましい。
このようにすれば、配向膜との界面全体に電荷放出膜が形成されるので、上述した電荷の蓄積をより確実に防止することができる。

また、上記電気光学装置においては、前記電荷放出膜は、前記絶縁膜よりも抵抗値が低いのが好ましい。
このようにすれば、電荷放出膜は、配向膜及び絶縁膜より抵抗値が小さくなるので、前記配向膜及び前記絶縁膜内に生じる電荷を電荷放出膜から確実に逃がすことができる。

本発明の電子機器は、上記の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器によれば、上述したような焼きつきが防止された電気光学装置を備えているので、電子機器自体も表示品質が高く、高信頼性のものとなる。

以下、本発明における電気光学装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。また、本実施形態では、電気光学装置としてＦＦＳ方式の液晶表示装置を例に挙げて説明する。ここで、図１は液晶表示装置の等価回路図、図２は液晶表示装置のサブ画素領域を示す部分拡大平面構成図、図３は図２のＡ−Ａ’矢視断面図、図４は図２の光学軸配置を示す説明図である。

（液晶表示装置）
本実施形態における液晶表示装置１は、ＦＦＳ方式を用いたカラー液晶表示装置であって、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３個のサブ画素領域で１個の画素を構成する液晶表示装置である。ここで、表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域」、一組（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のサブ画素領域から構成される表示領域を「画素領域」と称する。

まず、液晶表示装置１の概略構成について説明する。液晶表示装置１は、図１に示すように、画素表示領域を構成する複数のサブ画素領域がマトリックス状に配置されている。
また、液晶表示装置１の画素表示領域を構成する複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極（第２電極）１１と、画素電極１１をスイッチング制御するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）素子１２とが形成されている。このＴＦＴ素子１２は、ソースが液晶表示装置１に設けられた後述するデータ線駆動回路（液晶駆動部）１６から延在するデータ線１３に接続され、ゲートが液晶表示装置１に設けられた後述する走査線駆動回路１７から延在する走査線１４に接続され、ドレインが画素電極１１に接続されている。

また、前記データ線１３は、図２に示すように、Ｙ軸方向に延在しており、走査線１４及び共通線２０は、Ｘ軸方向に延在している。なお、図２中では、対向基板の図示を省略している。したがって、データ線１３、走査線１４及び共通線２０が平面視でほぼ格子状に配線されている。

半導体層４２は、走査線１４と平面視で重なる領域に部分的に形成されたアモルファスシリコンなどの半導体で構成されている。また、ソース電極４３は、図２に示すように、平面視でほぼ逆Ｌ字状を有する配線であって、データ線１３から分岐して半導体層４２と導通している。そして、ドレイン電極４４は、図２に示す−Ｙ側の端部においてサブ画素領域（同図中、２点鎖線で示される領域）の端部において、画素電極１１と、層間絶縁膜３３を貫通するコンタクトホール３３ａを介して電気的に接続されている。これら半導体層４２、ソース電極４３及びドレイン電極４４によってＴＦＴ素子１２が構成される。したがって、ＴＦＴ素子１２は、データ線１３及び走査線１４の交差部近傍に設けられている。

共通電極４１は、サブ画素領域に対応して平面視でほぼ矩形状を有しており、画素電極１１（複数の帯状電極１１ｂ及び該複数の帯状電極１１ｂの間）を覆う領域に形成されている。共通線２０は、各サブ画素領域に対応して配置された共通電極４１の端部と平面的に重なって（積層されて）電気的接続されている。また、前記共通電極４１には共通線２０を介してコモン電位が供給されている。

画素電極１１は、平面視でほぼ梯子形状であって、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透光性導電材料で構成されており、その膜厚が５０ｎｍ以下となっている。そして、画素電極１１は、平面視で矩形の枠状の枠部１１ａと、ほぼＸ軸方向に延在すると共にＹ軸方向で間隔をあけて複数（１５本）配置された帯状電極１１ｂとを備えている。ここで、帯状電極１１ｂは、その両端がそれぞれ枠部１１ａのうちのＹ軸方向に延在する部分と接続されている。

共通電極４１は、平面視で図２に示すＸ軸方向に延在する帯状であって、画素電極１１と同様に、例えばＩＴＯなどの透光性導電材料で構成されている。そして、共通電極４１は、画素電極１１よりも液晶層２３から離間する側に配置されている。
以上より、画素電極１１と共通電極４１とは、絶縁層を構成するゲート絶縁膜３２及び層間絶縁膜３３を介して配置されている。これにより、画素電極１１と共通電極４１とがＦＦＳ方式の電極構造を構成している。

図１に示したように、液晶表示装置１は、データ線１３を介して画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各サブ画素領域に供給するデータ線駆動回路１６と、走査線１４を介して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを各サブ画素領域に供給する走査線駆動回路１７と、を備えている。前記データ線駆動回路１６は、画像信号Ｓ１〜Ｓｎをこの順で線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線１３同士に対してグループごとに供給してもよい。
また、前記走査線駆動回路１７は、走査信号Ｇ１〜Ｇｍを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。

そして、液晶表示装置１は、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１２が走査信号Ｇ１〜Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ信号を画像信号Ｓ１〜Ｓｎとして上記データ線駆動回路１６から所定のタイミングで画素電極１１に書き込む構成となっている。そして、画素電極１１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１〜Ｓｎは、画素電極１１と共通電極４１との間で一定期間保持される。

ところで、ＦＦＳ方式の液晶表示装置１は、ノーマリーブラック表示であり、画素電極及び共通電極間に印加する電圧に応じて、液晶分子の配向状態を変化させ、これによって白色表示をなすようになっている。

次に、液晶表示装置１の断面構成について、図３を参照しながら説明する。
液晶表示装置１は、図３に示すように、素子基板（基板）２１と、素子基板２１と対向配置された対向基板２２と、素子基板２１と対向基板２２との間に挟持された液晶層２３と、素子基板２１の外面側（液晶層２３と反対側）に設けられた偏光板２４と、対向基板２２の外面側に設けられた偏光板２５とを備えている。そして、液晶表示装置１は、素子基板２１の外面側から照明光が照射される構成となっている。
また、液晶表示装置１には、素子基板２１と対向基板２２とが対向する領域の縁端に沿ってシール材（図示略）が設けられており、このシール材、素子基板２１及び対向基板２２によって液晶層２３が封止されている。

素子基板２１は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料からなる基板本体３１と、基板本体３１の内側（液晶層２３側）の表面に順に積層されたゲート絶縁膜３２、層間絶縁膜（絶縁膜）３３、及び前記液晶層２３の初期配向方向を規制する配向膜３４とを備えている。

また、前記素子基板２１は、基板本体３１の内側の表面に配置された走査線１４、各サブ画素領域に対応して設けられた共通電極４１及び各共通電極４１を接続する共通線２０と、ゲート絶縁膜３２の内側の表面に配置されたデータ線１３（図２に示す）、半導体層４２、ソース電極４３及びドレイン電極４４と、層間絶縁膜３３の内側の表面に配置された画素電極１１とを備えている。ゲート絶縁膜３２は、窒化シリコンや酸化シリコンなどのような絶縁性を有する透光性材料で構成されており、基板本体３１上に形成された走査線１４、共通線２０及び共通電極４１を覆うように設けられている。

前記層間絶縁膜３３は、ゲート絶縁膜３２と同様に、窒化シリコンや酸化シリコンなどの絶縁性を有する透光性材料で構成されており、ゲート絶縁膜３２上に形成された半導体層４２、ソース電極４３及びドレイン電極４４を覆うように設けられている。そして、層間絶縁膜３３のうち平面視で画素電極１１の枠部１１ａと重なる部分には、画素電極１１とＴＦＴ素子１２との導通を図るための貫通孔であるコンタクトホール３３ａが形成されている。

前記配向膜３４は、例えばポリイミド（抵抗値；１０^１４〜１０^１５Ω）等の有機材料から構成されており、層間絶縁膜３３上に形成された画素電極１１を覆うように設けられている。そして、配向膜３４の上面には、液晶層２３を構成する液晶分子を配向規制するための配向処理が施されている。この配向膜３４の配向方向は、図４に示す矢印Ｒ１方向のように、Ｘ軸と同方向となっている。

ところで、前記配向膜３４及び前記層間絶縁膜３３の界面部分には、前記配向膜よりも抵抗が低い電荷放出膜３６が設けられている。ここで、界面部分とは、前記層間絶縁膜３３は画素電極１１から前記配向膜３４側に露出された領域を有しており、該領域の前記配向膜３４と前記配向膜３４との間を意味している。この電荷放出膜３６の抵抗値としては、１０^９〜１０^１３Ω程度が好ましい。電荷放出膜３６の形成材料としては、例えばアルミナ皮膜（アルマイト；抵抗値が１０^１２〜１０^１３Ω）やセロハン（抵抗値；１０^９〜１０^１３Ω）等が用いられる。なお、上記材料に限定されず、例えば、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_２、ＭｏＯ_３を含むゾルゲル膜の比抵抗を調整することで、上記アルミナ皮膜と同程度の抵抗を得ることもできる。また、ＬｉＣｌＯ_４（過塩素酸リチウム）等の塩を含有する粘着剤の比抵抗を調整することで、上記セロハンと同程度の抵抗を得ることもできる。あるいは、上記範囲（１０^１４〜１０^１５Ω）を満足する材料であれば、例えば有機系の樹脂膜、金属酸化膜、Ｓｉ系膜を採用しても良い。

なお、前記電荷放出膜３６は必ずしも画素電極１１を覆って前記層間絶縁膜３３上に形成する必要は無く、前記電荷放出膜３６は少なくとも前記層間絶縁膜３３と前記配向膜３４との界面部分に形成しておけばよい。なお、電荷放出膜３６は画素電極１１に接触する構成であってもよいし、前記層間絶縁膜３３及び前記配向膜３４間に電気的に浮いた（フローティング）状態に形成してもよい。

一方、対向基板２２は、図４に示すように、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料で構成され基板本体５１と、基板本体５１の内側（液晶層２３側）の表面に順に積層されたカラーフィルタ層５２及び配向膜５３とを備えている。
カラーフィルタ層５２は、サブ画素領域に対応して配置されており、例えばアクリルなどで構成されて各サブ画素領域で表示する色に対応する色材を含有している。
配向膜５３は、例えばポリイミドなどの有機材料やシリコン酸化物などの無機材料で構成されており、その配向方向が配向膜３４の配向方向と同方向（図４中、矢印Ｒ１方向）となっている。

偏光板２４、２５は、それぞれの透過軸が互いに直交するように設けられている。すなわち、偏光板２４の透過軸は図４に示す矢印Ｒ２方向のようにＹ軸方向となっており、偏光板２５の透過軸は矢印Ｒ３方向のように偏光板２４の透過軸と直交するＸ軸方向となっている。

（液晶表示装置の駆動方法）
続いて、本発明の液晶表示装置の駆動方法の一実施形態として、上記構成に係る液晶表示装置１の駆動方法について説明する。本実施形態における液晶表示装置１は、ＦＦＳ方式を用いた横電界方式の液晶表示装置であり、ＴＦＴ素子１２を介して画素電極１１に画像信号（電圧）を供給することで、画素電極１１と共通電極４１との間に基板面方向の電界を生じさせ、この電界によって液晶を駆動する。そして、液晶表示装置１は、サブ画素領域ごとに透過率を変更させて表示を行う。
すなわち、画素電極１１に電圧を印加しない状態において、液晶層２３を構成する液晶分子は、図４に示す矢印Ｒ１方向に水平配向している。そして、画素電極１１及び共通電極４１を介して画素電極１１を構成する帯状電極１１ｂの延在方向に対して直交する方向に沿う電界を液晶層２３に発生させると、この方向に沿って液晶分子が配向する。

液晶表示装置１において、照明光は、偏光板２４を透過することで偏光板２４の透過軸に沿う直線偏光に変換され、液晶層２３に入射する。
そして、液晶層２３がオフ状態（非選択状態）であれば、液晶層２３に入射した直線偏光は、入射時と同一の偏光状態で液晶層２３から出射する。この直線偏光は、直線偏光と直交する透過軸を有する偏光板２５に吸収されて、サブ画素領域が暗表示となる。
一方、液晶層２３がオン状態（選択状態）であれば、液晶層２３に入射した直線偏光は、液晶層２３により所定の位相差（１／２波長）が付与されて、入射時の偏光方向から９０°回転した直線偏光に変換されて液晶層２３から出射する。この直線偏光は、偏光板２５の透過軸と平行であるため、偏光板２５を透過して表示光として視認され、サブ画素領域が明表示となる。

ところで、従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置では、画素電極及び共通電極間に電圧を印加すると、例えば層間絶縁膜及び配向膜などに電荷が蓄積するといった問題があった。これは、ＦＦＳ構造特有の非対称性を有する電極形状に起因するものである。このようにして蓄積した電荷は液晶層の焼きつきを引き起こすおそれがある。

上記電荷の蓄積は、特に層間絶縁膜と配向膜との界面部分に生じやすい。そこで、本実施形態に係る液晶表示装置１によれば、上述したように前記配向膜３４及び前記層間絶縁膜３３の界面部分に電荷放出膜３６が形成されている。この電荷放出膜３６は、前記層間絶縁膜３３及び前記配向膜３４に比べて抵抗値が低くなっているので、画素電極１１及び共通電極間４１間に電圧を印加した際に発生する電荷を記電荷放出膜３６から放出することができる。また、液晶表示装置１は、前記電荷放出膜３６が層間絶縁膜３３の全面に形成されているので、上述の電荷の放出を良好に行うことができる。さらに、前記電荷放出膜３６は絶縁膜３３及び配向膜３４よりも抵抗値が小さいので、上記電荷を電荷放出膜３６から確実に逃がすことができる。
以上述べたように、本実施形態の液晶表示装置１によれば、ＦＦＳ構造特有の電荷の蓄積を抑制することで、液晶層の焼きつきを防止することができる。

（電子機器）
次に、上述した構成の液晶表示装置１を備える電子機器について説明する。なお、この実施形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明がこの実施形態に限定されるものではない。ここで、図５は、本発明の液晶表示装置を備える電子機器である携帯電話機を示す外観斜視図である。本実施形態における電子機器は、図５に示すような携帯電話機１００であって、本体部１０１と、これに開閉可能に設けられた表示体部１０２とを有する。表示体部１０２の内部には表示装置１０３が配置されており、電話通信に関する各種表示が表示画面１０４において視認可能となっている。また、本体部１０１には操作ボタン１０５が配列されている。
そして、表示体部１０２の一端部には、アンテナ１０６が伸縮自在に取り付けられている。また、表示体部１０２の上部に設けられた受話部１０７の内部には、スピーカ（図示略）が内蔵されている。さらに、本体部１０１の下端部に設けられた送話部１０８の内部には、マイク（図示略）が内蔵されている。
ここで、表示装置１０３には、図１に示す液晶表示装置１が用いられている。

本実施形態に係る携帯電話機１００によれば、上述したような焼きつきが防止された液晶表示装置１を表示体部１０２として備えているので、電子機器自体も表示品質が高く、高信頼性のものとなる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、画素電極をスイッチング制御する駆動素子としてＴＦＴ素子を用いているが、ＴＦＴ素子に限らず、ＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオード）素子など、他の駆動素子を用いてもよい。
また、液晶表示装置は、透過型の表示装置としているが、半透過反射型の液晶表示装置や反射型の液晶表示装置であってもよい。
さらに、液晶表示装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色表示を行うカラー液晶表示装置としているが、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかまたは他の１色の色表示を行う単色の表示装置や、２色や４色以上の色表示を行う表示装置であってもよい。ここで、対向基板にカラーフィルタ層を設けずに、素子基板にカラーフィルタ層を設けてもよい。

また、液晶表示装置を備える電子機器としては、携帯電話機に限らず、パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、ワークステーション、デジタルスチルカメラ、車載用モニタ、カーナビゲーション装置、ヘッドアップディスプレイ、デジタルビデオカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ページャ、電子手帳、電卓、電子ブックやプロジェクタ、ワードプロセッサ、テレビ電話機、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備える機器などのような他の電子機器であってもよい。

液晶表示装置の等価回路図である。液晶表示装置のサブ画素領域を示す部分拡大平面構成図である。図２のＡ−Ａ’矢視断面図である。図２の光学軸配置を示す説明図である。電子機器の一実施形態に係る携帯電話の構成を示す図である。

符号の説明

１…液晶表示装置（電気光学装置）、２１…素子基板（一方の基板）、２２…対向基板（他方の基板）、２３…液晶層（電気光学層）、３３…絶縁膜、３４…配向膜、３６…電荷放出膜、１００…携帯電話（電子機器）

Claims

電気光学物質を挟持する一対の基板の一方の基板側に、前記電気光学層を駆動する第１及び第２電極と、該第１及び第２電極の間に設けられる絶縁膜と、前記第２電極の前記電気光学物質側に設けられ、該電気光学物質の初期配向方向を規制する配向膜と、を備え、
前記絶縁膜は前記第２電極から前記配向膜側に露出された領域を有しており、少なくとも前記領域の前記絶縁膜と前記配向膜との間に、前記配向膜よりも抵抗値が低い電荷放出膜が設けられることを特徴とする電気光学装置。
前記電荷放出膜は、前記第２電極を覆って前記絶縁膜上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
前記電荷放出膜は、前記絶縁膜よりも抵抗値が低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。