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発明の名称 電気光学装置及び電子機器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−25148(P2007−25148A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−205808(P2005−205808)
出願日 平成17年7月14日(2005.7.14)
代理人 【識別番号】100095728
【弁理士】
【氏名又は名称】上柳 雅誉
発明者 中山 和也
要約 課題
液晶装置等の電気光学装置において、ラビングムラ及び横電界を低減する。

解決手段
電気光学装置は、一対の第1及び第2基板間に電気光学物質が挟持されてなり、第1基板上における画素アレイ領域に、第1方向に延びる第1間隙領域及びこれに交差する第2方向に延びる第2間隙領域を隔てて相互に配置されることで、マトリクス状に配列された複数の画素電極を備え、第2基板上に対向電極を備える。複数の第1凸部は、第1基板上に、第2基板に向かって凸に夫々形成されると共に、第1間隙領域に夫々配置され、第1方向に相互に分離して島状に形成される。複数の第2凸部は、第2基板上に、第1基板に向かって凸に夫々形成されると共に、第2間隙領域と第1間隙領域との交差領域に夫々配置され、該交差領域毎に相互に分離してドット状に形成される。
特許請求の範囲
【請求項1】
一対の第1及び第2基板間に電気光学物質が挟持されてなり、
前記第1基板上における画素アレイ領域に、第1方向に延びる第1間隙領域と、前記第1方向に交差する第2方向に延びる第2間隙領域と、を隔てて相互に配置されることで、マトリクス状に配列された複数の画素電極と、
前記第2基板上に、前記画素電極と対向配置された対向電極と、
前記第1基板上における前記第2基板と対向する側に、該第2基板に向かって凸に夫々形成されると共に、前記第1基板上で前記第1間隙領域に夫々配置され、前記第1方向に相互に分離して形成された複数の島状の第1凸部と、
前記第2基板上における前記第1基板と対向する側に、前記第1基板に向かって凸に夫々形成されると共に、前記第2基板上で、前記第2間隙領域と前記第1間隙領域とが交差する交差領域に対向して夫々配置され、該交差領域毎に相互に分離して形成された複数の第2凸部と
を備えたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項2】
前記複数の第2凸部は夫々、前記交差領域内にドット状の凸部として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
【請求項3】
前記複数の画素電極には、前記第1方向に沿って配列された複数の前記画素電極毎に基準電位に対して極性が反転された画像信号が供給される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4】
前記複数の第1凸部は夫々、前記交差領域を含む前記第1間隙領域に、前記第1方向に沿って延びる島状の凸部として形成されていること
を特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項5】
前記複数の第1凸部は夫々、前記交差領域に形成されていないと共に、前記交差領域を除く前記第1間隙領域内に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項6】
前記複数の第1凸部は、前記第1方向に沿って配列された複数のドット状の凸部として形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項7】
前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部の高さは夫々、前記第1及び第2基板間のギャップより小さいことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項8】
前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部は夫々、前記交差領域において相対向する位置に形成されており、
前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部のうち相対向する対をなす第1凸部及び第2凸部の合計の高さは夫々、前記第1及び第2基板間のギャップより小さいことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項9】
前記第1及び第2基板間のギャップが、前記第1凸部及び前記第2凸部のうち少なくとも一方によって規定されるように、前記第1凸部及び前記第2凸部のうち少なくとも一方が、柱状スペーサとして機能することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項10】
前記第1基板の前記第2基板に対向する側の最上層として形成されており、前記第1方向に沿う方向にラビング処理が施されている配向膜を備えたことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電気光学装置。
【請求項11】
請求項1から10のいずれか一項に記載の電気光学装置を具備してなることを特徴とする電子機器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば液晶装置等の電気光学装置、及びそのような電気光学装置を具備してなる例えば液晶プロジェクタ等の電子機器の技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の電気光学装置の一例である液晶装置では、液晶を保持する一対の基板の夫々に設けられた画素電極及び対向電極間に所定の電圧を印加することによってこれら電極間に介在する液晶分子の配向性を制御し、画像が表示される。したがって、相対向する基板の間隔が画面内で均一でない場合には対向する電極間にかかる電界強度が画面内で相違し、画質上大きな問題となる。
【0003】
加えて、液晶分子の配向を制御するポリイミド(PI)等の配向膜に膜厚ムラやラビングムラが発生した場合には、液晶の配向異常を引き起し、液晶表示装置で得られる画像品位が極端に劣化するという問題点がある。
【0004】
これらの問題点を解決するために特許文献1は、2画素に一つの割合で市松模様に配置された柱状のスペーサを設けることによって、相対向する基板間の間隔を画面内で一定に保ちつつ、且つ配向膜にラビングムラが生じないように配向膜の凹凸を低減する技術を開示している。
【0005】
また、この種の電気光学装置では一般に、直流電圧印加による液晶等の電気光学物質の劣化防止、表示画像におけるクロストークやフリッカの防止などのために、各画素電極に印加される電圧極性を所定規則で反転させる反転駆動方式が採用されている。このような反転駆動方式として、例えば一のフレーム又はフィールドの画像信号に対応する表示を行う間は、奇数行に配列された画素電極を所定の基準電位に対して正極性の電位で駆動すると共に偶数行に配列された画素電極を基準電位に対して負極性の電位で駆動し、これに続く次のフレーム又はフィールドの画像信号に対応する表示を行う間は、逆に偶数行に配列された画素電極を正極性の電位で駆動すると共に奇数行に配列された画素電極を負極性の電位で駆動する(即ち、同一行の画素電極を同一極性の電位により駆動しつつ、係る電位極性を行毎にフレーム又はフィールド周期で反転させる)1H反転駆動方式が、制御が比較的容易であり高品位の画像表示を可能ならしめる反転駆動方式として用いられている。
【0006】
【特許文献1】特開2003−140157号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この種の電気光学装置を1H反転駆動方式等の駆動方式で駆動した場合、TFTアレイ基板上で相隣接する画素電極のうち、印加電圧の極性が逆であるもの同士の間では、基板面に平行方向の電界(所謂、横電界)が生じるという問題がある。ここで横電界は、画素電極と、これに対向する対向電極との間に形成する縦電界によって動作制御されることが想定されている電気光学物質に対し、電気光学物質の動作不良を引き起こす。その結果、電気光学物質が横電界の影響を受ける領域では、光抜け等の変調不良が生じてコントラスト比が低下する。
【0008】
しかしながら、特許文献1に開示された技術は、基板間の間隔を一定に維持しつつ、ラビングムラを低減する観点に注目して提案された技術であり、横電界を低減する技術については記載されていない。加えて、柱状のスペーサが素子基板及び対向基板の夫々に接しているため、画素の境界付近では横電界を有効に低減できる程度に配向膜の形状及びラビング状態の詳細な設計がなされているとは言い難い。より具体的には、ラビングムラを低減するために、配向膜のうち画素電極の境界付近に延びる部分とその周辺に延びる部分が平坦に連続して延在している場合には、配向膜の下側に形成された画素電極間に生じる電界のうち基板面に沿った成分、即ち横電界が画素電極の境界付近に存在する液晶分子に作用し、この液晶分子に対する配向制御が困難なものとなる。
【0009】
本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、表示性能を低下させない程度に配向膜のラビングムラを低減可能であり、或いはこれに加えて又は代えて、横電界による液晶分子の配向の乱れを有効に低減可能であり、よって、液晶分子の配向の乱れに起因する光抜け等の画像表示上の不具合を低減できる電気光学装置及びこのような電気光学装置を具備してなる電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の電気光学装置は上記課題を解決するために、一対の第1及び第2基板間に電気光学物質が挟持されてなり、前記第1基板上における画素アレイ領域に、第1方向に延びる第1間隙領域と、前記第1方向に交差する第2方向に延びる第2間隙領域と、を隔てて相互に配置されることで、マトリクス状に配列された複数の画素電極と、前記第2基板上に、前記画素電極と対向配置された対向電極と、前記第1基板上における前記第2基板と対向する側に、該第2基板に向かって凸に夫々形成されると共に、前記第1基板上で前記第1間隙領域に夫々配置され、前記第1方向に相互に分離して形成された複数の島状の第1凸部と、前記第2基板上における前記第1基板と対向する側に、前記第1基板に向かって凸に夫々形成されると共に、前記第2基板上で、前記第2間隙領域と前記第1間隙領域とが交差する交差領域に対向して夫々配置され、該交差領域毎に相互に分離して形成された複数の第2凸部とを備える。
【0011】
本発明の電気光学装置によれば、一対の第1及び第2基板間に、電気光学物質として、例えば液晶が挟持される。この電気光学物質は、例えば第1及び第2基板における相互に対向する表面に形成された配向膜により、電気光学装置を駆動させない状態で、所定の配向状態をとる。
【0012】
例えば素子基板である第1基板上における画素アレイ領域には、複数の画素電極が、相互に間隙を隔ててマトリクス状に配列されている。画素アレイ領域には、例えば縦横に複数のデータ線及び複数の走査線が形成されており、これらデータ線及び走査線の交差に対応して画素領域が設けられている。即ち、例えばこのような各画素領域に対応する形で、マトリクス状に画素電極が配列され、各画素電極は、これに電気的に接続された画素スイッチング素子を介してデータ線及び走査線に電気的に接続される。
【0013】
他方、例えば対向基板である第2基板上には、例えば対向電極が、画素電極と対向配置されている。対向電極は、典型的には、ベタ状に(即ち、基板表面にベタ一面に)形成されるが、これに限らず、ストライプ状、画素電極と同じく島状、セグメント状等であってもよい。
【0014】
このように構成された電気光学装置の駆動時、第1基板上では、例えば各走査線は走査信号が供給されることにより、選択される。そして例えば、選択された走査線より走査信号が供給されることにより画素スイッチング素子がオン状態となると、データ線及び画素スイッチング素子を介して画素電極には画像信号が供給される。他方、対向基板上では、例えば対向電極は所定電位に維持される。これらの結果、画素毎に、電気光学物質には、画素電極及び対向電極の各々の電位によって規定される印加電圧が印加される。これにより、電気光学装置では、電気光学物質の配向状態を変化させて、例えば光源から入射される光を変調することにより、画像表示が行われる。
【0015】
本発明の如き電気光学装置では一般に、1H反転駆動方式が採用される場合、複数の画素電極には、走査線に対応して配列された画素電極毎に、基準電位に対して極性が反転された画像信号が1水平期間毎に供給される。これにより、任意の1垂直期間(又は1フレーム期間或いは1フィールド期間)において、複数の走査線のうち互いに相隣接する走査線に対応して設けられた画素電極について、走査線を介して互いに隣接する画素電極は夫々異なる極性の電位に維持される。よって、例えば第1方向に沿って延びる走査線を介して互いに隣接する画素電極間に電位差が生じることにより、第1間隙領域で、横電界と呼ばれる基板面に平行な成分を有する電界が発生する。
【0016】
更に電気光学装置では、1垂直期間毎に、複数の画素電極に、夫々、基準電位に対して極性が反転された画像信号を供給する1V反転駆動方式が採用されることもある。この場合においても、任意の1垂直期間において、1水平期間毎に、互いに隣接する走査線に対応して設けられた画素電極について、走査線を介して互いに隣接する画素電極が夫々異なる極性の電位に維持されることにより、例えば第1間隙領域で、横電界が発生する。
【0017】
加えて、このような横電界は、上述の如き各種の反転駆動方式を採用するか否かに係わらず、相互に異なる電圧の画像信号が印加される際の隣接画素電極間に、両者間の電圧の相異に応じて大なり小なり発生するものである。即ち、第1間隙領域で発生する横電界の問題は、反転駆動を採用する場合に限られるものではない。
【0018】
このような横電界に対して、仮に何らの対策も施さねば、前述した従来技術の如き画質劣化の問題が生じてしまう。
【0019】
しかるに本発明の電気光学装置では特に、例えば素子基板である第1基板上には、複数の島状の第1凸部が形成されている。これらの第1凸部は、平面的に見て、画素電極の間隙のうち第1方向(例えば、走査線の延びる方向或いはX方向)に連なって延びる第1間隙領域に夫々配置されており、第1方向に相互に分離して形成されている。他方、例えば対向基板である第2基板上には、複数の第2凸部が、形成されている。これらの第2凸部は、平面的に見て、画素電極の間隙のうち第2方向(例えば、データ線の伸びる方向或いはY方向)に連なって延びる第2間隙領域と第1間隙領域とが交差する交差領域(例えば、各画素電極の角で、走査線とデータ線とが交わる領域)に夫々配置されており、交差領域毎に相互に分離して形成されている。
【0020】
尚、凸部の表面は、典型的には、配向膜により覆われており、その他にも保護膜、絶縁膜等により覆われていてもよい。更に、例えば各基板上における配向膜の下地側に位置する画素電極の縁部分により部分的に覆われていてもよいし、基板表面の一面にベタ状に形成された対向電極により全面的に覆われていてもよい。
【0021】
このように複数の第1凸部は夫々、第1基板上における第1間隙領域に、互いに接触しないようなサイズで、典型的には第1方向に延びる島状或いはドット状に形成され、互いに接触しないように配置される。他方、複数の第2凸部は夫々、第2基板上における交差領域に、互いに接触しないようなサイズで、典型的にはドット状に形成され、互いに接触しないように形成される。
【0022】
従って、平面的に見て、交差領域を含む第1間隙領域では、第1凸部又は第2凸部が存在することにより、横電界の強度を低減することが可能となる。即ち、これらの凸部の誘電率を電気光学物質より高めることで、横電界が通過する電気光学物質が占める空間が、凸部に置き換えられることで、横電界は低減し得る。更に、凸部の存在によって、横電界が発生する領域における画素電極及び対向電極間の距離を短くすることもできるので、これにより縦電界を強めることで、相対的に横電界を弱めることも可能となる。
【0023】
加えて、例えば、第1又は2凸部上に配向膜を形成した場合に、その基板表面における凸部の占める面積の割合を、例えば第1方向に沿ってライン状に延びる凸部を形成する場合と比較して、低減することになるので、凸部が形成された領域の広さに応じて発生するラビングスジを低減することも可能となる。この際特に、第1基板上におけるラビング方向を第1方向に合わせ、第2基板上におけるラビング方向を第2方向又は第1方向に合わせれば、第1凸部により発生するラビングスジを第1間隙領域内に止めると共に、第2凸部により発生するラビングスジを第2間隙領域内又は第1間隙領域内に止めることも可能となる。例えば、電気光学物質の動作モードを、TN(Twisted Nematic)モードやSTN(Super Twisted Nematic)モードとする場合には、第1基板上に形成された配向膜に対するラビング方向に対して、第2基板上に形成された配向膜に対するラビング方向は直角方向とされる。
【0024】
以上の結果、例えば液晶の配向不良など、横電界による電気光学物質の動作不良が発生するのを防止することが可能となり、配向膜におけるラビングスジを低減することも可能となる。よって、電気光学物質に係る光抜け等の発生を防止し、表示画像におけるコントラスト比の低下、及び輝度の低下を防止することができる。
【0025】
尚、上述の如き複数の島状の第1凸部を、第1基板上ではなく、第2基板上における第1基板と対向する側の、第1間隙領域に対向する領域に設けると共に、上述の如き複数の第2凸部を、第2基板上ではなく、第1基板上における第2基板と対向する側の、交差領域に対向する領域に設けることも可能である。このように構成しても、横電界による電気光学物質の動作不良が発生するのを相応に防止することが可能となり、配向膜におけるラビングスジを相応に低減することも可能となる。
【0026】
本発明の電気光学装置の一態様では、前記複数の第2凸部は夫々、前記交差領域内に夫々ドット状の凸部として形成されている。
【0027】
この態様によれば、第2凸部が形成された第2基板上において、例えば第2凸部より上層側に形成される配向膜の表面に、第2凸部の存在に起因して生じる凹凸、即ち凸部が形成された領域の広さを低減させることができる。よって、例えば第2基板上に形成される配向膜に対するラビング処理において、ラビングローラの周面を形成するクロスに、局所的に強い圧力が付与されることにより、クロスが著しく乱れるのを防止することが可能となる。
【0028】
尚、このような複数の第2凸部は、例えば、インクジェット法により、有機材料により形成することで、精度良く且つ容易に形成可能である。
【0029】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記複数の画素電極には、前記第1方向に沿って配列された画素電極毎に基準電位に対して極性が反転された画像信号が供給される。
【0030】
この態様によれば、電気光学装置は、例えば1H反転駆動方式により駆動される。これにより、素子基板上の画像表示領域に、マトリクス状に配列された画素電極のうち、各行の画素電極は、基準電位に対して正極性若しくは負極性の電位により駆動され、係る電位極性は行毎に1垂直期間毎で反転される。従って、相隣接する画素電極のうち、印加電圧の極性が逆であるもの同士の間では、1垂直期間中、横電界が比較的顕著に生じることとなり、電気光学装置を1V反転駆動方式により駆動する場合と比較して、仮に何らの対策も施さねば、より顕著に横電界によって発生する表示不良が、表示画面において顕著に視認される恐れがある。
【0031】
しかるに本態様によれば、このように例えば1H反転駆動方式を採用する場合も、互いに異なる極性の印加電圧により駆動される画素電極間に生じる横電界を低減することにより、一対の基板間において、電気光学物質の動作不良が発生するのを防止することができる。その結果、電気光学装置において高品質な画像表示を行うことが可能となる。
【0032】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記複数の第1凸部は夫々、前記交差領域を含む前記第1間隙領域に、前記第1方向に沿って延びる島状の凸部として形成されている。
【0033】
この態様によれば、平面的に見て第1間隙領域では、第1方向に沿って延びる島状の第1凸部の存在によって、横電界を確実に低減できる。しかも、第1基板上に配向膜を形成する際、島状の第1凸部の長手方向とラビング方向とを一致させてラビング処理を行うことにより、配向膜においてラビングスジが発生することや、多少なりとも発生したラビングスジによる悪影響が画素内に及ぶことを、効果的に防止することが可能となる。
【0034】
或いは本発明の電気光学装置の他の態様では、前記複数の第1凸部は夫々、前記交差領域に形成されていないと共に、前記交差領域を除く前記第1間隙領域内に形成されている。
【0035】
この態様によれば、平面的に見て第1間隙領域のうち交差領域を除く領域部分では、ドット状又は第1方向に延びる島状の第1凸部の存在によって横電界を低減できると共に、平面的に見て交差領域では、第2凸部の存在によって横電界を低減できる。この場合、第2凸部は、ドット状でもよいし、その他の形状でもよいが、交差領域に形成されている。しかも、第1基板上に配向膜を形成する際、第1方向とラビング方向とを一致させてラビング処理を行うことにより、配向膜においてラビングスジが発生することや、多少なりとも発生したラビングスジによる悪影響が画素内に及ぶことを、効果的に防止することが可能となる。
【0036】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記複数の第1凸部は、前記第1方向に沿って配列された複数のドット状の凸部として形成されている。
【0037】
この態様によれば、電気光学装置を製造する際、より簡易な製造プロセスにより、複数の第1凸部を形成することが可能となる。より具体的には、例えば、第1基板上において、第1間隙領域内に、インクジェット法により、有機材料により第1凸部を、単一ヘッドを用いた間欠的な塗布により、若しくはアレイヘッドを用いた一括塗布又は間欠的な塗布により形成する。これにより、第1間隙領域内に、精度良く且つ容易に、第1凸部を形成することができる。
【0038】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部の高さは夫々、前記第1及び第2基板間のギャップより小さい。
【0039】
この態様によれば、第1凸部及び第2凸部の存在により、基板間ギャップに影響を与えないようにすることも可能となり、例えば、電気光学物質中やシール材中に散布されるビーズ状やファイバ状の専用ギャップ材により、より精度良く基板間ギャップを制御することも可能となる。
【0040】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部は夫々、前記交差領域において相対向する位置に形成されており、前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部のうち相対向する対をなす第1凸部及び第2凸部の合計の高さは夫々、前記第1及び第2基板間のギャップより小さい。
【0041】
この態様によれば、第1凸部及び第2凸部が平面的に見て交差領域内で相互に重なる位置に形成される場合であっても、それらの存在により、基板間ギャップに影響を与えないようにすることも可能となり、例えば、電気光学物質中やシール材中に散布されるビーズ状やファイバ状の専用ギャップ材により、より精度良く基板間ギャップを制御することも可能となる。
【0042】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記第1及び第2基板間のギャップが、前記第1凸部及び前記第2凸部のうち少なくとも一方によって規定されるように、前記第1凸部及び前記第2凸部のうち少なくとも一方が、柱状スペーサとして機能する。
【0043】
この態様では、第1凸部及び第2凸部のうち少なくとも一方は、柱状、或いは貝柱状と呼ばれるスペーサとして機能する。即ち、第1及び第2基板間のギャップは、第1凸部及び第2凸部のうち少なくとも一方の基板に対して垂直方向の高さにより決定されることとなる。よって、電気光学装置の製造プロセスにおいて、第1凸部及び第2凸部の形成とは別にギャップ材を形成する工程を省略して、より容易に電気光学装置を製造することができる。尚、このような柱状スペーサと、電気光学物質中やシール材中に散布されるビーズ状やファイバ状のギャップ材とを併用することも可能である。
【0044】
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記第1基板の前記第2基板に対向する側の最上層として形成されており、前記第1方向に沿う方向にラビング処理が施されている配向膜を備える。
【0045】
この態様によれば、その動作時には、第1基板の最上層として形成された配向膜によって、電気光学物質の配向状態を規制できる。尚、第2基板の最上層としても、同様に配向膜が形成されてよい。ここで特に、第1基板側の配向膜には、第1方向に沿う方向にラビング処理が施されているので、第1凸部が形成されているにもかかわらず、これに起因したラビングスジを、低減可能となる。即ち、ラビング時に、ラビングローラの周面を形成するクロスの一部分が著しく乱れるのを防止して、ラビング処理を良好に行うことが可能となる。しかも、第1凸部に起因して多少なりとも発生したラビングスジを、第1間隙領域内に止める、即ち画素内に入り込まないようにすること可能となる。
【0046】
本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置(但し、その各種態様を含む)を具備する。
【0047】
本発明の電子機器は、上述した本発明の電気光学装置を具備してなるので、高品質の画像表示を行うことが可能な、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明の電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置、電子放出装置(Field Emission Display及びConduction Electron-Emitter Display)、これら電気泳動装置、電子放出装置を用いた装置としてDLP(Digital Light Processing)等を実現することも可能である。
【0048】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0049】
以下、図面を参照しながら本実施形態の電気光学装置及びその製造方法、並びにこのような電気光学装置を具備してなる、本実施形態の電子機器を説明する。本実施形態では、本発明に係る電気光学装置を液晶装置に適用した例を説明する。
【0050】
先ず、本実施形態に係る液晶装置1の主な構成について、図1から図4を参照して説明する。
【0051】
図1は、液晶装置1のうち、表示パネルの等価回路を表している。図2及び図3は、本発明に係る「素子基板」の一例であるTFTアレイ基板上の画素領域に係る部分構成を表す平面図である。尚、図2及び図3の夫々は、後述する積層構造のうち下層部分(図2)と上層部分(図3)に相当する。図4は、図2及び図3を重ね合わせた場合のA−A´断面図である。尚、図4においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材の縮尺比率を適宜に変えてある。
【0052】
(表示パネルの原理的構成)
図1において、表示パネルでは、複数の走査線11a及び複数のデータ線6aが相交差するように配列されており、その線間に、走査線11a、及びデータ線6aの夫々によって規定された画素領域P0が設けられている。各画素領域P0には、画素スイッチング素子の一例であるTFT30、画素電極9a及び蓄積容量70が設けられている。尚、画素スイッチング素子はTFTのほか、各種トランジスタ或いはTFD等により構成されてもよい。
【0053】
画素領域P0において、TFT30は、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、・・・、Snを選択画素に印加するために設けられ、ゲートが走査線11aに電気的に接続され、ソースがデータ線6aに電気的に接続され、ドレインが画素電極9aに電気的に接続されている。画素電極9aは、後述の対向電極21との間で液晶容量を形成する。これにより、液晶装置1では、画像信号S1、S2、・・・、Snを、データ線6aを介して画素領域P0に印加し、画素領域P0において一定期間保持するようになっている。蓄積容量70の一方の電極は、画素電極9aと並列してTFT30のドレインに電機的に接続され、他方の電極は、定電位となるように、電位固定の容量配線400に電気的に接続されている。
【0054】
液晶装置1は、例えばTFTアクティブマトリクス駆動方式を採り、図示しない駆動回路から各走査線11aに走査信号G1、G2、・・・、Gmを線順次に印加すると共に、それによってTFT30がオン状態となって選択された画素領域P0に、図示しない駆動回路からデータ線6aに画像信号S1、S2、・・・、Snを印加するようになっている。この際、画像信号S1、S2、・・・、Snを各データ線6aに線順次に供給してゆくようにしてもよいし、複数のデータ線6a(例えばグループ毎)に同じタイミングで供給するものとしてもよい。これにより、画像信号S1、S2、・・・、Snが選択された画素領域P0の画素電極9aに供給される。表示パネルは、TFTアレイ基板10と対向基板20とが液晶層50を介して対向配置されているので(図4参照)、以上のようにして区画配列された画素領域P0毎に液晶層50に電界を印加することにより、両基板間の透過光量が画素領域P0毎に制御され、画像が階調表示される。また、このとき各画素領域P0に保持された画像信号S1、S2、・・・、Snは、蓄積容量70によりリークが防止される。例えば、画素電極118の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量70により保持されるので、保持特性が改善される結果、高コントラスト比が実現されることとなる。
【0055】
(表示パネルの具体的構成)
次に、上述の動作が実現される液晶装置1の具体的な構成について、図2から図4を参照して説明する。
【0056】
図2から図4において、上述の回路要素及び画素電極9aは、TFTアレイ基板10上に形成されている。TFTアレイ基板10は、例えば、ガラス基板、石英基板、SOI基板、半導体基板等からなり、対向基板20と対向配置されている。尚、対向基板20も、TFTアレイ基板10と同様の透明材料により形成されるのが好ましい。
【0057】
回路要素は画素電極9aを駆動するために設けられ、ここでは、TFTアレイ基板10の直上から画素電極9aの直下までの範囲内に積層された、走査線11aから第4層間絶縁膜44までを指している(図4参照)。また、画素電極9a(図3中、破線9a´で輪郭が示されている)は縦横に区画配列された画素領域P0の各々に配置され、その境界にデータ線6a及び走査線11aが格子状に配列するように形成されている(図2及び図3参照)。
【0058】
各回路要素を構成するパターニングされた導電膜は、下から順に走査線11aを含む第1層、ゲート電極3aを含む第2層、蓄積容量70の固定電位側容量電極を含む第3層、データ線6a等を含む第4層、容量配線400等を含む第5層からなる。また、第1層−第2層間には下地絶縁膜12、第2層−第3層間には第1層間絶縁膜41、第3層−第4層間には第2層間絶縁膜42、第4層−第5層間には第3層間絶縁膜43、第5層と画素電極9aの間には第4層間絶縁膜44が夫々設けられ、前述の各要素間が短絡することを防止している。尚、このうち、第1層から第3層が下層部分として図2に示され、第4層、第5層及び画素電極9aが上層部分として図3に示されている。
【0059】
<第1層の構成−走査線等−>
第1層は、走査線11aで構成される。走査線11aは、図2のX方向に沿って延びる本線部と、データ線6a或いは容量配線400が延在する図2のY方向に延びる突出部とからなる形状にパターニングされている。このような走査線11aは、例えば導電性ポリシリコンからなり、その他にもTi、Cr、W、Ta、Mo等の高融点金属のうちの少なくとも一つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド又はこれらの積層体等により形成することができる。
【0060】
<第2層の構成−TFT等−>
第2層は、TFT30及び中継電極719で構成されている。TFT30は、例えばLDD(Lightly Doped Drain)構造とされ、ゲート電極3a、半導体層1a、ゲート電極3aと半導体層1aを絶縁するゲート絶縁膜を含んだ絶縁膜2を備えている。ゲート電極3aは、例えば導電性ポリシリコンで形成される。半導体層1aは、例えばポリシリコンからなり、チャネル領域1a´、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c、並びに高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eからなる。尚、TFT30は、LDD構造を有することが好ましいが、低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1cに不純物打ち込みを行わないオフセット構造であってもよいし、ゲート電極3aをマスクとして不純物を高濃度に打ち込んで高濃度ソース領域及び高濃度ドレイン領域を形成する自己整合型であってもよい。また、中継電極719は、例えばゲート電極3aと同一膜として形成される。
【0061】
TFT30のゲート電極3aは、下地絶縁膜12に形成されたコンタクトホール12cvを介して走査線11aに電気的に接続されている。下地絶縁膜12は、例えばシリコン酸化膜等からなり、第1層と第2層の層間絶縁機能の他、TFTアレイ基板10の全面に形成されることで、基板表面の研磨による荒れや汚れ等が惹き起こすTFT30の素子特性の変化を防止する機能を有している。
【0062】
<第3層の構成−蓄積容量等−>
第3層は、蓄積容量70で構成されている。蓄積容量70は、容量電極300と下部電極71とが誘電体層を介して対向配置された構成となっている。このうち、容量電極300は、容量配線400に電気的に接続されている。下部電極71は、TFT30の高濃度ドレイン領域1e及び画素電極9aの夫々に電気的に接続されている。
【0063】
下部電極71と高濃度ドレイン領域1eとは、第1層間絶縁膜41に開孔されたコンタクトホール83を介して電気的に接続されている。また、下部電極71と画素電極9aとは、コンタクトホール881、882、804、及び中継電極719、第2中継電極6a2、第3中継電極402により各層を中継し、コンタクトホール89において電気的に接続されている。
【0064】
このような容量電極300、下部電極71には、例えば導電性のポリシリコンが用いられ、誘電体層には酸化シリコンが用いられる。また、第1層間絶縁膜41は、例えば、NSG(ノンシリケートガラス)によって形成されている。その他、第1層間絶縁膜41には、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等のシリケートガラス、窒化シリコンや酸化シリコン等を用いることができる。
【0065】
尚、この場合の蓄積容量70は、図2の平面図からわかるように、画素電極9aの形成領域にほぼ対応する画素領域P0に至らないように(遮光領域内に収まるように)形成されているので、画素開口率が比較的大きく維持されている。
【0066】
<第4層の構成−データ線等−>
第4層は、データ線6aで構成されている。データ線6aは、下から順にアルミニウム、窒化チタン、窒化シリコンの三層膜として形成されている。窒化シリコン層は、その下層のアルミニウム層と窒化チタン層を覆うように少し大きなサイズにパターニングされている。また、第4層には、データ線6aと同一膜により、容量配線用中継層6a1及び第2中継電極6a2が形成されている。これらのデータ線6a、配線用中継層6a1、及び第2中継電極6a2は、図3に示したように、夫々が互いに電気的に分断されるようなパターンとして形成されている。
【0067】
このうち、データ線6aは、第1層間絶縁膜41及び第2層間絶縁膜42を貫通するコンタクトホール81を介して、TFT30の高濃度ソース領域1dと電気的に接続されている。
【0068】
また、容量配線用中継層6a1は、第2層間絶縁膜42に開孔されたコンタクトホール801を介して容量電極300と電気的に接続され、容量電極300と容量配線400との間を中継している。容量配線用中継層6a2は、前述したように、第1層間絶縁膜41及び第2層間絶縁膜42を貫通するコンタクトホール882を介して中継電極719に電気的に接続されている。このような層間絶縁膜42は、例えばNSG、PSG、BSG、BPSG等のシリケートガラス、窒化シリコンや酸化シリコン等によって形成することができる。
【0069】
<第5層の構成−容量配線等−>
第5層は、容量配線400及び第3中継電極402により構成されている。容量配線400は、表示パネルの画像表示領域の周囲にまで延設され、定電位源と電気的に接続されることで、固定電位とされている。この容量配線400は、図3に示すように、X方向、Y方向に延在する格子状に形成され、X方向に延在する部分には、第3中継電極402の形成領域を確保するために切り欠きが設けられている。また、容量配線400は、その下層のデータ線6a、走査線11a、TFT30等を覆うように、これら回路要素の構造よりも幅広に形成されている。これにより、各回路要素は遮光され、入射光を反射させて投射画像における画素の輪郭がぼやける等の悪影響が防止されている。
【0070】
更に、容量配線400のX方向延在部分とY方向延在部分とが丁度交差する角部は、略三角形の庇部がわずかに突き出すような形状となっている。この庇部により、TFT30の半導体層1aに対する光の遮蔽を効果的に行うことができる。即ち、半導体層1aに対して斜め上方から進入する光を、庇部が反射又は吸収することにより、TFT30における光リーク電流の発生を抑制し、フリッカ等のない高品質な画像を表示することが可能となる。
【0071】
このような容量配線400は、第3層間絶縁膜43に開孔されたコンタクトホール803を介して、容量配線用中継層6a1と電気的に接続されている。
【0072】
また、第4層には、容量配線400と同一膜により、第3中継電極402が形成されている。第3中継電極402は、前述のように、コンタクトホール804及びコンタクトホール89を介して、第2中継電極6a2−画素電極9a間を中継している。尚、これら容量配線400及び第3中継電極402は、例えばアルミニウム、窒化チタンを積層した二層構造となっている。
【0073】
第4層の上には、全面に第4層間絶縁膜44が形成されている。第4層間絶縁膜44には、画素電極9aー第3中継電極402間を電気的に接続するためのコンタクトホール89が開孔されている。
【0074】
<画素電極>
第4層間絶縁膜44の表面は、例えばCMP処理によって平坦化され、その上に画素電極9aが画素領域P0毎に配置されている(図3)。本実施形態では、同じく第4層間絶縁膜44の上に、第1凸部90aが設けられている。第1凸部90aの詳細な機能、構成については、後述する。尚、画素電極9aは、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料からなり、第1凸部90aは、例えば窒化シリコンや酸化シリコン等の絶縁材料により形成できる。また、画素電極9a及び第1凸部90aは、これらより上層側に形成された配向膜16によって覆われている。
【0075】
<対向基板上の構成>
他方、対向基板20には、その対向面上の画像表示領域の概ね全体的に対向電極21が設けられており、更にその上(図4では対向電極21の下側)に配向膜22が設けられている。対向電極21は、画素電極9aと同様、例えばITO膜等の透明導電性膜からなる。尚、対向基板20と対向電極21の間には、TFT30における光リーク電流の発生等を防止するため、少なくともTFT30と正対する領域を覆うように遮光膜23が設けられている。
【0076】
また、対向基板20と遮光膜23との間には、対向基板20上に平面的に見て、走査線11a及びデータ線6aの交差に対応する交差領域に配置されて、第2凸部90bが設けられている。第2凸部90bの詳細な機能、構成については、第1凸部90aと共に後述するが、好ましくは、第2凸部90bは、第1凸部90aと同様の絶縁材料により形成される。
【0077】
以上のように構成されたTFTアレイ基板10と対向基板20の間には、液晶層50が設けられている。液晶層50は、一対の基板10及び20間において、これらの基板の周縁部をシール材により封止して形成した空間に液晶を封入して形成される。液晶層50は、画素電極9aと対向電極21との間に電界が印加されていない状態において、ラビング処理等の配向処理が施された配向膜16及び配向膜22によって、所定の配向状態をとるようになっている。
【0078】
<第1及び第2凸部の機能及び構成>
次に、液晶装置1の特徴部分について、図1から図4に加えて、図5から図9を参照して説明する。
【0079】
図5(a)は、TFTアレイ基板上10の任意の4つの画素電極9aに着目して、これらの画素電極9aと第1凸部90aとの配置関係を概略的に示す概略平面図であり、図5(b)は、対向基板20上において、任意の4つの画素電極9aに対する第2凸部90bの配置に係る構成を概略的に示す概略平面図である。また、図6は、図5に示すB−B´線における拡大断面図である。
【0080】
図1又は図2に示すように、TFTアレイ基板10上に配線された複数の走査線11aのうち、互いに相隣接する走査線11aに対応して設けられた画素電極9aについて、図5(a)に示すように、これらの画素電極9aのうち、走査線11aを介して相隣接する画素電極9a間を、TFTアレイ基板10上に平面的に見て、走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内に、第1凸部90aは形成される。尚、図5(b)において、点線によって囲まれる領域900が、図5(a)に示す、TFTアレイ基板10上に形成された4つの画素電極9aの、対向基板20上における各々の配置位置となる。
【0081】
本実施形態では、走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内において、第1凸部90aは、走査線11a及びデータ線6aの交差に対応する交差領域Fに配置され、長手方向が交差領域Fから走査線11aの延在方向に沿って延びる島状の凸部として、形成されている。尚、本実施形態では、走査線11aの延在方向(即ち、X方向)が、本発明の係る「第1方向」の一例に相当し、データ線6aの延在方向(即ち、Y方向)が、本発明の係る「第2方向」の一例に相当する。
【0082】
また、図5(b)に示すように、対向基板20上において、平面的に見て、走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内であって、交差領域F内に、第2凸部90bは、例えばドット状の凸部として、形成されている。
【0083】
ここで、図6においては、図4に示す断面部分の構成について、特に、第1凸部90a及び第2凸部90b付近の一部分を更に拡大して示してある。図6に示すように、第1凸部90aの、TFTアレイ基板10に対して垂直方向の高さd1aは、例えば、画素電極9aより高く、該第1凸部90aの存在に起因して配向膜16の表面に発生する凸部16aが、対向基板20側の配向膜22の表面に接触しないような値、例えば0.5μm程度として、形成されている。
【0084】
また、第2凸部90bは、例えば、対向基板20に対して垂直方向の高さd1bが、第1凸部90aと同様に、第2凸部90bの存在に起因して配向膜22の表面に発生する凸部22aが、TFTアレイ基板10側の配向膜16の表面に接触しないような値として、形成されている。
【0085】
よって、TFTアレイ基板10上において、各交差領域Fに配置されて、第1凸部90aは複数形成されると共に、対向基板20上において、各交差領域Fに配置されて、第2凸部90bが複数形成される。
【0086】
そして、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内において、画素電極9aを挟んで相隣接する第1凸部90aは、互いに接触しないように分離されて形成されている。このため、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内に配置された第1凸部90aは、夫々、隣接する第1凸部90aとの間隔を所定値として、走査線11aに沿う方向に配列されると共に、第1凸部90aのサイズr1aを所定値として形成される。
【0087】
また、対向基板20上において、複数の第2凸部90bも、夫々、第1凸部90aと同様に、隣接する第2凸部90bとの間隔を所定値として配列されると共に、第2凸部90bのサイズr1bを所定値として、互いに分離されて形成される。
【0088】
ここで、液晶装置1では、1H反転駆動方式や、1V反転駆動方式が採用される。このような駆動方式を採用して、液晶層50への印加電圧の極性を周期的に反転させると、液晶に直流電圧が印加されるのが防止され、液晶の劣化が抑制される。特に、1H反転駆動方式では、画素電極9aの行毎に印加電圧の極性を逆としているので、クロストークやフリッカが低減される。
【0089】
時間軸上で互いに連続する2つの垂直期間について、図7(a)及び図7(b)は、1H反転駆動方式を説明するための模式図であって、図8(a)から図8(d)は、1V反転駆動方式を説明するための模式図である。
【0090】
1H反転駆動方式では、TFTアレイ基板10上にマトリクス状に配列された複数の画素電極9aには、走査線11aに対応して配列された画素電極9a毎に、所定電位に対して高位側つまり正極性(+)、及び低位側つまり負極性(−)のいずれかに電位が極性が反転された画像信号が1水平期間毎に供給される。これにより、図7(a)に示すように、任意の1垂直期間において、複数の走査線11aのうち互いに相隣接する走査線11aに対応して設けられた画素電極9aについて、走査線11aを介して互いに隣接する画素電極9aは夫々異なる極性の電位に維持される。その後、時間軸上で連続する次の1垂直期間においては、図7(b)に示すように、画像表示領域10aにおいて、走査線11aに対応して設けられた画素電極9a毎に、基準電位に対して極性が反転される。よって、このように極性が反転された後も、走査線11aを介して互いに隣接する画素電極9aは夫々異なる極性の電位に維持される。
【0091】
そして、図7(a)及び図7(b)に示すように、走査線11aを介して互いに隣接する画素電極9aは、互いに異なる極性の電圧を有する画像信号により駆動されることにより、これらの画素電極9a間に電位差が生じ、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0には横電界が発生する。特に、1H反転駆動方式によれば、1垂直期間中横電界が生じることとなり、1V反転駆動方式と比較して、横電界が発生する時間的な長さは長くなる。従って、1V反転駆動方式と比較して、より顕著に横電界によって発生する表示不良が、表示画面において顕著に視認される恐れがある。
【0092】
また、1V反転駆動方式では、TFTアレイ基板10上の画像表示領域10aに、マトリクス状に配列された複数の画素電極9aには、夫々、基準電位に対して正極性(+)及び負極性(−)のいずれかに、1垂直期間毎に極性が反転された画像信号を供給される。
【0093】
即ち、図8(a)に示すように、任意の1垂直期間が終了した状態において、複数の画素電極9aは、同一の極性即ち正極性(+)の電位に維持されている。続いて、この任意の1垂直期間に、時間軸上で連続する次の1垂直期間が開始されると、図8(b)及び図8(c)に示すように、1水平期間毎に、正極性(+)とは逆極性、即ち負極性(−)の電圧を有する画像信号が、走査線11aに沿う各行の画素電極9aに、例えば線順次に供給される。そして、次の1垂直期間が終了すると、複数の画素電極9aは、正極性(+)とは逆極性の、同一の負極性(−)の電位に維持される。
【0094】
よって、1V反転駆動方式においても、図8(b)及び図8(c)に示すように、1水平期間毎に、走査線11aを介して互いに隣接する画素電極9aが、互いに異なる極性の電位に維持されることとなり、これらの画素電極9a間に電位差が生じ、これらの画素電極9a間を前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0には横電界が発生する。
【0095】
図9は、図6に示す断面部分の構成について、駆動時の領域J0付近の電気力線の分布状態を模式的に表す図であり、図10は、本実施形態の比較例について、図6に示す断面部分に対応する構成について、駆動時の領域J0付近の電気力線の分布状態を模式的に表す図である。尚、図9及び図10中の点線矢印は電気力線の方向を表し、その分布密度は電界強度に必ずしも対応してはおらず、その長さは電界強度を表すものではない。
【0096】
液晶装置1の駆動時、上述したように、TFTアレイ基板10上の領域J0において、横電界は、走査線11aを介して互いに相隣接する画素電極9a間、及び交差領域Fを介して向かいあって配置され夫々異なる極性の印加電圧により駆動される画素電極9a間で発生する。よって、前記走査線の延在方向に沿って延びる領域J0では、対向基板20側よりも、TFTアレイ基板10側のほうにおいて横電界の強度は強くなる。
【0097】
図9に示すように、互いに隣接する走査線11aに対応して設けられた画素電極の縁部9a1及び9a2の間に、画素電極9aの高さより高くなるように形成された第1凸部90aが存在する。よって、液晶装置1の駆動時、第1凸部90aと画素電極の縁部9a1及び9a2との高低差に起因して、互いに異なる極性の印加電圧により駆動される画素電極の縁部9a1及び9a2の間において、横電界は、図9中、画素電極の縁部9a1及び9a2の一方から他方へ向かう点線矢印で示されるように、TFTアレイ基板10の基板面に対して傾きを持って生じる。
【0098】
他方、図10において、比較例による構成によれば、TFTアレイ基板10及び対向基板20上に、第1及び第2凸部90a及び90bが形成されていない点が、本実施形態とは異なっている。よって、この場合、画素電極の縁部9a1及び9a2の間において、該縁部9a1及び9a2間に露出する、後述するように平坦化処理が施された第4層間絶縁膜44の表面に平行な方向に、横電界が生じることとなる。
【0099】
このような比較例と比較して、本実施形態では、横電界を、上述したように、TFTアレイ基板10の基板面に対して傾きを持って発生させることで、互いに異なる極性の印加電圧により駆動される画素電極9a間に、電気力が集中することにより、比較的強い横電界が発生するのを防止する、即ち横電界を弱めることが可能となる。尚、第1凸部90aを液晶材料よりも透磁率が低い材料から構成すれば、TFTアレイ基板10及び対向基板20間の液晶の存在する領域において、第1凸部90aで置き換えられる分だけ横電界が低減される。
【0100】
従って、本実施形態では、走査線11aの配線間隔を広げる等により、走査線11aを介して互いに隣接する画素電極9a間の距離を変化させるような設計変更を行わないでも、横電界を低減することができる。これにより、液晶装置1において、画素の狭ピッチ化や開口率の向上を図る場合に有利である。
【0101】
また、比較例では、横電界が画素電極9aの面上に広がって発生するため、平面的に見て遮光膜23から外れた領域、即ち画像表示が行われる開口領域でも液晶の配向が乱れてしまう。これにより開口領域の端部だけが白く見える光抜けの原因となる。
【0102】
これに対し、本実施形態においては、液晶層50において平面的に見た横電界の影響を受ける領域を、比較例に比べて狭くすることができる。加えて、図9中において、領域C13における配向膜16は第1凸部90aを設けた分だけ領域C12及びC14より配向性が弱いが、領域C13における液晶は、配向方向が揃った領域C12、C14の液晶との間に働く相互作用、即ち分子間力等によって、これら領域C12、C14の液晶と同方向に配向が揃う。これにより、領域C12から領域C14まで液晶が一様に良好な配向状態を保つことができる。
【0103】
よって、本実施形態では、液晶が配向不良となる領域を遮光膜23もよりも狭い領域にすることができ、光抜け等の表示不良が発生するのを防止することができる。
【0104】
更に、図9において、対向基板20上では、第2凸部90bより上層側(即ち、図9中、第2凸部90bより下側)に対向電極21が形成されることにより、画素電極9a及び対向電極21間における縦電界を強めることができる。このような縦電界によれば、画素電極9a間における横電界を相対的に弱めることが可能となる。
【0105】
加えて、図5(a)を参照して説明したように、TFTアレイ基板10上に、島状の凸部として第1凸部90aを形成することにより、このような島状の第1凸部90aを対向基板20側に配置して、ドット状の第2凸部90bをTFTアレイ基板10側に形成する場合と比較して、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0において、走査線11aを介して互いに相隣接する画素電極9a間に加えて、交差領域Fを介して向かいあって配置された画素電極9a間で発生する横電界を、より低減させることができる。即ち、横電界が発生するTFTアレイ基板10側において、前記走査線の延在方向に沿って延びる領域J0内で、概ね全体的に、横電界をより効果的に低減させることが可能となる。
【0106】
従って、本実施形態によれば、TFTアレイ基板10及び対向基板20間において、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0で、横電界により、液晶の動作不良が発生するのを防止することが可能となる。その結果、光抜け等の発生を防止し、表示画像におけるコントラスト比の低下、及び輝度の低下を防止することができる。
【0107】
<配向処理>
本実施形態では、上述したように横電界を低減させるのみではなく、配向膜16及び22におけるラビングスジの発生を防止することができる。以下に、係る効果について、図1から図6を参照して、詳細に説明する。
【0108】
配向膜16及び22は、夫々例えばポリイミド等の有機材料に形成される。尚、TFTアレイ基板10及び対向基板20のいずれか一方上にのみ配向膜を形成するか、或いはこれらのいずれか一方上に形成される配向膜を無機材料により形成するようにしてもよい。
【0109】
有機材料により形成された配向膜16及び22に対するラビング処理では、液晶の配向制御により、TFTアレイ基板10及び対向基板20の各々において、該基板上に形成された配向膜16若しくは22に対するラビング方向が決定される。例えば、液晶の動作モードを、TNモードやSTNモードとする場合には、TFTアレイ基板10及び対向基板20のうち一方の基板上に形成された配向膜に対するラビング方向に対して、他方の基板上に形成された配向膜に対するラビング方向は垂直方向となる。
【0110】
図5(a)及び図5(b)中には、このように、配向膜16及び配向膜22の各々に対するラビング方向が互いに垂直となる場合について示してある。配向膜16又は22に対するラビング処理は、例えば、周面が布等のクロス材により形成されたラビングローラを用いて、このラビングローラの周面に配向膜の表面を当接させることにより行う。
【0111】
本実施形態では、図5(a)中、矢印Rb1によって示すように、TFTアレイ基板10上において、配向膜16に対するラビング処理は、ラビング方向を、走査線11aの延在方向に一致させて行うようにするとよい。この場合、夫々、島状の凸部として形成された複数の第1凸部90aの配列方向、及び第1凸部90aの長手方向にラビング方向を一致させることができる。
【0112】
また、TFTアレイ基板10上において、複数の第1凸部90aは夫々互いに分離して形成されるため、例えば、TFTアレイ基板10上に平面的に見て、第1凸部90aを走査線11aに沿って前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内に、ライン状に形成する場合と比較して、配向膜16aの表面に、第1凸部90aの存在に起因して生じる凹凸を低減させることができる。
【0113】
従って、ラビングローラの周面を形成するクロスのうち、複数の第1凸部90aの存在に起因して配向膜16の表面に形成された凸部16aに当接される一部分において、該凸部16aとの接触によって付与される圧力を低減することが可能となる。その結果、ラビングローラの周面を形成するクロスのうち、配向膜16の表面における凸部16aに接触する部分が、他の部分と比較して、著しく乱されるのを防止することができる。従って、ラビングローラの周面を形成するクロスの一部分が著しく乱れることにより、配向膜16においてラビングスジが顕著に発生するのを防止することが可能となる。
【0114】
他方、ラビング処理の際、対向基板20上に形成された配向膜22に対するラビング方向は、図5(b)中の矢印Rb2に示すように、TFTアレイ基板10側の配向膜16に対するラビング方向に対して、例えば、垂直方向となる。このように、対向基板20側の配向膜22に対するラビング方向は、TFTアレイ基板10側の配向膜16に対するラビング方向と、必ずしも一致するわけではない。
【0115】
本実施形態では、図5(b)に示すように、対向基板20上において、各交差領域Fに、ドット状の凸部として形成された第2凸部90bを、配置する。これにより、複数の第2凸部90bを夫々第1凸部90aの形状や配置に対応させて、第1凸部90aと同様に形成する場合と比較して、複数の第2凸部90bの存在に起因して配向膜22の表面に生じる凹凸を、このような凹凸形状が形成された表面部分に接触することでラビングローラのクロスが局所的に著しく乱れるのを防止することができる程度に、低減させることができる。よって、対向基板20の側においても、ラビングローラの周面を形成するクロスの一部分が著しく乱れることにより、配向膜22においてラビングスジが顕著に発生するのを防止することが可能となる。
【0116】
よって、TFTアレイ基板10及び対向基板20の各々について、ラビング処理を良好に行うと共に、液晶装置1において、配向膜16又は22におけるラビングスジに起因して、液晶の配向状態に乱れが生じるのを防止することが可能となり、表示画面において表示不良が発生するのを防止することができる。
【0117】
よって、以上説明したような本実施形態によれば、液晶装置1において、高品質な画像表示を行うことが可能となる。
【0118】
(液晶装置の製造方法)
以上のように構成された液晶装置の製造方法について、図11及び図12を参照して説明する。図11はTFTアレイ基板10側、及び図12は対向基板20側について、夫々、製造プロセスの各工程における構成を、図6の断面図に関して、順を追って示す工程図である。
【0119】
以下では、図6に示す各構成要素に係る製造工程について特に詳しく説明し、図1から図4に示す他の構成要素に係る製造工程の詳細な説明に関しては省略する。
【0120】
先ず、図1から図4に示す、TFTアレイ基板10側の各構成要素について、石英基板、ハードガラス、シリコン基板等のTFTアレイ基板10を用意し、その上に、プレーナ技術を用いて回路要素を構成する導電膜を第1層から第5層まで順に積層する。具体的には、走査線11a、TFT30、蓄積容量70、データ線6a、容量配線400及び中継電極等を、導電膜や半導体膜の成膜処理、ドーピング処理、パターニング処理、アニーリング処理等により形成する。尚、第1層−第2層間には下地絶縁膜12、第2層−第3層間には第1層間絶縁膜41、第3層−第4層間には第2層間絶縁膜42、第4層−第5層間には第3層間絶縁膜43、第5層上には第4層間絶縁膜44を夫々形成する。
【0121】
第4層間絶縁膜44は、例えば、TEOS(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)ガス、TEB(テトラ・エチル・ボートレート)ガス、TMOP(テトラ・メチル・オキシ・フォスレート)ガス等を用いた常圧又は減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法等により、NSG(ノンシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等のシリケートガラス膜、若しくは、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等として形成する。このとき、第4層間絶縁膜44の膜厚は、例えば500〜2000μm程度とする。この成膜段階では、第4層間絶縁膜44の表面には、下層の各種回路要素の影響で凹凸が存在している。そこで、CMP処理により、第4層間絶縁膜44の表面を平坦化する。具体的には、例えば研磨プレート上に固定された研磨パッド上に、シリカ粒を含んだ液状のスラリー(化学研磨液)を流しつつ、スピンドルに固定した基板表面(即ち、第4層間絶縁膜44の表面)を、回転接触させることにより研磨する。そして、時間管理或いは適当なストッパ層を所定位置に形成しておくことにより、研磨処理を停止する。こうして、第4層間絶縁膜44は、例えば約300〜1500μm程度の膜厚の平坦化膜とされる。
【0122】
これにより、図11(a)において、TFTアレイ基板10上は、第4層間絶縁膜44以下の積層構造が構築された状態となる。尚、図11(a)においては、積層構造の詳細な構成は図示を省略してある。
【0123】
次に、図11(b)において、第4層間絶縁膜44の平坦面上に、第1凸部90aを形成する。具体的には、例えば第4層間絶縁膜44と同様の材料を用いて、第4層間絶縁膜44上に絶縁膜441を成膜し、その上の第1凸部90aの形成領域にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとして絶縁膜441にエッチング法を施す。エッチング法として、例えばウエットエッチング法を行ってもよいし、ドライエッチング法を行うようにしてもよい。
【0124】
尚、第1凸部90aは、第4層間絶縁膜44に対して、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を施すことにより、形成するようにしてもよい。
【0125】
また、図11(b)を参照して説明した工程の前後において、例えば、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチング法により、第4層間絶縁膜44の表面から第3中継電極402に至るコンタクトホール89を開孔しておく。但し、ウエットエッチング法、若しくはドライエッチング法及びウエットエッチング法により、コンタクトホール89の側壁に多少のテーパを設けるように開孔してもよい。
【0126】
次に、図11(c)において、画素電極9aを形成する。まず、第4層間絶縁膜44上に、スパッタ法等により、ITO膜等の透明導電性膜を例えば約50〜200nmの厚さに堆積する。そして、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により、画素電極9aを形成する。
【0127】
次に、図11(d)において、画素電極9aが形成されたTFTアレイ基板10上に、例えばポリイミド材料よりなる塗布液を塗布して膜を形成し、その表面にラビング処理を施すことで、配向膜16を形成する。
【0128】
以上説明したような、TFTアレイ基板10側の製造プロセスと並行して又は相前後して、以下に説明するような対向基板側20の製造プロセスが行われる。
【0129】
先ず、図12(a)において、例えばガラス基板等の透明材料により形成される対向基板20上に、例えば上述した第1凸部90aと同様の製造プロセスにより、第2凸部90bを形成する。
【0130】
その後、図12(b)において、例えば格子状の遮光膜23、及び該遮光膜23上に対向電極21を形成する。遮光膜23は、例えばスパッタ法を用いて、金属材料により形成する。対向電極21は、例えばITO等の透明導電性膜を、スパッタ法等を用いて例えば50〜200nmの厚さに堆積することにより形成する。
【0131】
その後、図12(c)において、対向電極21上に、例えばポリイミド等の有機材料により配向膜22を形成する。
【0132】
尚、以上説明した本実施形態の構成によれば、対向基板20上の第1層目に第2凸部90bを配置する構成について説明したが、第2凸部90bは、遮光膜23より上層側であって対向電極21より下層側に配置されてもよいし、又は対向電極21より上層側であって配向膜22より下層側に配置されてもよい。前者の場合、例えば、第2凸部90bについては、対向電極21と同様の透明導電性膜により、対向電極21上に形成する。また、後者の場合、対向電極21上にインクジェット法などによって局所的に有機材料を塗布し、ドット状の第2凸部90bを形成する。このように、インクジェット法を採用する製造工程によれば、第2凸部90bを精度良く且つ容易に形成することが可能となる。
【0133】
図11及び図12を参照して説明した工程の後、TFTアレイ基板10と対向基板20とを、電極形成面を対向させて、シール材により貼り合わせる。その後、TFTアレイ基板10及び対向基板20の周縁部に形成されたシール材により封止された密閉空間に液晶を注入し、液晶層50とする。液晶には、例えば複数種のネマティック液晶を混合したものが使用される。以上により、本実施形態の液晶装置が完成する。
【0134】
(変形例)
以上説明した本実施形態の変形例について、図1から図12に加えて、図13から図15を参照して説明する。図13は、本変形例の一の構成について、図6に対応する断面部分を示す断面図である。また、図14は、本変形例の他の構成について、TFTアレイ基板上10の任意の4つの画素電極9aと第1凸部との配置関係を概略的に示す概略平面図であり、図15は、図14に示す本変形例の他の構成に係る製造プロセスの各工程における断面部分の構成を、順を追って示す工程図である。
【0135】
先ず、図13において、第1凸部90aは、TFTアレイ基板10に対して垂直方向の高さd1aが、該第1凸部90aの存在に起因して配向膜16の表面に発生する凸部16aが対向基板20側の配向膜22の表面に接触するような値として形成されてもよい。或いは、第2凸部90bの、対向基板20に対して垂直方向の高さd1bが、該第2凸部90bの存在に起因して配向膜22の表面に発生する凸部22aがTFTアレイ基板10側の配向膜16の表面に接触するような値として形成されてもよい。
【0136】
これにより、第1凸部90a及び第2凸部90bにより貝柱状のスペーサを構成することが可能となる。即ち、TFTアレイ基板10及び対向基板20のギャップは、第1凸部90a及び第2凸部90bの各々の高さd1a及びd1bにより決定されることとなる。よって、液晶装置1の製造プロセスにおいて、第1凸部90a及び第2凸部90bの形成とは別にギャップ材を形成する工程を省略して、より容易に電気光学装置を製造することができる。
【0137】
次に、図14において、TFTアレイ基板10上において、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内に、複数の第1凸部90aaが、夫々、ドット状の凸部として形成されると共に、走査線11aの延在方向に沿って配列されて形成されてもよい。
【0138】
このように構成すれば、横電界が発生するTFTアレイ基板10側において、前記走査線の延在方向に沿って延びる領域J0内で、概ね全体的に、横電界をより効果的に低減させることが可能となる。
【0139】
また、この場合も、図14中、矢印Rb1によって示すように、TFTアレイ基板10上において、配向膜16に対するラビング処理は、ラビング方向を、走査線11aの延在方向に一致させて行うようにするとよい。これにより、複数の第1凸部90aaの配列方向にラビング方向を一致させることができる。
【0140】
更に、TFTアレイ基板10上において、複数の第1凸部90aaは夫々互いに分離して形成されるため、例えば、TFTアレイ基板10上に平面的に見て、第1凸部90aaを走査線11aに沿って前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内に、ライン状に形成する場合と比較して、配向膜16aの表面に、第1凸部90aaの存在に起因して生じる凹凸を低減させることができる。
【0141】
従って、ラビングローラの周面を形成するクロスのうち、複数の第1凸部90aaの存在に起因して配向膜16の表面に形成された凸部に当接される一部分において、該凸部との接触によって付与される圧力を低減することが可能となる。
【0142】
次に、図15を参照して、図14に示す本変形例の他の構成に係る製造プロセスについて、説明する。尚、以下では、本変形例において、特に特徴的な第1凸部90aaに係る製造工程についてのみ、詳しく説明する。
【0143】
図15(a)において、第4層間絶縁膜44上に、画素電極9aが形成された状態にある。続いて、図中上側から、例えばインクジェット法を用いて有機材料等の塗布材料を、第4層間絶縁膜44上の第1凸部90aaの配置部分に塗布する。
【0144】
これにより、図15(b)に示すように、第4層間絶縁膜44の平坦面上に、第1凸部90aaが形成される。
【0145】
従って、本変形例の他の構成によれば、より簡易な製造プロセスにより、複数の第1凸部90aaを形成することが可能となる。そして、上述したようにインクジェット法を用いることにより、前記走査線11aの延在方向に沿って延びる領域J0内に、精度良く且つ容易に、第1凸部を形成することができる。
【0146】
尚、本変形例の他の構成では、図13を参照して説明したように、対向基板20側の第2凸部90bと共に貝柱状のスペーサを構成するように、複数の第1凸部90aaを形成してもよい。この場合、第2凸部90b及び第1凸部90aaの夫々を形成する際、高精度が要求される恐れがある。よって、このような製造に係る煩雑さを回避すべく、TFTアレイ基板10上では、交差領域Fに第1凸部90aaが配置されないように、複数の第1凸部90aaを形成するようにしてもよい。
【0147】
例えば、交差領域では、第2凸部を単独で貝柱状のスペーサとして機能させるように、交差領域に第1凸部を形成しないと共に、第2凸部の高さをスペーサとして要求される基板間ギャップと同一高さにまで高めて形成してもよい。更に、これに代えて又は加えて、交差領域を除く間隙領域では、第1凸部を単独で又は第2凸部と共に貝柱状のスペーサとして機能させるように、交差領域に第1凸部を形成しないと共に、第1凸部の高さをスペーサとして要求される基板間ギャップと同一高さにまで高めて形成してもよい。
【0148】
(電気光学装置の全体構成)
以上の実施形態及び変形例に係る液晶装置の全体構成を、図16及び図17を参照して説明する。尚、図16は、TFTアレイ基板10をその上に形成された各構成要素と共に対向基板20の側から見た平面図であり、図17は、図16のH−H´断面図である。
【0149】
図16において、TFTアレイ基板10上にはシール材52がその周縁に沿って設けられており、その内側に、画像表示領域10aの周辺を規定する額縁状の遮光膜53が設けられている。シール材52の外側の領域には、データ線6aに画像信号を所定タイミングで供給することによりデータ線6aを駆動するデータ線駆動回路101及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられている。また、この一辺に隣接する2辺のいずれかに沿って、走査線3aに走査信号を所定タイミングで供給することにより走査線3aを駆動する走査線駆動回路104が設けられている。尚、走査線3aに供給される走査信号遅延が問題になる場合には、走査線駆動回路104を、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102が設けられたTFTアレイ基板10の一辺に隣接する2辺に沿って設けるようにしてもよい。この場合、TFTアレイ基板10の残る一辺に沿って設けられた複数の配線によって、二つの走査線駆動回路104は互いに接続されるようにする。或いは、データ線駆動回路101を画像表示領域10aの両側に配置させてもよい。
【0150】
また、対向基板20の角部の少なくとも1箇所には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間を電気的に導通させる上下導通材106が設けられている。そして、図17に示すように、図16に示したシール材52とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材52によりTFTアレイ基板10に固着されている。
【0151】
尚、TFTアレイ基板10上には、これらデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等に加えて、複数のデータ線6aに画像信号を所定のタイミングで印加するサンプリング回路、複数のデータ線6aに所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
【0152】
また、投射光が入射する対向基板20側及び出射光が出射するTFTアレイ基板10側には、夫々、例えばTN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード、VA(Vertically Aligned)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード/ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の方向で配置される。
【0153】
以上に説明した液晶装置1は、例えばプロジェクタに適用される。この場合、3つの液晶装置がRGB3原色夫々のライトバルブとして用いられる(図18参照)。或いは、以上に説明した液晶装置は、プロジェクタ以外の直視型や反射型のカラー表示装置に適用することもできる。その場合、対向基板20上における画素電極9aに対向する領域に、RGBのカラーフィルタをその保護膜と共に形成すればよい。あるいは、TFTアレイ基板10上のRGBに対向する画素電極9a下にカラーレジスト等でカラーフィルタ層を形成することも可能である。更に、この態様において、対向基板20上に1画素に1個対応するマイクロレンズを形成するようにすれば、入射光の集光効率が向上するため、表示輝度を向上させることができる。更にまた、対向基板20上に、何層もの屈折率の相違する干渉層を堆積することで、光の干渉を利用してRGB色を作り出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付き対向基板によれば、より明るい表示が可能となる。
【0154】
尚、以上の説明においては、データ線駆動回路101及び走査線駆動回路104をTFTアレイ基板10上に設けるようにしたが、その代わりに、例えばTAB(Tape Automated bonding)基板上に実装された駆動用LSIに、TFTアレイ基板10の周辺部に設けられた異方性導電フィルムを介して電気的及び機械的に接続するようにしても構わない。
【0155】
なお、上述の本発明の実施形態では液晶装置を例にとって説明したが、本発明が適用可能な液晶装置には半導体基板を用いた反射型液晶装置(LCOS)も含まれる。
【0156】
また、プラズマディスプレイや電子放出素子を用いたディスプレイであるSED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display)等などの電気光学装置においても、隣接する画素間に生じる電界の影響を緩和するなどの目的で本発明を応用することが可能である。
【0157】
(電子機器)
次に、以上詳細に説明した液晶装置を電子機器に適用する場合について説明する。
【0158】
ここでは、この電気光学装置たる液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。図18は、プロジェクタの構成例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1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド内に配置された4枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶装置100R、100Bおよび100Gに入射される。液晶装置100R、100Bおよび100Gの構成は上述した液晶装置と同等であり、それぞれにおいて画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号が変調される。これらの液晶装置によって変調された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。ダイクロイックプリズム1112では、RおよびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。これにより各色の画像が合成され、投射レンズ1114を介して、スクリーン1120等にカラー画像が投写される。
【0159】
以上では、本発明の電気光学装置の一具体例として液晶装置を挙げて説明したが、本発明の電気光学装置は、その他にも例えば電子ペーパなどの電気泳動装置や、電子放出素子を用いた表示装置(Field Emission Display及びSurface-Conduction Electron-Emitter Display)等として実現することができる。また、このような本発明の電気光学装置は、先に説明したプロジェクタの他にも、テレビジョン受像機や、ビューファインダ型或いはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた装置等の各種の電子機器に適用可能である。
【0160】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気光学装置、及びこのような電気光学装置を具備してなる電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【0161】
【図1】本発明の一実施形態に係る液晶装置の構成を示す等価回路図である。
【図2】図1に示した液晶装置の具体的な構成を表す部分平面図である。
【図3】図1に示した液晶装置の具体的な構成を表す部分平面図である。
【図4】図2及び図3のA−A´断面図である。
【図5】図5(a)は、画素電極と第1凸部との配置関係を概略的に示す概略平面図であり、図5(b)は、画素電極に対する第2凸部の配置に係る構成を概略的に示す概略平面図である。
【図6】図5に示すB−B´線における拡大断面図である。
【図7】図7(a)及び図7(b)は、1H反転駆動方式を説明するための模式図である。
【図8】図8(a)から図8(d)は、1V反転駆動方式を説明するための模式図である。
【図9】駆動時の走査線の延在方向に沿って延びる領域付近の電気力線の分布状態を模式的に表す図である。
【図10】比較例について、駆動時の走査線の延在方向に沿って延びる領域付近の電気力線の分布状態を模式的に表す図である。
【図11】TFTアレイ基板側の製造プロセスの各工程における構成を、図6の断面図に関して、順を追って示す工程図である。
【図12】対向基板側の製造プロセスの各工程における構成を、図6の断面図に関して、順を追って示す工程図である。
【図13】本変形例の一の構成について、図6に対応する断面部分を示す断面図である。
【図14】本変形例の他の構成について、画素電極と第1凸部との配置関係を概略的に示す概略平面図である。
【図15】図14に示す本変形例の他の構成に係る製造プロセスの各工程における断面部分の構成を、順を追って示す工程図である。
【図16】本実施形態における液晶装置の全体構成を表す平面図である。
【図17】図16のH−H´断面図である。
【図18】本発明の電子機器の一実施形態に係る液晶プロジェクタの構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【0162】
1…液晶装置、6a…データ線、9a…画素電極、10…TFTアレイ基板、10a…画像表示領域、11a…走査線、20…対向基板、50…液晶層、90a…第1凸部、90b…第2凸部




 

 


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