JP2012088453A - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】素子基板の対向面における有効表示領域aでは、反射性を有する画素電極118が所定のピッチでマトリクス状に配列する。平面視したときに有効表示領域aよりも外側であってシール領域cよりも内側の無効表示領域bには、画素電極118と同一層からなる第1導電パターン131を設ける。シール領域cには画素電極118と同一層からなる第2導電パターン132を設ける。平面視したときの第2導電パターン132の面積密度は、第1導電パターン131の面積密度よりも小さくなるようにする。
【選択図】図9
Description
このような反射型液晶パネルのうち、特に表示領域が対角で1インチ以下のような、例えばプロジェクターのライトバルブに適用される液晶パネルには、画素電極の有無によって生じる段差が液晶配向の乱れや光学的な散乱などを生じさせて、コントラスト比を低下させてしまうことがある。この段差を解消するために、素子基板では、画素電極の表面を絶縁層で覆うとともに、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理によって平坦化される。さらに、画素電極が配列する有効表示部の外側にも、表示には寄与しないが、画素電極と同一層からなる導電パターンを画素電極とほぼ同密度で設けて、有効表示部の縁端部の内側と外側とで平坦度に差が発生し難くする技術も提案されている(特許文献1参照)。
この問題は、素子基板に石英などの少なくとも紫外線を透過する性質を有する基板を用いるとともに、素子基板の背面側(対向基板とは反対側)からも光を照射して、すなわち基板両面から光を照射させる構成では発生し難い、と考えられる。しかしながら、上述したように素子基板にあっては、シール材が形成される予定の部分に、上記導電パターンが形成される点に留意する必要がある。すなわち、反射型液晶パネルで用いられる画素電極は、アルミニウムなどの反射性を有する金属層からなるので、素子基板の背面側から光を照射しても、シール材の直下に形成された導電パターンで反射してしまい、シール材に到達しにくい。このため、同様にシール材を十分に硬化させることができない等の問題が懸念された。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、素子基板の対向面の平坦性を確保した上で、対向基板の観察側から照射する光に加え、素子基板の背面側から照射した光によってシール材を硬化させることが可能な技術を提供することにある。
ここで、前記第2導電パターンに接続され、前記シール材の外側に形成された第3導電パターンを具備することにしても良い。このように構成すると、第3導電パターンを介して外部から第2導電パターンに電圧を印加することが容易となる。
このとき、第2導電パターンに印加する電圧としては、前記対向基板のうち前記素子基板との対向面に形成されたコモン電極に印加されるコモン電圧であることが望ましい。これにより、コモン電極および第2導電パターンで挟持されるシール材に直流成分の印加されることを回避することができる。
さらに、前記シール領域において、前記複数の配線同士を電気的に接続する接続部を有することが望ましい。接続部を有しないと、配線抵抗によってシール材に印加される電圧にバラツキが生じてしまうが、接続部を設けることによって、このようなバラツキを抑えることができる。
上記構成において、前記画素電極、前記第1導電パターンおよび前記第2導電パターンに対し、前記対向基板とは反対側に位置する下層導電パターンを有するとき、平面視したときに、前記第2導電パターンは、前記下層導電パターンに対して重なる構成が好ましい。この構成によって、素子基板の背面側からの照射光が下層配線パターンによって遮光されてしまうことを防止することができる。
なお、本発明は、電気光学装置のほか、当該電気光学装置を含む電子機器としても概念することが可能である。このような電子機器としては、反射型液晶パネルによって反射された光変調画像を拡大投射するプロジェクターが挙げられる。
以下、本発明の実施形態について説明する。この実施形態に係る電気光学装置は、後述するプロジェクターのライトバルブとして用いられる反射型の液晶パネルである。なお、本実施形態に係る液晶パネルの特徴部分は、シール材が重なる部分における配線の構造にあるが、その配線が有効表示部における導電層といかなる関係にあるのかを説明する必要があるので、まず、液晶パネルの構造の概略について説明する。また、以下の図においては、各層、各部材、各領域などを認識可能な大きさとするために、縮尺を異ならせている場合がある。
これらの図に示されるように、液晶パネル100は、画素電極118が形成された素子基板101と、コモン電極108が設けられた対向基板102とが、スペーサー(図示省略)を含むシール材90によって一定の間隙を保って、互いに電極形成面が対向するように貼り合わせられて、この間隙に例えばVA(Virtical Alignment)型の液晶105が封入された構造になっている。
なお、シール材90は、後述するように平面視したときに対向基板102の内縁に沿って額縁状に形成されるが、液晶105を封入するために、その一部が開口している。このため、液晶105の封入後に、その開口部分が封止材92によって封止される。また、素子基板101の対向面および対向基板102の対向面には、電圧無印加状態において液晶分子を基板面の法線方向に沿って配向させる配向膜がそれぞれ設けられるが、図1(B)では省略されている。
図8において、aについては、表示に寄与する画素電極118がマトリクス状に配列する有効表示領域(有効画素部)であり、bについては、有効表示領域aよりも外側に位置し、かつ、シール材90が形成される領域の内側に位置する無効表示領域である。cについては、シール材90が形成される領域に重なるシール領域であり、dについては、シール領域cの外側に位置するシール外側領域であり、端子107が配列する部分が除かれる。なお、図8においてはシール材90の開口部分および封止材92を省略している。
上述したように、液晶パネル100は、素子基板101と対向基板102とが一定の間隙を保って貼り合わせられるとともに、この間隙に、液晶105が挟持されている。素子基板101のうち、対向基板102との対向面には、複数m行の走査線112が図においてX方向に沿って設けられる一方、複数n列のデータ線114が、Y方向に沿って、かつ、各走査線112と互いに電気的に絶縁を保って設けられている。
素子基板101の有効表示領域aでは、m行の走査線112とn列のデータ線114との交差のそれぞれに対応して、スイッチング素子の一例としてnチャネル型のTFT116と、反射性を有する画素電極118との組が設けられている。TFT116のゲート電極は走査線112に接続され、ソース電極がデータ線114に接続され、ドレイン電極が画素電極118に接続されている。このため、本実施形態において有効表示領域aには、画素電極118がm行n列でマトリクス状に配列することになる。
本実施形態では、データ線114を区別するために、図2において左から順に1、2、3、…、(n−1)、n列目という呼び方をする場合がある。同様に、走査線112を区別するために、図2において上から順に1、2、3、…、(m−1)、m行目という呼び方をする場合がある。
2つの走査線駆動回路170は、1、2、3、…、m行目の走査線112を両側から駆動する。詳細には、走査線駆動回路170は、端子107を介して供給された各種制御信号によって走査信号Y1、Y2、Y3、…、Ymをそれぞれ生成し、1、2、3、…、m行目の走査線112の両側から供給する。また、走査線駆動回路170は、図8に示されるように、無効表示領域bのうち、データ線駆動回路160が形成される領域に隣接する2辺の領域にそれぞれ設けられる。
なお、図2では省略したが、実際には図3に示されるように、液晶素子120に対して並列に補助容量(蓄積容量)125が設けられる。この補助容量125は、一端が画素電極118に接続され、他端が容量線115に共通接続されている。本実施形態では、容量線115には、コモン電極108と同じ電圧LCcomが印加される。
走査線駆動回路170は、1行目からm行目までの走査線112を順番に選択するとともに、データ線駆動回路160が、選択された走査線112に位置する1行分の画素に対しデータ信号を、データ線114を介して供給することによって、すべての液晶素子120に階調に応じた電圧が印加・保持される。この動作が1フレーム(1垂直走査期間)毎に繰り返される。
液晶素子120では、画素電極118およびコモン電極108の間によって生じる電界の強さに応じて液晶105の分子配向状態が変化する。
このようにして、液晶パネル100では、液晶素子120毎に反射率が変化するので、液晶素子120が、表示すべき画像の最小単位である画素として機能することになる。液晶素子120は、平面視したときに画素電極118で規定されるので、画素電極118の配列する領域が上述した有効表示領域aになる。
図4〜図6は、画素の構成を示す平面図であり、図7は、図4〜図6のJ−j線で破断した部分断面図である。なお、図4〜図6では、素子基板101を対向面から平面視したときに構造を説明するために、層間絶縁膜など非導電性の図示を省略するとともに、図4は、素子構造のうちデータ線層までを、図5は、シールド電極層を、図6は、画素電極層を、それぞれ示している。
走査線112は、図4において横方向に延在するとともに矩形に形成された半導体層30の中央部でほぼ直行するように配設されている。この結果、図4および図7に示されるように、半導体層30のうち、走査線112と重なる部分がチャネル領域30aになる。
半導体層30のうち、チャネル領域30aに対し図7において左方向(図4では下方向)がソース領域30sであり、図7において右方向(図4では上方向)がドレイン領域30dである。このうち、ソース領域30sは、絶縁膜32および第1層間絶縁膜41をそれぞれ開孔するコンタクトホール51を介して中継電極61に接続されている。ドレイン領域30dも同様に、絶縁膜32および第1層間絶縁膜41をそれぞれ開孔するコンタクトホール52を介して中継電極62に接続されている。
図7において第1層間絶縁膜41または中継電極61、62を覆うように誘電体層34が成膜されている。なお、誘電体層34は、例えばシリコン酸化膜である。
データ線114については、図4において半導体層30の左隣に、走査線112と直交する縦方向に延在するとともに、半導体層30におけるソース領域30s(中継電極61)に向かって分岐するように形成されて、誘電体層34を開孔するコンタクトホール50を介して中継電極61に接続されている。したがって、データ線114は、中継電極61を介してソース領域30sに接続されることになる。
容量電極115bについては、中継電極62を覆うように略T字形状となっているが、ドレイン領域30dに繋がるコンタクトホール53を避けるために、一部、切り欠かれた形状になっている。
中継電極71は、第2層間絶縁膜42および誘電体層34をそれぞれ開孔するコンタクトホール53を介して中継電極62に接続されている。また、シールド電極72については、第2層間絶縁膜42を開孔するコンタクトホール54を介して容量電極115bに接続されている。
シールド電極72の平面形状については、平面視したときに図5に示されるように、データ線114および半導体層30を覆うように縦方向に延在し、かつ、走査線112の上方で右横方向に突出するように、形成されている。シールド電極72は、この右横の突出部分に設けられるコンタクトホール54を介して容量電極115bに接続される。
一方、中継電極71の平面形状については、同じく図5に示されるように、走査線112の上方で、シールド電極72の右横の突出部分に隣り合うような矩形に、画素毎に島状に形成されている。
画素電極118の平面形状については、図6に示されるように、ほぼ正方形であり、その配置については、図5において破線で示されるように、正方形の各辺が平面視したときに走査線112およびデータ線114の内に含まれるような位置関係にある。
そして、平坦化された表面に、無機材料からなる配向膜38が形成される。この配向膜38は、詳細には図示省略するが、例えばシリコン酸化物の斜法蒸着によって、複数の微小な柱状構造体を同一方向に傾斜した状態で気相成長させたものである。
さらに、平面視したときに対向基板102からの入射光は、隣り合う画素電極118の隙間部分において画素電極118で反射されずに侵入してしまうが、半導体層30はシールド電極72によって覆われているので、対向面側からの侵入光によってTFT116のオフリーク特性が損なわれない。
また、補助容量125は、中継電極62と誘電体層34と容量電極115bとの積層構造によって構成される。容量電極115bは、画素毎に個別の島状に形成されるが、コンタクトホール54を介してシールド電極72に接続されるので、各画素にわたって電圧LCcomが共通に印加される。このため、等価回路でみれば、図3に示した通りになる。
そこで次に、これらの三層の導電パターニングが、無効表示領域b、シール領域bおよびシール外側領域cで、どのように構成されているかについて説明する。
この図に示されるように、また上述したように、有効表示領域aでは、画素電極118がマトリクス状に配列している。ここで、画素電極118のX方向のサイズをWx、Y方向のサイズをWyとする。なお、本件では、画素電極118を正方形としているので、WxイコールWyである。
また、画素電極118の配列ピッチを対角中心でとって、X方向のピッチをPxとし、Y方向のピッチをPyとしたとき、ピッチPxはデータ線114の配列間隔に等しく、ピッチPyは走査線112の配列間隔に等しくなる。なお、画素電極118を正方形としているので、PxイコールPyである。
なお、実施形態では、画素電極118を正方形とするが、ライトバルブ以外の他の用途、例えばデジタルスチルカメラのEVF(Electronic View Finder)などに適用する場合、1ドットが例えばR(赤)、G(緑)、B(青)の3つの画素に分割されるとともに、1ドットが正方形となるように構成されるので、画素電極118は長方形になる。このため、画素電極118のサイズは、必ずしもWxイコールWyではなく、ピッチについても、必ずしもPxイコールPyではない。
もちろん、第1導電パターン131と画素電極118とは導通していない。
また、配線136の線幅W3は、画素電極118および電極135のサイズWxよりも狭い。このため、第2導電パターン132は、画素電極118同士または電極135同士の隙間(Px−Wx)よりも広い幅(Px−W3)で開口するスリット137を複数有することになる。換言すれば、平面視したときにシール領域cにおいて第2導電パターン132が単位面積当たりに占める面積の割合を示す面積密度は、無効表示領域bにおいて第1導電パターン131の面積密度よりも小さいので、その分だけ、第2導電パターン132の開口率は、第1導電パターン131の開口率よりも大きくなっている。
さらに、第2導電パターン132は、シール材の延設方向(図9(A)ではX方向)に延在して、複数の配線136同士を短絡させる配線138を含む。
なお、この配線138は、図9(A)の例では、1本であるが複数本であっても良い。
なお、第3導電パターン133は、シール領域cの境界で配線136にそれぞれ接続されている。一方、第3導電パターンには、例えば図2に示されるように端子107と、シール外側領域dに含まれる接続点107c(図9(A)では省略)とを介して電圧LCcomが印加されている。
したがって、第3導電パターン133を介し、第2導電パターン132および第1導電パターン131にも、電圧LCcomが印加されることになる。
そこで次に、特にシール領域cの近傍において、データ線層21およびシールド電極層22をパターニングした配線について説明する。なお、データ線層21およびシールド電極層22については、画素電極層23よりも下層に位置する(図7参照)。このため、データ線層21およびシールド電極層22をパターニングした配線を総称するときには、下層導電パターンと呼ぶことがある。
この図に示されるように、シール領域cでは、シールド電極層22をパターニングした複数の配線141が、平面視したときに第2導電パターン132を構成する配線136に重なるように設けられる。詳細には、複数の配線141は、ピッチPxの間隔でシール材の延設方向に対して直交方向に延在するように互いに平行に設けられるとともに、配線141の線幅をW2としたとき、線幅W2が配線136の線幅W3になるように、線中心を揃えて形成される。
シールド電極層22をパターニングした配線141は、図9(B)の無効表示領域bにおいて途中で終端しているが、これは例えば、さらに下層に設けられる配線層などにコンタクトホールを介して接続されるためである。実際には、配線141は、無効表示領域bにおける配線の用途、性質などに応じて様々な形状にパターニングされる。同様に、シール外側領域dにおいて、配線141はシール領域cと同形状となっているが、実際には、用途などに応じて様々な形状にパターニングされる。
また、複数の配線141は、電気的に互いに独立して用いられることが多いため、第2導電パターン132の配線138のような、配線同士を短絡させる配線は設けられていない。
このため、シール領域cにおける平面視したときに配線151の形状は、配線141と区別がつかないので、図9(B)では括弧書としている。
無効表示領域bおよびシール外側領域dにおいて、配線151は、その用途等に応じて様々な形状にパターニングされる点についても配線141と同様である。
図10に示されるように、素子基板101においてシール領域に形成された第2導電パターン132(配線136)は、下層導電パターンの配線141および配線151に対して上層で重なる位置に設けられている。このため、素子基板101と対向基板102との貼り合わせに際し、素子基板101の背面側から照射した光は、スリット137を介してシール材90に到達する。
また、第1導電パターン131、第2導電パターン132および第3導電パターン133を構成しない部分、すなわち、無効表示領域b、シール領域cおよびシール外側領域dにおいて画素電極層23が存在しない部分には、有効表示領域aと同様なCMP処理によって、シリコン酸化膜36が埋め込まれている。このため、素子基板101の対向面(表面)は、有効表示領域aのみならず、その周辺領域についても平坦化されている。
したがって、本実施形態によれば、素子基板101の平坦性を確保した上で、対向基板102の観察側から照射した光に加えて素子基板101の背面側から照射した光によってシール材を硬化させることが可能になる。
なお、本実施形態において、シール外側領域cにおいて第3導電パターン133を形成し、CMP処理を施している理由は次の通りである。すなわち、素子基板101は、実際には、ウェハー上に複数個形成された後にダイシングによって1つ1つ個別に切り出されるが、CMP処理はウェハーの段階で実行されるので、隣接する素子基板同士の境界にも第3導電パターン133を残した方が、残しておかない場合と比較して、より平坦性を確保することができるからである。
くわえて、第2導電パターン132は、複数の配線136をそれぞれシール材の延設方向に対して交差する直交方向に延在させるとともに、シール材の延設方向に並べて配列したものであるが、これらの配線136同士は、配線138によって短絡されている。このため、シール領域cにおいて、配線136には、配線抵抗によって異なる電圧が印加されないようになっている。
さらに、第1導電パターン131にも、第3導電パターン133および第2導電パターン132を介して電圧LCcomが印加されるので、無効表示領域bにおいて液晶105にも直流成分が印加されることはない。
下層導電パターンには、データ線層21およびシールド電極層22をパターニングしたものを用いたが、走査線112を構成するポリシリコン膜や、中継電極61、62を構成するポリシリコン膜を用いても良い。
次に、上述した実施形態に係る反射型の液晶パネル100を適用した電子機器について説明する。図11は、液晶パネル100をライトバルブとして用いてプロジェクター1100の構成を示す平面図である。
この図に示されるように、プロジェクター1100は、実施形態に係る反射型の液晶パネル100を、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応させた3板式である。プロジェクター1100の内部には、偏光照明装置1110がシステム光軸PLに沿って配置している。この偏光照明装置1110において、ランプ1112からの出射光は、リフレクター1114による反射で略平行な光束となって、第1のインテグレータレンズ1120に入射する。この第1のインテグレータレンズ1120により、ランプ1112からの出射光は、複数の中間光束に分割される。この分割された中間光束は、第2のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子1130によって、偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束(s偏光光束)に変換されて、偏光照明装置1110から出射されることになる。
ここで、液晶パネル100R、100Gおよび100Bは、上述した実施形態における液晶パネル100と同様であり、供給されるR、G、Bの各色に対応するデータ信号でそれぞれ駆動されるものである。すなわち、このプロジェクター1100では、液晶パネル100が、R、G、Bの各色に対応して3組設けられて、R、G、Bの各色に対応する映像信号に応じてそれぞれ駆動される構成となっている。
なお、電子機器としては、図11を参照して説明したプロジェクターの他、上述したEVFや、リヤ・プロジェクション型のテレビジョン、ヘッドマウントディスプレイなどが挙げられる。
Claims (9)
- 光透過性を有し互いに対向配置された対向基板及び素子基板と、
前記対向基板と前記素子基板との間に挟持された電気光学素子と、
前記対向基板および前記素子基板を互いに貼り合わせるシール材と、
前記素子基板上の画像表示を行う有効画素部に配列されるとともに、反射性を有する複数の画素電極と、
前記複数の画素電極と同一層からなり、平面視したときに前記有効画素部と前記シール材との間に設けられた第1導電パターンと、
前記複数の画素電極と同一層からなり、平面視したときに前記シール材と重なる第2導電パターンと、
を具備し、
前記第2導電パターンは、平面視したときの単位面積当たりの面積密度が、前記第1導電パターンの面積密度よりも小さい
ことを特徴とする電気光学装置。 - 前記第2導電パターンは、
平面視したときに前記シール材の延設方向に対して交差する方向に延設する複数の配線を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記第2導電パターンに接続され、前記シール材の外側に形成された第3導電パターンを具備する
ことを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記対向基板のうち前記素子基板との対向面に形成され、所定のコモン電圧が印加されるコモン電極を有し、
前記第2導電パターンには、前記第3導電パターンを介し前記コモン電圧が印加される
ことを特徴とする請求項3に記載の電気光学装置。 - 前記第2導電パターンは、前記複数の配線同士を電気的に接続する接続部を含む
ことを特徴とする請求項4に記載の電気光学装置。 - 前記画素電極は、複数の走査線と複数のデータ線とを平面視したときの交差に対応して設けられ、
前記画素電極が配列するピッチは、前記複数の走査線または前記複数のデータ線の配列間隔に等しく、
前記複数の配線が配列するピッチは、前記画素電極が配列するピッチと等しい
ことを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記複数の配線の各幅は、
平面視したときの前記画素電極の一辺よりも狭い
ことを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。 - 前記画素電極、前記第1導電パターンおよび前記第2導電パターンに対し、前記対向基板とは反対側に位置する下層導電パターンを有し、
平面視したときに
前記第2導電パターンは、前記下層導電パターンに対して重なる
ことを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の電気光学装置を有する
ことを特徴とする電子機器。
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