JP2004110022A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】　本発明は、画素部をマトリクス駆動するための周辺駆動回路がアクティブマトリクス基板上に一体に形成された駆動回路内蔵型の電気光学装置及び電子機器に関し、高速駆動下での画像信号のなまりを防止できるようにすることを目的とする。
【解決手段】　共通電極２２０が一方の面に全面に亘って設けられた対向基板２００が、アクティブマトリクス基板１００上に設けられた周辺駆動回路１３０，１７０又はこの周辺駆動回路１３０，１７０に信号を供給する配線と平面視で重ならないように構成する。
【選択図】　図２

Description

　本発明は、画素部をマトリクス駆動するための周辺駆動回路がアクティブマトリクス基板上に一体に形成された駆動回路内蔵型の電気光学装置及び電子機器に関するものである。

　従来の電気光学装置、例えば液晶装置に用いられるアクティブマトリクス基板では、走査線駆動回路やデータ線駆動回路等、画素部を駆動するための周辺駆動回路を基板上に作り込んだ駆動回路内蔵型のものが開発されている。この種の電気光学装置では、周辺駆動回路の構成素子と画素部を駆動するスイッチング素子とが共通のプロセスで製造される。例えば、液晶装置において周辺駆動回路を構成する素子は、画素部を駆動する薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，以下ＴＦＴと略記する）と同時に形成されるので、駆動回路を別の基板上に形成してその基板を実装するものと比較して、装置全体の小型化やコスト低減を図る上で有利となる。

　上述の液晶装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とがスペーサの混入されたシール材によって一定の間隔を保って貼り合わせられ、この一対の基板とシール材とにより形成された空間に液晶が封入された構造となっている。

　この対向基板には、その内面側（液晶側）にＩＴＯ等の共通電極が全面に亘って形成されており、この対向基板の外周に沿って上述のシール材が枠状に設けられている。一方、アクティブマトリクス基板の内面側には、走査線と信号線とがマトリクス状に形成され、その交差部にＴＦＴ及び画素電極からなる画素部がそれぞれ形成されている。そして、この画素部がマトリクス状に形成された領域により矩形の表示領域が構成されている。

　また、この表示領域の周辺部には、各走査線に対してパルス状の走査信号を順次に供給する走査線駆動回路や、各信号線に所定の画像信号を供給するデータ線駆動回路等からなる周辺駆動回路が、上記矩形の表示領域の端辺に沿うように配置されている。このデータ線駆動回路は、所定の信号線を選択する水平シフトレジスタと、選択された信号線にサンプリングされた画像信号を供給するサンプルホールド回路とから構成されており、走査線駆動回路，水平レジスタによりそれぞれ所定の走査線，信号線が選択されると、選択されたこれらのラインの交差部に位置する画素部に画像信号が供給されるようになっている。
特開平８−２４８４０５号公報 特開平１１− １０９４０８号公報

　ところで、上述の走査線駆動回路やデータ線駆動回路は、通常、数ＭＨｚ程度の周波数で駆動されており、対向基板上の共通電極とアクティブマトリクス基板上の周辺駆動回路やこの周辺駆動回路に信号を供給する各種配線との間に形成される寄生容量が問題となることは殆どない。つまり、このような寄生容量によって信号遅延が生じても、この遅延時間は信号書き込み時間に比べて十分小さいため、画像信号になまりが生じる虞は少ない。

　これに対して、近年、より高品質な表示を得るために、周辺駆動回路には数十ＭＨｚ程度の高速駆動が要求されるようになってきている。この場合、書き込み時間が遅延時間に比べて十分大きいとはいえなくなるため、上述の寄生容量によって画像信号になまりが生じ、画質を劣化させる虞がある。

　本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、高速駆動下での画像信号のなまりを防止できるようにした電気光学装置及びその製造方法並びに電子機器を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の電気光学装置は、複数の走査線と、上記走査線に交差するように設けられた複数の信号線と、上記走査線と上記信号線との交差部にそれぞれ設けられた複数の画素と、上記各画素をマトリクス駆動する周辺駆動回路とを同一面上に有するアクティブマトリクス基板と、一方の面に全面に亘って共通電極が設けられ、上記共通電極と上記画素とが向かい合うように上記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向基板と、上記アクティブマトリクス基板と上記対向基板との間に挟持された液晶層とを備え、上記対向基板が上記周辺駆動回路又は上記周辺駆動回路に信号を供給する配線と平面視で重ならないように構成されたことを特徴とする。

　本構成によれば、周辺駆動回路と共通電極との間に寄生容量が生じることはなく、周辺駆動回路を高速で駆動した場合でも、信号なまりの少ない、高品質な表示が得られる。
　特に、上記周辺駆動回路が、単結晶シリコンからなるチャネル領域を有する薄膜トランジスタを備え、１０ＭＨｚ以上の高速駆動が可能なものに対して、上述の効果は特に大きい。

　なお、上記周辺駆動回路には、データ線駆動回路とサンプルホールド回路とのいずれかが含まれ、上記配線には、クロック信号線、画像信号選択線、画像信号線の内の少なくとも一つが含まれるようにすることが望ましい。
　上述の周辺駆動回路は、特に高速な駆動が要求されるため、共通電極との間で生じる寄生容量により大きな信号なまりが生じる虞がある。したがって、共通電極が平面視で上記のような周辺駆動回路と重ならないようにすることで、表示品質を大きく高めることができる。

　また、本発明の電子機器は、上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
　本構成によれば、信号なまりの少ない高品位な画像表示が可能な電気光学装置を備えた電子機器を提供することができる。

　以上、詳細に説明したように本発明によれば、全面に共通電極の形成された対向基板が、周辺駆動回路と平面視で重ならないように構成されているため、周辺駆動回路と共通電極との間に寄生容量が生じることはない。このため、周辺駆動回路を高速で駆動した場合でも、信号なまりが少なく、高品質な表示が得られる。

　図１は本実施形態の電気光学装置の一例としての液晶装置のアクティブマトリクス基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図２は対向基板を含めて示す図１のＨ−Ｈ'断面図であり、図３はアクティブマトリクス基板上に設けられた各種配線や周辺回路等の電気的な構成を示すブロック図である。

　本実施形態の液晶装置は周辺駆動回路が一体に形成された周辺回路内蔵型の電気光学装置として構成されており、図３に示すように、ハードガラスや石英等からなるアクティブマトリクス基板１００の中央部に矩形の表示領域１５０が設けられ、その表示領域１５０の外側周辺に、走査線駆動回路１２０，データ線駆動回路１１０及びこれらの回路１１０，１２０にクロック信号や画像信号等の所定の信号を供給する各種配線からなる周辺駆動回路が設けられている。

　ここで、表示領域１５０には、走査線１５５，信号線１５６がそれぞれＸ方向，Ｙ方向に複数形成されており、各走査線１５５，信号線１５６の交差部には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１５２と矩形の画素電極１５１とからなる画素部が形成されている。このＴＦＴ１５２のゲート及びソースはそれぞれ走査線１５５，信号線１５６に接続され、ドレインは画素電極１５１に接続されている。また、保持特性を高めるために、ドレインには画素電極１５１と並列に蓄積容量１５１ａが接続されている。

　走査線駆動回路１２０は、主に垂直シフトレジスタから構成されており、一垂直走査期間内に、クロック信号線（図示略）を介して外部制御装置から供給される基準クロック等に基づいて、走査線１５５に対してパルス状の走査信号Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｍを線順次で印加するようになっている。

　データ線駆動回路１１０は、クロック信号線（図示略）を介して外部制御装置から供給される基準クロックに基づいて、各サンプリング駆動信号線１１１にサンプリング駆動信号Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｎを順次供給する水平シフトレジスタ１１０と、画像信号線１１２を介して供給された画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ６をサンプリングするサンプルホールド回路１３０とから構成されている。

　サンプルホールド回路１３０は、信号線毎に設けられたサンプリングスイッチ（ＴＦＴ）１３１を備えており、各サンプリングスイッチ１３１は、水平シフトレジスタ１１０からサンプリング駆動信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎが入力されると、六つの画像信号線１１２のそれぞれについてサンプリングされた画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ６を六つの隣接する信号線１５６からなるグループ毎に順次印加するようになっている。これにより、一水平走査期間（即ち、走査線駆動回路１２０により１本の走査線１５５に走査信号が供給されている期間）に、各信号線１５６に対してサンプリングされた画像信号が供給されるようになっている。

　また、図１に示すように、アクティブマトリクス基板１００の下辺側の端部には、外部制御装置を実装するための実装端子１４０が設けられており、この実装端子１４０を介して外部制御装置から走査線駆動回路１２０，データ線駆動回路１１０に対して各種信号が供給されるようになっている。
　また、上述のように構成されたアクティブマトリクス基板１００上にはポリイミド等からなる配向膜（図示略）が形成され、更に、表示領域１５０を囲むようにシール材１６０が矩形枠状に塗布される。

　なお、上述の各周辺駆動回路を構成するＴＦＴと、表示領域１５０の各画素部を構成するＴＦＴ１５２とは共通のプロセスで製造されている。また、駆動能力を高めるために、ＴＦＴのチャネル領域には単結晶シリコンが用いられており、例えばアクティブマトリクス基板１００上にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術を用いて形成されている。このようにＴＦＴのチャネル領域に電荷移動度の高い単結晶シリコンを用いることで、数十から数百ＭＨｚという高速駆動に対応できるようになっている。

　一方、図１，図２に示すように、ガラス等からなる対向基板２００の内面側（液晶層５０側）には、表示領域１５０の外周に沿って、Ｃｒ（クロム），Ｎｉ（ニッケル），Ａｌ（アルミニウム）等の金属材料からなる遮光膜（周辺見切り）２１０が矩形枠状に形成され、更に、この遮光膜２１０及び基板面を覆うように、ＩＴＯ等からなる透明な共通電極２２０が基板全面に形成されている。

　これらの遮光膜２１０，共通電極２２０は、高速駆動の行なわれるデータ線駆動回路１１０やこのデータ線駆動回路１１０に種々の信号を供給する画像信号線１１２，サンプリング駆動信号線（画像信号選択線）３０６，クロック信号線（図示略）等と平面視で重ならないように、その下辺側の端辺が、平面視でデータ線駆動回路１１０及び上述の各種配線よりも表示領域１５０側に配置されている。例えば、データ線駆動回路１１０と上述の各種配線の内、サンプルホールド回路１３０が表示領域１５０に最も近接して配置されている場合には、遮光膜２１０及び対向基板２００の下辺側の端辺は、サンプルホールド回路１３０と表示領域１５０との間に配置される。この場合、アクティブマトリクス基板１００と対向基板２００との貼り合わせ精度を±１μｍ程度確保するため、表示領域１５０とサンプルホールド回路１３０との間隔を若干広めに設定することが好ましい。

　このように高速駆動の行なわれる周辺駆動回路に対向する位置に遮光膜２１０や共通電極２２０等の導電材料を設けないようにすることで、これらの導電材料と周辺駆動回路との間で寄生容量が発生することを未然に防止でき、信号なまりの少ない高品質な表示が得られるようになっている。

　この対向基板２００は、上述のシール材１６０によりアクティブマトリクス基板１００と貼り合わされ、シール材１６０内に設けられるスペーサ（図示略）により一定間隔を保って保持される。そして、この基板１００，２００とシール材１６０とにより形成される空間に液晶が充填され、液晶層５０が形成されている。また、シール材１６０の四隅の内、少なくとも一箇所に設けられた導通剤１６１によって、アクティブマトリクス基板１００と対向基板２００との導通が図られている。

　このような構成において、外部制御装置から、ある走査線１５５に走査信号Ｇｍが供給されると、まず、この走査線１５５に接続されるＴＦＴ１５２が全てオンする。これと並行して、画像信号線１１２から供給される六つのパラレルな画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ６がサンプルホールド回路１３０によってサンプリングされる。次に、サンプリング駆動信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎが順に供給されると、サンプリングされた画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ６がオンされたＴＦＴ１５２に対応する液晶層５０に書き込まれ、所定の期間保持される。この際、各画素の液晶層５０に印加される電圧レベルに応じて液晶分子の配向や秩序が変化するので、その光変調によって階調表示が行われることになる。

　したがって、本発明の電気光学装置によれば、データ線駆動回路１１０のように高速駆動が要求される周辺駆動回路及びこの周辺駆動回路に信号を供給する各種配線と共通電極２２０との間に寄生容量が生じることを防止できるため、このような周辺駆動回路を高速で駆動した場合でも、信号なまりが少なく、高品質な表示が得られる。
　また、本実施形態では、周辺回路の配置を若干ずらすだけで、上述の寄生容量の発生が防止されるため、従来の製造工程を略そのまま踏襲することができる。

（電子機器）
　次に、以上詳細に説明した電気光学装置を備えた電子機器の実施の形態について図４〜図８を参照して説明する。

　先ず図４に、このように電気光学装置を備えた電子機器の概略構成を示す。
　図４において、電子機器は、表示情報出力源１０００、表示情報処理回路１００２、前述の電気光学装置としての液晶パネル１０、クロック発生回路１００８並びに電源回路１０１０を備えて構成されている。

　表示情報出力源１０００は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、光ディスク装置などのメモリ、同調回路等を含み、クロック発生回路１００８からのクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号などの表示情報を表示情報処理回路１００２に出力する。表示情報処理回路１００２は、増幅・極性反転回路、相展開回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路等の周知の各種処理回路を含んで構成されており、クロック信号に基づいて入力された表示情報からデジタル信号を順次生成し、クロック信号ＣＬＫと共に駆動回路１００４に出力する。

　駆動回路１００４は、走査線駆動回路１２０及びデータ線駆動回路１１０によって前述の駆動方法により液晶パネル１０を駆動する。電源回路１０１０は、上述の各回路に所定電源を供給する。尚、液晶パネル１０を構成するＴＦＴアレイ基板の上に、駆動回路１００４を搭載してもよく、これに加えて表示情報処理回路１００２を搭載してもよい。

　次に、図５〜図８に、このように構成された電子機器の具体例を夫々示す。
　図５は、液晶プロジェクタの一例を示す断面図である。この液晶プロジェクタ１１００は、前述の電気光学装置１０をＲＧＢ用のライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂとして備えた投写型プロジェクタとして構成されている。液晶プロジェクタ１１００では、白色光源のランプユニット１１０２から投射された白色光は、ライトガイド１１０４の内部で複数のミラー１１０６に誘導され、２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲＧＢの３原色に対応する光成分Ｒ，Ｇ，Ｂに分けられる。そして、これらの光成分Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ各色に対応するライトバルブ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにより変調され、ダイクロイックプリズム１１１２により再度合成された後、投写レンズ１１１４を介してスクリーン等に投写される。

　図６は、ラップトップ型のパーソナルコンピュータの一例を示す正面図である。このパーソナルコンピュータ１２００は、本体１２０４にＣＰＵ，メモリ，モデム，キーボード１２０２を備え、更に、上述した電気光学装置１０を表示部としてトップカバーケース内に備えている。

　図７は、ページャの一例を示す分解斜視図である。ページャ１３００は、前述の電気光学装置１０を表示部として備え、この電気光学装置１０は、バックライト１３０６ａを含むライトガイド１３０６、回路基板１３０８、第１及び第２のシールド板１３１０及び１３１２、二つの弾性導電体１３１４及び１３１６、並びにフィルムキャリアテープ１３１８と共に金属フレーム１３０２内に収容されている。

　なお、このページャ１３００は、図８に示すように、回路部を外付けすることもできる。例えば、このようなページャでは、表示情報処理回路１００２を含むＩＣ１３２４がポリイミドテープ１３２２上に実装されたＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）１３２０が、異方性導電フィルムを介して、アクティブマトリクス基板１に物理的且つ電気的に接続されている。

　なお、本実施形態の電気光学装置は、図５〜図８に示した電子機器の他にも、液晶テレビ、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、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、携帯電話、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の表示部として用いることができる。

　したがって、本電子機器は、上記実施形態の電気光学装置を表示部として備えているので、信号なまりの少ない高品位の画像表示が可能な表示部を有する電子機器を実現することができる。

　なお、本発明は上述の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で種々変形して実施することができる。

　例えば、アクティブマトリクス基板１００には、上述の走査線駆動回路１２０，データ線駆動回路１１０，サンプルホールド回路１３０の他に、プリチャージ回路を形成してもよい。このプリチャージ回路はデータ線駆動回路の信号線１５６への画像信号の書き込み負荷を低減するために、信号線１５６を、画像信号のサンプリングに先行するタイミングで所定電位にプリチャージするものであり、データ線駆動回路の補助的機能とみなすこともできる。このプリチャージ回路は、サンプルホールド回路１３０と同様に高速駆動が要求されることから、アクティブマトリクス基板１００上にプリチャージ回路を形成する場合には、対向基板２００の共通電極２２０の内、このプリチャージ回路やプリチャージ回路に信号を供給するプリチャージ信号線と平面視で重なる部分よりも外側に配置することが望ましい。

　さらに、本実施形態では、走査線１５５を二つの走査線駆動回路１２０により両側から駆動する構成となっているが、走査線１５５に供給される走査信号の遅延が問題にならない場合には、一方の走査線駆動回路１２０を省略して、一つの走査線駆動回路１２０により走査線１５５を駆動するようにしてもよい。

　また、対向基板２００には、電気光学装置の用途に応じてカラーフィルタが設けられ、隣接するカラーフィルタの間にはＣｒ，Ｎｉ，Ａｌ等の金属材料或いは、Ｃ（カーボン）やＴｉ（チタン）等をフォトレジストに分散させた樹脂ブラック等の遮光層が設けられる。なお、電気光学装置を、例えばプロジェクタのライトバルブ等の色光変調素子として用いる場合には、対向基板２００には、カラーフィルタは設けられずに遮光膜が形成される。また、必要に応じて電気光学装置に光を照射するフロントライトやバックライトを設けてもよい。

　さらに、電気光学装置の液晶層５０には、ＴＮ液晶，ＳＴＮ液晶等のように初期の配向状態を配向膜によって規定されるものの他、高分子中に液晶分子を、配向状態がランダムとなるように分散させた高分子分散型液晶を用いることもできる。また、上述した説明にあっては、電気光学装置を、液晶装置として説明したが、本発明はこれに限るものではなく、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、或いは、プラズマ発光や電子放出による蛍光等を用いた様々な電気光学素子を用いた電気光学装置および該電気光学装置を備えた電子機器に対しても適用可能であるということは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る電気光学装置の一例としての液晶装置のアクティブマトリクス基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図である。 本発明の一実施形態に係る電気光学装置の一例としての液晶装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る電気光学装置の一例としての液晶装置の電気的な回路構成を示すブロック図である。 本発明の電子機器の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の電子機器の一例としての液晶プロジェクタを示す断面図である。 本発明の電子機器の他の例としてのパーソナルコンピュータを示す正面図である。 本発明の電子機器の他の例としてのページャを示す分解斜視図である。 本発明の電子機器の他の例としてのＴＣＰを用いた液晶装置を示す斜視図である。

符号の説明

　５０・・・液晶層、１００・・・アクティブマトリクス基板、１１０・・・データ線駆動回路、１１１・・・サンプリング駆動信号線（画像信号選択線）、１１２・・・画像信号線、１３０・・・サンプルホールド回路、１５５・・・走査線、１５６・・・信号線、２００・・・対向基板、２２０・・・共通電極

Claims (5)

1. 複数の走査線と、上記走査線に交差するように設けられた複数の信号線と、上記走査線と上記信号線との交差部にそれぞれ設けられた複数の画素電極と、上記各画素をマトリクス駆動する周辺駆動回路とを同一面上に有するアクティブマトリクス基板と、
   　一方の面に全面に亘って共通電極が設けられ、上記共通電極と上記画素電極とが向かい合うように上記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向基板と、
   　上記アクティブマトリクス基板と上記対向基板との間に挟持された液晶層とを備え、
   　上記対向基板が上記周辺駆動回路又は上記周辺駆動回路に信号を供給する配線と平面視で重ならないように構成されたことを特徴とする、電気光学装置。
2. 上記周辺駆動回路が、単結晶シリコンからなるチャネル領域を有する薄膜トランジスタを備えて構成されたことを特徴とする、請求項１記載の電気光学装置。
3. 上記周辺駆動回路に入力される駆動信号のうち少なくとも１つが１０ＭＨｚ以上の周波数であることを特徴とする、請求項１又は２記載の電気光学装置。
4. 上記周辺駆動回路がデータ線駆動回路とサンプルホールド回路とのいずれかを含み、上記配線がクロック信号線，画像信号選択線，画像信号線の内の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１〜３にいずれかの項に記載の電気光学装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの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。
   
   

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