JP2005107489A - 電気光学装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】スイッチング素子として、TFD(Thin Film Diode)などの非線形抵抗素子を使用することにより、横電界方式の液晶表示装置の製造工程を単純化する。
【解決手段】一対の基板のうちの一方は、電極基板として構成され、基板上には第1の電極群と、第2の電極群と、非線形抵抗素子と、画素電極とが形成されている。この構成により、非線形抵抗素子の一端には第2の電極群が接続され、非線形抵抗素子の他端には画素電極が接続される。また、画素電極は第1の電極と対向して配置される。第1又は第2の電極と画素電極に通電することにより、基板平面に略平行な方向にいわゆる横方向電界が発生し、液晶などの電気光学物質の配向が制御される。非線形抵抗素子は金属−絶縁層−金属のいわゆるTFD(MIM)構造であるため、製造工程が単純であり、低コストでいわゆる横電界方式の表示装置を製作することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は液晶表示装置などの電気光学装置に係り、特にいわゆる横電界方式の液晶表示装置に関する。
従来のTN(Twisted Nematic)方式などの液晶表示装置は、2枚の透明基板間に液晶を封入し、各基板に設けられた透明電極により基板に垂直な方向に電界を印加することにより液晶分子の配向を制御する。これに対し、近年では、液晶に印加する電界の方向を基板にほぼ平行な方向とする方式が知られている(例えば特許文献1を参照)。これらは、横電界方式、IPS(In-Plane Switching)方式などと呼ばれている。
上記の液晶表示装置では、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用いたTFT(Thin Film Transistor)駆動方式を採用している。しかし、TFT素子を形成するためには露光、現像、エッチングなどの処理を繰り返し行う必要があるため、製造工程が長くなり、そのコストも増加するという欠点がある。
なお、従来の縦電界駆動モードの液晶パネルにおいて、表示データに基づいてパルス幅変調又は電圧変調により信号電圧を生成する駆動方法が知られているが、表示画像に横筋むらや縦クロストークが発生し、表示品位が低下するという問題がある。この観点から、液晶パネルの画素電極間に遮蔽構造が提案されている(例えば特許文献1及び2を参照)。しかし、そのような遮蔽構造を採用すると、開口率が低下してしまうという問題がある。
特開2000−162602号公報 特開2003−87734号公報 特開平11−337980号公報
本発明は、スイッチング素子として、TFD(Thin Film Diode)などの非線形抵抗素子を使用することにより、横電界方式の液晶表示装置の製造工程を単純化することを課題とする。
本発明の1つの観点では、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置において、前記基板の一方は、第1の電極群と、前記第1の電極群と絶縁層を介して交差する第2の電極群と、前記第2の電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、前記第1の電極群と対向し、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極と、を備える。
上記の電気光学装置は、例えば一対の基板間に電気光学物質として液晶を挟持した液晶表示装置とすることができる。一対の基板のうちの一方は、電極基板として構成され、その上に、第1の電極群と、第1の電極群と絶縁層を介して交差する第2の電極群と、第2の電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、第1の電極群と対向し、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極とが形成されている。この構成により、非線形抵抗素子の一端には第2の電極群が接続され、非線形抵抗素子の他端には画素電極が接続される。また、画素電極は第1の電極群と対向して配置される。よって、第1の電極群と画素電極に通電することにより、基板平面に略平行な方向にいわゆる横方向電界が発生し、その横方向電界により液晶などの電気光学物質の配向が制御される。また、非線形抵抗素子は金属−絶縁層−金属のいわゆるTFD(MIM)構造であるため、製造工程が単純である。よって、低コストでいわゆる横電界方式の表示装置を製作することができる。
上記の電気光学装置の一態様では、前記非線形抵抗素子は、前記第1の電極群を構成する材料を酸化して形成することができる。また、前記絶縁層は、前記第1の電極群を酸化して形成することができる。こうして、例えば陽極酸化法その他の酸化工程により、絶縁層を容易に形成することができる。
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記画素電極の一部は、前記絶縁層を介して前記第1の電極群に重なっている。これにより、その部分に保持容量を形成することができる。
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記第1の電極群の一部を、前記第2の電極群を構成する材料により覆うことができる。また、前記第2の電極群の下層に、前記第1の電極群を構成する材料により下地電極を設けることができる。これにより、第1の電極群の一部、及び、第2の電極群をそれぞれ低抵抗化することができる。
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記絶縁層は樹脂層とすることができる。この場合、前記樹脂層は、前記第1の電極群と前記第2の電極群とが交差する領域にのみ設けてもよく、前記非線形抵抗素子の領域を除く他の領域全体に設けてもよい。さらに、前記樹脂層をカラーフィルタ層と兼用とすることができる。これにより、別個にカラーフィルタ層を形成する必要がなくなる。
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記第1の電極群における1つの電極線と、前記1つの電極線の両側に設けられた一対の非線形抵抗素子と、前記1つの電極線の両側に設けられた一対の画素電極とにより、1つの表示単位が構成される。これにより、片方の画素電極側が表示不良となっても、他方により表示が可能となる。
この場合、前記一対の非線形抵抗素子は、電気特性が異なることとしてもよい。また、前記一対の画素電極の各々は、前記1つの電極線との間の電極間隔が異なることとしてもよい。非線形抵抗素子の長さ及び/又は画素電極の電極間隔を異ならせることにより、各画素電極の領域における表示特性を異ならせ、視野角を改善することが可能となる。
また、上記の電気光学装置の他の一態様では、前記画素電極は、前記第2の電極群の一部により囲まれており、前記第1の電極群に走査電圧を印加し、前記第2の電極群に、表示データに基づいてパルス幅変調された駆動電圧を与える駆動回路と、を備えることができる。これにより、電気光学パネルに画像データを表示することができる。一般的な縦電界モードの液晶表示装置などでは、パルス幅変調を用いた駆動方式を採用した場合に、表示画像に横筋状の表示むらが発生することがあるが、上記の電気光学装置では、画素電極が第1の電極群により囲まれて電気的に遮蔽された構造を有するため、横筋状の表示むらの発生を防止することができる。
本発明の他の観点では、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置において、前記基板の一方は、前記一方の基板上に設けられた電極層と、前記電極層上に絶縁層を介して設けられた電極群と、前記電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、前記電極層上に前記絶縁層を介して設けられ、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極と、を備える。
上記の電気光学装置は、例えば一対の基板間に電気光学物質として液晶を挟持した液晶表示装置とすることができる。一対の基板のうちの一方は、電極層と、前記電極層上に絶縁層を介して設けられた電極群と、前記電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、前記電極層上に前記絶縁層を介して設けられ、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極とが設けられる。よって、電極層及び画素電極に通電することにより、基板平面に略平行な方向にいわゆる横方向電界が発生し、その横方向電界により液晶などの電気光学物質の配向が制御される。また、非線形抵抗素子は金属−絶縁層−金属のいわゆるTFD(MIM)構造であるため、製造工程が単純である。よって、低コストでいわゆる横電界方式の表示装置を製作することができる。
上記の電気光学装置において、前記電極層を透明材料により構成すれば透過表示を行うことができ、反射材料により構成すれば反射表示を行うことができる。
また、上記の電気光学装置の他の一態様は、前記画素電極は、前記第1の電極群の一部により囲まれており、前記第1の電極群に走査電圧を印加し、前記第2の電極群に、表示データに基づいて電圧変調された駆動電圧を与える駆動回路と、を備えることができる。これにより、電気光学パネルに画像データを表示することができる。一般的な縦電界モードの液晶表示装置などでは、電圧変調を用いた駆動方式を採用した場合に、表示画像に縦クロストークが発生することがあるが、上記の電気光学装置では、画素電極が第1の電極群により囲まれて電気的に遮蔽された構造を有するため、縦クロストークの発生を防止することができる。
本発明の他の観点では、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置の製造方法は、一方の基板上に電極を形成し、酸化する第1工程と、前記電極の一部を分離し、第1の電極群及び非線形抵抗素子を形成する第2工程と、前記第1の電極群上に絶縁層を形成する第3工程と、前記第1の電極群と前記絶縁層を介して交差するとともに前記非線形抵抗素子の一端と接続された第2の電極群、及び、前記第1の電極群と対向するとともに前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極を形成する第4工程と、を有する。
上記の電気光学装置は、例えば一対の基板間に電気光学物質として液晶を挟持した液晶表示装置とすることができる。非線形抵抗素子の一端には第1の電極群が接続され、非線形抵抗素子の他端には画素電極が形成される。また、画素電極は第1の電極群と対向して配置される。よって、第1の電極群と画素電極に通電することにより、基板平面に略平行な方向にいわゆる横方向電界が発生し、その横方向電界により液晶などの電気光学物質の配向が制御される。また、非線形抵抗素子は金属−絶縁層−金属のいわゆるTFD(MIM)構造であるため、製造工程が単純である。よって、低コストでいわゆる横電界方式の表示装置を製作することができる。
上記の電気光学装置の製造方法において、前記絶縁層は前記第1の電極群を酸化することにより形成してもよく、前記第1の電極群上に樹脂層を塗布することにより形成してもよい。
また、前記第1の電極群の一部分上に前記第2の電極群を形成することにより、第1の電極群を低抵抗化することができる。また、前記第1工程において前記第2の電極群に対応する領域にも前記電極群を形成することにより、第2の電極群を低抵抗化することができる。
本発明の他の観点では、一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置の製造方法は、一方の基板上に電極層を形成する第1工程と、前記電極層の一部を分離して非線形抵抗素子を形成する第2工程と、前記電極層上に絶縁層を形成する第3工程と、前記非線形抵抗素子の一端と接続された電極群、及び、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極を前記絶縁層上に形成する第4工程と、を有する。
上記の電気光学装置は、例えば一対の基板間に電気光学物質として液晶を挟持した液晶表示装置とすることができる。一対の基板のうちの一方は、電極層と、前記電極層上に絶縁層を介して設けられた電極群と、前記電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、前記電極層上に前記絶縁層を介して設けられ、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極とが設けられる。よって、電極層及び画素電極に通電することにより、基板平面に略平行な方向にいわゆる横方向電界が発生し、その横方向電界により液晶などの電気光学物質の配向が制御される。また、非線形抵抗素子は金属−絶縁層−金属のいわゆるTFD(MIM)構造であるため、製造工程が単純である。よって、低コストでいわゆる横電界方式の表示装置を製作することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
[液晶表示装置の全体構造]
図1に本発明を適用した液晶表示装置の概略構造を示す。液晶表示装置100は、IPS(In-Plane Switching)方式やFFS(Fringe Field Switching)方式などのいわゆる横電界方式の液晶表示装置である。従来の垂直駆動型の液晶表示装置は、2枚の透明基板間に挟持された液晶に対して、透明基板面に垂直な方向に駆動電界を与えて液晶の配向を駆動している。これに対し、横電界方式の液晶表示装置では、電極構造が形成された基板側において、透明基板面に略平行な方向に駆動電界を発生させて液晶分子の配向を制御する。
図1において、液晶表示装置100は、シール材3を介して貼着された下側基板10と上側基板20との間に液晶を封入して構成される。なお、下側基板10は、後述する横電界方式の電極構造が形成されるため、「電極基板」とも呼ばれる。
図1において、下側基板10は、ガラス基板などの透明基板11を備え、その透明基板11の内面側(図中上側)には、後述する横電界方式の各種の電極構造1が形成される。また、電極構造1上には配向膜13が形成される。一方、上側基板20は同じくガラスなどの透明基板21を備え、その内面側(図中下側)には、カラーフィルタ22が形成され、さらにその下側に配向膜23が形成される。電極構造1により、矢印に示すように横方向の電界Eが形成され、その電界Eにより液晶層内の液晶分子の配向が制御される。ここで、本発明では、電極構造1をTFD構造により形成することを基本的特徴とする。
以下、電極構造1の好適な実施形態について詳しく説明する。
[第1実施形態]
第1実施形態は、IPS方式の電極構造1を備える。図2は、第1実施形態の電極構造の一部分の製造工程を示す平面図であり、図3及び図4はその部分断面図である。なお、図2は、縦方向に並んだ2画素分の領域を示している。また、図3は図2におけるX1−X1’断面図であり、図4は図2におけるX2−X2’断面図である。
電極構造1の製造方法は、図示のように、まず、工程P1として、透明基板11上にタンタル(Ta)などにより信号電極110を形成する。具体的には、タンタルをガラスの透明基板11上にスパッタリングにより形成し、それをフォトリソグラフィーにより図示のような形状とする。さらに、これを陽極酸化などにより酸化して表面に酸化膜(TaOx)を形成する。
次に、工程P2で、形成した信号電極110の一部を分離してTFD素子部111を形成する。次に、工程P3として、TFD素子部111以外の信号電極110のみをさらに酸化して絶縁層112としての酸化膜(TaOx)を形成する。そして、工程P4として、図示のように、TFD素子部111上に画素電極114を形成するとともに、TFD素子111及び信号電極110上に共通電極113を形成する。これら画素電極114及び共通電極113は例えばクロム(Cr)などにより形成される。具体的には、例えばクロムの薄膜をスパッタリングにより形成し、それをフォトリソグラフィーにより図示のような形状にする。こうして、TFD素子部分115が形成される。
信号電極110に走査電圧を印加し、さらに共通電極113に駆動電圧を印加すると、図4(d)に示すように、画素電極114と信号電極110との間に横方向電界Eが発生する。この横方向電界Eにより、液晶層内の液晶分子の配向が制御される。
なお、本実施形態では、図2に示すように、各画素領域内において信号電極110及び画素電極114は略「く」の字型に形成されているが、これは1つの画素を、図2の上方側から見た場合と下方側から見た場合の見え方を同等とし、視野角を改善するためであり、本発明において必須の構成ではない。即ち、信号電極110及び画素電極114を図2における縦方向に直線的に形成してもかまわない。
このように、IPS方式の電極構造1において、スイッチング素子としてTFD素子を形成することにより、TFT素子を形成する場合と比較して製造工程をかなり短縮することができる。
また、画素電極114は、平面視した場合に信号電極110により、共通電極115側以外の3方向を囲まれており、共通電極115により電気的に遮蔽(シールド)された構造となっている。これにより、後述するように隣接する画素電極や信号電極との間の寄生容量の影響を低減し、表示むらやクロストークを防止することが可能となる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る電極構造1の平面図を図5(a)に示し、そのX3−X3’における断面図を図5(b)に示す。図2と比較するとわかるように、第2実施形態の電極構造1は基本的に第1実施形態のものと同様である。但し、第2実施形態では、破線で示す領域119において画素電極114aを信号電極110と交差させ、保持容量を作り出している点が第1実施形態と異なる。
TFD素子部115の容量をCTFDとし、領域119の保持容量をCPIXとした場合、両者の比:CPIX/CTFD=6〜12程度とすることにより、良好なコントラストを得ることが可能となる。
具体的な製造方法は、図2〜4を参照して説明した第1実施形態とほぼ同様であり、工
程P4において、クロムをスパッタリングにより形成した後、フォトリソグラフィーにより画素電極114aをパタ−ニングする際に、領域119において画素電極114aが信号電極112と交差するようにすればよい。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態の第1実施例による電極構造1の平面図を図6(a)に示し、そのX4−X4’における断面図を図6(b)に示す。第3実施形態の第1実施例の電極構造は基本的に第1実施形態のものと同様である。但し、第3実施形態では、図6(a)に示されるように、信号電極110上にもクロムの電極116又は117を形成して、信号電極110を低低抗化している。第1実施形態で説明したように、工程P3では、信号電極110を陽極酸化することにより、信号電極110の表面上に絶縁層112として酸化膜が形成される。その結果、信号電極110はその酸化膜112の分だけ膜厚が減少し、抵抗が大きくなる。そこで、第3実施形態では、信号電極110上にさらにクロムの電極116又は117を形成して、信号電極110を低低抗化している。
なお、電極116は信号電極110の一部にのみクロムの電極を形成した例であり、電極117は信号電極110のほぼ全域(画素電極を挟む領域)に形成した例である。なお、実際には、電極構造1の全領域について、電極116又は117のいずれか一方を形成してもよいし、両者を組み合わせて形成してもよい。
電極116又は117が形成された部分では、図6(b)に示すように、タンタルの信号電極110上にタンタル酸化物の絶縁層112が形成され、その上にさらにクロムの電極116又は117が形成されることになる。このように、信号電極110上にクロムの電極116又は117を形成することにより、信号電極部分を低低抗化することができる。なお、クロムの電極116又は117の形成は、第1実施形態においてクロムの画素電極114及び共通電極113を形成する工程P4で同時に行うことができる。即ち、工程P4aとして、クロムをスパッタリングにより形成した後、フォトリソグラフィーにより、画素電極114、共通電極113及び電極116(又は117)をパターニングすればよい。クロムの電極116,117を形成するために新たな工程を追加する必要はないので、工程数を増加させることなく、信号電極110の低抵抗化が可能となる。
上記の例では、図6(b)に示すように、タンタルの信号電極110とクロムの電極116との間にタンタル酸化物の絶縁層112が介在する。よって、信号電極に与えられる駆動電圧のうち、高周波成分については信号電極110とクロムの電極116とは高周波的に短絡状態となり低抵抗化が図れるが、低周波及び直流成分についてはタンタル酸化物の絶縁層112が介在するため低抵抗化が不十分となりうる。
そこで、以下に述べる第3実施形態の第2実施例では、図7に示すように、クロムの電極116を形成する領域では、信号電極110上のタンタル酸化物の絶縁層112を除去し、信号電極110上に直接クロムの電極116を形成する。これにより、図7(b)に示すように、信号電極110の部分では、タンタルの信号電極110上に絶縁層を介さずにクロムの電極116が形成されることになり、高周波成分のみならず、低周波成分及び直流成分に対しても低低抗化が実現される。
この場合の製造方法は、工程P3までは第2実施形態のものと同様である。工程P3で絶縁層112が形成された後、工程P4bにおいて、クロムの電極116を形成する領域の絶縁層112を除去し、その上にクロムの電極116を形成すればよい。もちろん、画素電極114及び共通電極113も同じ工程P4bにおいて形成される。
なお、これらはクロムの電極117についても同様である。同様に信号電極を低低抗化するために、工程P1に先だって、タンタルの信号電極110の下にクロムなどの下地電極を形成することとしてもよい。
以上のように第3実施形態では、画素電極114及び共通電極113の形成工程において、さらに信号電極110上に電極116又は117を形成することにより、信号電極を低抵抗化することができる。
なお、本実施形態においても第2実施形態を同時に適用し、保持容量を確保することが
可能である。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明する。第3実施形態は信号電極を低低抗化するものであったが、第4実施形態は共通電極113を低抵抗化するものである。図8に、第4実施形態における電極構造の製造工程を平面図により示す。図2と比較すると理解されるように、第4実施形態では、共通電極113が形成される領域に、予めタンタルの下地電極118を形成しておく。これにより、共通電極113の部分は、タンタルの下地電極118上にクロムの共通電極113が形成された層構造となる。これは、第3実施形態の図7に示した例と同様であり、間に絶縁層が介在しないので直流成分から高周波成分に至るまで低低抗化が可能となる。
製造工程は、タンタルの下地電極118を形成する以外は、第1実施形態と基本的に同一である。即ち、図8に示すように、工程P11においてタンタルの信号電極110及び下地電極118を形成する。次に、工程P12において、信号電極110の一部を分離してTFD素子部111を形成し、工程P13において信号電極110上に陽極酸化などによりタンタル酸化物の絶縁層112を形成する。そして、工程P14において、クロムなどの画素電極114及び共通電極113を形成する。このとき、共通電極113は工程P11で形成された下地電極118上に形成されるので、共通電極部分の低抵抗化が可能となる。
なお、工程P11において、タンタルの信号電極110を形成した後、陽極酸化を行った場合は、第3実施形態のうち図6に示したものと同様に、タンタルの下地電極118とクロムの共通電極113との間にタンタル酸化物の絶縁層が介在することになるので、直流及び低周波成分に対する低抵抗化の効果は低下することが予想される。これに対し、工程P11において信号電極110及び下地電極118を陽極酸化しないこととすれば、下地電極118と共通電極113との間にタンタル酸化物の絶縁層が介在しないので、直流から高周波成分に至るまで、低抵抗化が可能となる。
なお、第4実施形態による共通電極の低低抗化は、第3実施形態による信号電極の低抵抗化と同時に適用することができる。また、本実施形態においても第2実施形態を同時に適用し、保持容量を確保することが可能である。
[第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明する。上述の第1〜第4実施形態においては、信号電極110と共通電極113とを絶縁するために、タンタルなどの信号電極110を陽極酸化し、タンタル酸化物の絶縁層112を形成している。これに対し、第5実施形態では、タンタル酸化物の絶縁層112を形成する代わりに、信号電極110上にアクリルなどの樹脂により絶縁層を形成し、信号電極110と共通電極113とを絶縁する。
図9に、第5実施形態の第1実施例による電極構造の製造工程を平面図により示す。まず、工程P21においてガラスなどの透明基板11上にタンタルなどの信号電極110を形成して酸化し、工程P22においてその一部を分離してTFD素子部111を形成する。ここまでは、第1実施形態における工程P1及びP2と同様である。
次に、工程P23において、信号電極110を覆うように、アクリルなど透明樹脂の絶縁層120を形成する。これは例えばアクリル樹脂を信号電極110上に塗布することにより行うことができる。次に、工程P24において、信号電極110と共通電極113とが交差する領域121以外の領域において、形成した絶縁層120を除去する。これにより、図9に示すように、信号電極110のうち、共通電極113と交差する領域121のみに樹脂絶縁層が残ることになる。
そして、工程P25において、第1実施形態などと同様に、クロムなどの画素電極114及び共通電極113を形成する。このとき、領域121においては、工程P23及びP24において樹脂絶縁層が形成された上に共通電極113が形成される。よって、信号電極110と共通電極113との間に樹脂絶縁層が介在することにより、両電極は電気的に絶縁される。
次に、第5実施形態の第2実施例について説明する。図9に示した第1実施例では、工程P23において信号電極全体を覆うようにアクリルなどの絶縁層120を形成した後、工程P24において信号電極110と共通電極113が交差する領域121のみ絶縁層120を残し、他の領域の絶縁層120を除去した。その結果、最終的には、信号電極110と共通電極113とが交差する領域121のみに樹脂の絶縁層が残った構造となっている。これに対し、図10に示す第2実施例では、共通電極113とTFD素子部111とが導通する領域123のみ樹脂絶縁層を除去する。よって、信号電極110と共通電極113とが交差する領域121を含む、他の領域には樹脂絶縁層が残った構造となる。
基本的な電極構造としては、信号電極110と共通電極113が交差する部分では両電極を絶縁することが必要であり、かつ、画素電極114及び共通電極113はTFD素子部111と導通する必要がある。よって、図9の例では、信号電極110と共通電極113とが交差する部分のみに樹脂絶縁層を残し、TFD素子111の部分では樹脂絶縁層を除去している。これに対し、図10の例では、信号電極110と共通電極113とが交差する部分を含む全体領域に樹脂絶縁層を残し、TFD素子部111の領域123のみ樹脂絶縁層を除去して、TFD素子111と画素電極114及び共通電極113との導通を可能としている。
図10に、第2実施例の電極構造の製造工程を平面図により示す。まず、工程P31で信号電極110を形成して酸化し、工程P32でその一部を分離してTFD素子部111を形成する。次に、信号電極110及びTFD素子部111を覆うように、アクリルなどの透明樹脂により絶縁層120を形成する。ここまでは、図9に示した例の工程P21〜P23と同様である。
次に、工程P34で、TFD素子部111の領域123のみにおいて、アクリルの絶縁層120を除去する。そして、絶縁層120上にクロムなどの画素電極114及び共通電極113を形成する。TFD素子部111の領域123では、工程P34で樹脂絶縁層が除去されているので、TFD素子111と画素電極114及び共通電極113との導通が確保される。
また、TFD素子111の領域123以外の領域にはアクリルの絶縁層が残っているので、信号電極110と共通電極113との間にはアクリルの絶縁層が介在しており、信号電極110と共通電極113との絶縁も確保される。
なお、本実施形態においても第2実施形態を同時に適用し、保持容量を確保することが可能である。
図11に、第5実施形態の応用例を示す。図10に示した例では、TFD素子部111の領域123以外にアクリルの絶縁層120が残っているが、図11に示す応用例では、このアクリルの絶縁層120をカラーフィルタ層とする。図11は、RGBのサブピクセルから構成される縦方向の2画素分の電極構造を示している。各サブピクセル内の電極構造は図10に示したものと同様であり、TFD素子部111の領域123以外の領域にRGB各色のカラーフィルタと兼用のアクリル絶縁層が形成されている。このアクリル絶縁層は、図11の左側から、赤色カラーフィルタとしても機能するアクリル絶縁層120R、緑色カラーフィルタとしても機能するアクリル絶縁層120G、及び、青色カラーフィルタとしても機能するアクリル絶縁層120Bにより構成されている。これら3つのサブピクセルにより、カラー1画素が構成される。
カラーフィルタと兼用のアクリル絶縁層120R〜120Bは、例えぱ各色の顔料を分散したアクリル樹脂のレジストを塗布し、露光、現像及び必要なエッチングを行うことにより形成することができる。このように、アクリルの絶縁層をカラーフィルタ層と兼用とすることにより、図1に示す上側基板20側のカラーフィルタ層22を省略することができ、製造工程の簡略化が可能となる。
[第6実施形態]
次に、第6実施形態について説明する。第6実施形態は、電極構造1における各電極の形状の変形に関する。図12に第6実施形態による電極構造1の例を示す。上記の第1〜第5実施形態では、信号電極110及び画素電極114を略「く」の字型に形成したが、図12に示す第6実施形態では、信号電極110及び画素電極114を略「へ」の字型に形成している。なお、各電極の製造方法は基本的に第1実施形態と同様である。即ち、ガラスなどの透明基板11上にまずタンタルの信号電極110を形成し、必要に応じて陽極酸化した後、その一部を分離してTFD素子部111を形成する。次に、信号電極110を陽極酸化して、信号電極110上にタンタル酸化物により絶縁層112を形成し、さらにクロムなどにより画素電極114及び共通電極113を形成する。
なお、本実施形態の電極構造においても、第1実施形態と同様に、上述の第2〜第5実
施形態を適用することが可能である。
[第7実施形態]
次に、第7実施形態について説明する。第7実施形態は、電極構造1における各電極の配列の応用に関する。上述の第1〜第6実施形態では、画素電極の両側に信号電極を形成し、横方向電界を発生させているが、第7実施形態では、1本の信号電極の両側にTFD素子及び画素電極を略対称に形成し、これにより1画素(1サブピクセル)を形成する。
図13に、第7実施形態に係る電極構造の第1実施例を示す。図示のように、絶縁層112により覆われた1本の信号電極110の両側にTFD素子部111を形成し、各々に導通するように一対の画素電極114を形成する。また、信号電極110と略直交するように共通電極113を形成する。1本の信号電極110と一対の画素電極114を含む領域130が1つのサブピクセルを形成する。この電極構造によれば、例えば図2に示す第1実施形態の電極構造と比較すると、一対の画素電極114により1本の信号電極110を共用している分、1サブピクセル当たりの開口率を向上させることができる。また、一対のTFD素子111及び画素電極114により1つのサブピクセルを構成しているので、一方のTFD素子111が不良となった場合でも、他方のTFD素子111が正常に動作していれぱ、そのサブピクセル自体が表示不能となることが避けられるという利点もある。
さらには、信号電極110と、その両側に形成された画素電極114との距離、即ち電極間隔Dを1つのサブピクセル内で異ならせることにより、視野角の改善が可能となる。具体的には、図13に示すように、信号電極110と左側の画素電極114との電極間隔をD1、信号電極110と右側の画素電極114との電極間隔をD2とし、D1とD2とを異ならせる。これにより、信号電極110の両側において、画素電極114との間に発生する横方向電界の強度を異ならせることができる。よって、1つのサブピクセル130内の左右の領域で、駆動特性(液晶に対して印加する駆動電圧と、それに対する液晶層の透過率との関係を示す特性)を異ならせることができる。よって、電極間隔D1及びD2を適切に設定し、駆動特性を調整することにより、駆動電圧が変化しても、1サブピクセル全体として所定の透過率が得られるようにし、視野角を改善することが可能となる。さらに、電極間隔D1及びD2を調整することにより、1サブピクセル130内の左右の領域で駆動特性を異ならせ、一方を透過領域、他方を反射領域とすることもできる。
図14に、第7実施形態に係る電極構造の第2実施例を示す。図示のように、第2実施例は、略直交するように形成された信号電極110と共通電極113の上下左右の周辺4領域にそれぞれTFD素子部111及び画素電極114を形成し、それら4領域により1つのサブピクセルを形成する。これにより、4領域のうち3領域においてTFD素子部111に不良が生じても、残る1領域により表示が可能となる。また、第1実施例と同様に、各領域における電極間距離を異ならせることにより、各領域を透過領域又は反射領域として使用したり、視野角を改善することができる。
図15に、第7実施形態に係る電極構造の第3実施例を示す。この例では、図14に示す第2実施例と同様に、略直交して形成された信号電極110と共通電極113とにより形成される周辺4領域にそれぞれTFD素子部111及び画素電極114を形成する。さらに、図15の第3実施例では、TFD素子部111の大きさをそれぞれ異ならせている。TFD素子部111の大きさを異ならせると、スイッチング素子であるTFD素子の駆動特性が異なることとなり、印加される駆動電圧に対する液晶層の透過率の特性を各領域毎に異ならせることができる。よって、先に述べた電極間距離Dを調整するのと同様に、各領域を透過領域又は反射領域として使用したり、各領域で異なる特性を実現して1つのサブピクセル全体としての視野角を改善することができる。
[第8実施形態]
次に、第8実施形態について説明する。上述の第1〜第7実施形態は横電界方式としてIPS方式を使用したものであったが、第8実施形態ではその代わりにFFS方式を使用する。上述のように、IPS方式は、ガラス基板などの透明基板11上に線状の信号電極及び画素電極を形成し、それらに通電することにより生じる横方向電界により液晶分子の配向を制御するものである。これに対し、FFS方式は、画素領域のうち、TFD素子部を除く表示領域において透明基板上に信号電極層を形成するとともに、絶縁層を介してその上に線状の画素電極を形成し、両電極間に略横方向の電界を発生させるものである。
図16に第8実施形態の第1実施例による電極構造を示す。図16(a)は電極構造の平面図であり、図16(b)はX6−X6’における断面図である。図示のように、透明基板11上に、表示領域に対応する範囲に渡って信号電極210を形成し、その一部をTFD素子部211として分離する。次に、信号電極210上に絶縁層220を形成し、次にTFD素子部211の領域222のみ絶縁層220を除去し、さらに絶縁層220上にクロムなどの画素電極214及び共通電極213を形成する。なお、画素電極214に加え、必要に応じて複数の補助画素電極227を形成してもかまわない。信号電極210と共通電極220は絶縁層220により絶縁され、かつ、TFD素子部111の領域222では絶縁層220が除去されているので、画素電極214及び共通電極213とTFD素子部111との導通が確保される。
この構成により、図16(b)に示すように、信号電極210上に絶縁層220を介して画素電極214及び227が配置された構造となり、画素電極と信号電極との間に略横方向の電界Eが形成される。この電界Eにより液晶分子の配向が制御される。信号電極210としては、ITO(Indium-TinOXide)などの透明電極を形成することにより、透過表示を行うことができる。なお、信号電極210の全体をITOで形成する代わりに、信号電極の周囲のみをタンタルなどにより形成し、その内側領域(画素領域のうち表示領域に対応する中央部分)にITOの電極を形成することとしてもよい。また、絶縁層220としては、アクリル樹脂などの透明樹脂を用いることが好ましい。
図17に第8実施形態の第2実施例の電極構造を示す。図17(a)は電極構造の平面図であり、図17(b)はX7−X7’における断面図である。第2実施例では、図17に示すように、信号電極210としてアルミニウムなどの反射材料を使用する。これにより反射表示を行うことができる。また、信号電極210の全体をアルミニウムなどの反射材料で形成する代わりに、信号電極210の周囲のみをタンタルなどにより形成し、その内側領域(画素領域のうち表示領域に対応する中央部分)にアルミニウムなどの反射材料で電極を形成することとしてもよい。
[第9実施形態]
次に、第9実施形態について説明する。第9実施形態は、第8実施形態において説明したFFS方式の電極構造において、1画素(サブピクセル)領域内に透過領域及び反射領域を同時に形成する方法に関する。図18(a)に、1画素(サブピクセル)内に透過領域と反射領域とを備えるFFS方式の電極構造例を示す。信号電極210aはITOなどの透明電極であり、透過領域を構成する。また、信号電極210bはアルミニウムなどの反射電極であり、反射領域を構成する。それら信号電極210a及び210b上に透明絶縁層220が形成されている。TFD素子部211の領域222においては透明絶縁層220が除去され、TFD素子部211と画素電極214及び共通電極213とが導通して、スイッチング素子としてのTFD素子を形成している。これにより、半透過反射型の表示が可能となる。
図18(b)は、透過領域と反射領域を上下逆にしたものであり、信号電極210cはアルミニウムなどの反射電極であり、信号電極210dはITOなどの透明電極である。このように、信号電極としてITOなどの透明電極とアルミニウムなどの反射電極を同一画素内に形成することにより、半透過反射表示が実現できる。
[第10実施形態]
次に、第10実施形態について説明する。第9実施形態はFFS方式の電極構造において1画素内に透過領域と反射領域とを形成した例であったが、第10実施形態はIPS方
式の電極構造において1画素内に透過領域と反射領域を形成する例である。
図19に第10実施形態の電極構造の平面図を示す。ガラス基板などの透明基板11上にタンタルなどにより信号電極310を形成するとともに、信号電極310に囲まれた領域の一部(図19の例では下側半分)に反射層341を形成する。なお、反射層341は絶縁性物質で形成するか、または、信号電極310とは絶縁させて形成する。信号電極310及び反射層341の上にアクリル樹脂などにより透明絶縁層320を形成し、TFD素子部311に対応する領域322のみ透明絶縁層320を除去し、クロムなどにより画素電極314及び共通電極313を形成する。これにより、反射層341が形成された領域が反射領域として機能し、反射層341が形成されていない領域が透過領域として機能することとなり、半透過反射型表示が可能となる。
なお、図19の例では反射層341を表示領域の下側半分に形成しているが、代わりに上側半分に形成することも可能である。また、上記の例では、電極基板10側に反射層341を形成しているが、IPS方式の場合は反射層341は信号電極110と絶縁され、FFS方式の場合のように横方向電界の発生に寄与しないので、対向基板20側に形成してもかまわない。
[第11実施形態]
次に、第11実施形態について説明する。第11実施形態は、IPS方式における電界強度の調整に関する。前述のように、1つの画素領域内において、部分的に反射層を形成することにより、半透過反射型の表示が可能となるのであるが、透過光は液晶層を1回しか通過しないのに対して、反射光は液晶層を2回通過するので、透過光と反射光では液晶層の通過により与えられる複屈折量が相違することとなる。そこで、信号電極と画素電極との電極間距離を調整することにより、電界強度を調整し、透過光と反射光の複屈折量を調整する。
図20に、本実施形態による電極構造例を示す。既に説明したIPS方式の電極構造において、上側の領域を透過領域151とし、下側の領域を反射領域152とする。反射領域152の電極間隔D4を透過領域151の電極間隔D3の約2倍とすることにより、反射領域152における電界強度を透過領域151における電界強度の1/2とすることができる。これにより、透過領域151を1回のみ通過する透過光と、反射領域152を2回通過する反射光の複屈折量を同等とすることができる。
このように構成すると、図20から理解されるように、透過領域151より反射領域152の方が、電極が占める面積が広くなる。よって、本実施形態による電極構造を透明基板11上に配列する際には、図21に示すように、隣接する画素における透過領域151と反射領域152とが隣接する組み合わせで各画素を形成すれば、透明基板11上におけるスペース消費の無駄を低減することが可能となる。
[第1の駆動方法]
次に、上述の電極構造を有する液晶表示装置100の第1の駆動方法について説明する。
(電気的構成)
はじめに、上記の実施形態に係る液晶表示装置100の駆動回路の構成について説明する。図22は、液晶表示装置100の駆動回路の概略構成を模式的に示すブロック図である。
この図に示されるように、液晶表示装置100には、複数のデータ線1212(信号電極110に対応)が列(Y)方向に延在して形成される一方、複数の走査線(共通電極113に対応)1312が行(X)方向に延在して形成されるとともに、データ線1212と走査線1312との各交差に対応して画素1116(画素電極114などに対応)が形成されている。さらに、各画素1116は、液晶容量1118と、二端子型スイッチング素子の一例であるTFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)1220との直列接続からなる。このうち、液晶容量1118は、後述するように、画素電極1116とデータ線1212との間に存在する、電気光学物質の一例たる液晶層の容量となっている。
なお、この実施形態にあっては、説明の便宜上、走査線1312の総数を160本とし、データ線1212の総数を120本として、160行×120列のマトリクス型表示装置として説明するが、本発明をこれに限定する趣旨ではない。
Yドライバ1350は、一般には走査線駆動回路と呼ばれるものであり、走査信号Y1、Y2、Y3、…、Y160を、それぞれ1行目、2行目、3行目、…、160行目の走査線1312に供給するものである。詳細には、Yドライバ1350は、160本の走査線1312を後述するような順番で1本ずつ選択して、選択した走査線1312には選択電圧を、他の走査線1312には非選択電圧を、それぞれ供給するものである。
また、Xドライバ1250は、一般にはデータ線駆動回路と呼ばれるものであり、Yドライバ1350により選択された走査線1312に位置する画素1116に対し、データ信号X1、X2、X3、…、X120を、表示内容に応じてそれぞれ対応するデータ線1212を介して供給するものである。なお、Xドライバ1250およびYドライバ1350の詳細構成については後述することとする。
一方、制御回路1400は、Xドライバ1250およびYドライバ1350に対して、後述する階調データや、各種制御信号、クロック信号などを供給して、両者を制御するものである。また、駆動電圧形成回路1500は、電圧±VSと電圧±VD/2とをそれぞれ生成するものである。
ここで、本実施形態において、電圧±VSは、走査信号における選択電圧として用いられ、また、電圧±VD/2は、走査信号における非選択電圧と、データ信号におけるデータ電圧とで兼用される構成となっている。なお、非選択電圧とデータ電圧とを兼用するのではなく、異ならせても良いが、駆動電圧形成回路500が生成すべき電圧数が増加する分だけ、構成が複雑化する。
また、本実施形態において、走査線1312やデータ線1212に印加される電圧の極性基準は、データ線1212に印加されるデータ電圧±VD/2の中間電圧(仮想電圧)であり、これよりも高電位側を正極とし、低電位側を負極としている。
(制御回路)
次に、図22における制御回路1400によって生成される制御信号やクロック信号などの各種信号のうち、Y(垂直走査)側に用いられる信号について説明する。
第1に、スタートパルスDYは、図24に示されるように、1垂直走査期間(1F)の最初に出力されるパルスである。
第2に、クロック信号YCKは、Y側の基準信号であり、同図に示されるように、1水平走査期間(1H)の周期を有する。
第3に、極性指示信号POLは、走査信号における選択電圧の極性を指示するための信号であり、図26に示されるテーブルにしたがって出力されて、図24に示されるような論理レベルをとる。詳細には、極性指示信号POLにあって、1ブロックを構成する4本の走査線が選択される4水平走査期間(ブロック期間)では、1水平走査期間(1H)毎に論理レベルが反転し、次のブロック期間において最初の1水平走査期間での論理レベルは、直前ブロックにおいて最後の1水平走査期間での論理レベルと同一となっている。さらに、極性指示信号POLでは、交流駆動化のために、ある垂直走査期間(フレーム)と、その直前・直後の垂直走査期間とにおいても、論理レベルが反転した関係となっている。なお、図24において「+」は、正極の選択電圧を印加することを意味し、「−」は、負極の選択電圧を印加することを意味する。
次に、X(水平走査)側に用いられる信号について説明する。
第1に、スタートパルスDXは、図28に示されるように、1行分の階調データDpixの供給開始タイミングにおいて出力されるパルスである。ここで、階調データDpixは、画素の階調を指示するデータであり、本実施形態では、便宜上、3ビットする。したがって、本実施形態に係る表示装置は、3ビットの階調データDpixにしたがって8(=23)階調の濃淡表示を画素毎に行うものとなる。
第2に、クロック信号XCKは、X側の基準信号であり、その周期は、同図に示されるように、階調データDpixの1画素分が供給される期間に相当している。
第3に、ラッチパルスLPは、1水平走査期間(1H)の開始時に立ち上がるパルスであって、図28に示されるように、1行分の階調データDpixが供給された後のタイミングにて出力されるパルスである。
第4に、階調コードパルスGCPは、図29に示されるように、1水平走査期間(1H)において、中間階調に応じた期間の位置にそれぞれ配列するパルスである。ここで、本実施形態において、3ビットの階調データDpixが、(000)であれば白色表示を指示する一方、(111)であれば黒色表示を指示するものとすると、階調コードパルスGCPは、1水平走査期間(1H)において、白色または黒色を除く灰色の(110)、(101)、(100)、(011)、(010)、(001)の6個に対応してパルスを配列したものとなっている。なお、図29において、階調コードパルスGCPは、実際には、画素の印加電圧−濃度特性(V−I特性)を考慮して設定される。
(Yドライバ)
次に、Yドライバ1350の詳細について説明する。図23は、このYドライバ1350の構成を示すブロック図である。この図において、シフトレジスタ1352は、走査線1312に総数に対応した160ビットシフトレジスタである。
詳細には、シフトレジスタ1352は、1垂直走査期間の最初に供給されるスタートパルスDYをクロック信号YCKにしたがって順次シフトして、転送信号YS1、YS2、YS3、…、YS160として順次出力するものである。ここで、転送信号YS1、YS2、YS3、…、YS160は、それぞれ1行目、2行目、3行目、…、160行目の走査線1312にそれぞれ1対1に対応するものであって、いずれかの転送信号がHレベルになると、それに対応する走査線1312を選択すべきであることを意味する。
次に、転送信号YS1、YS2、YS3、…、YS160は、それぞれ各行に対応して設けられたAND回路1353の一端に供給されている。一方、各行のAND回路1353の他端には、制御信号INHの反転信号が共通に供給されている。ただし、本実施形態において制御信号INHは、常時Lレベルであるので、各行のAND回路1353の出力は、それぞれ転送信号YS1、YS2、YS3、…、YS160、そのままとなる。
続いて、電圧選択信号形成回路1354は、転送信号YS1、YS2、YS3、…、YS160のほか、極性指示信号POLから、走査線1312に印加すべき電圧を定める電圧選択信号a、b、c、dのいずれかを、走査線1312毎に出力するものである。
ここで、本実施形態において、走査線1312に印加される走査信号の電圧は、上述したように+VS(正極側選択電圧)、+VD/2(正極側非選択電圧)、−VS(負極側非選択電圧)、−VD/2(負極側選択電圧)の4値であり、このうち、非選択電圧は、選択電圧+VSが印加された後では+VD/2であり、選択電圧−VSが印加された後では−VD/2であって、直前の選択電圧により一義的に定まっている。
このため、電圧選択信号形成回路1354は、走査信号の電圧レベルが次の関係になるように、1本の走査線において、電圧選択信号a、b、c、dのいずれかを出力する。すなわち、転送信号Ys1、Ys2、…、Ys160のいずれかHレベルになって、それに対応する走査線1312を選択すべき水平走査期間である旨が指示されると、電圧選択信号形成回路1354は、当該走査線1312への走査信号の電圧レベルを、第1に、極性指示信号POLの信号レベルに対応した極性の選択電圧とし、第2に、当該転送信号がLレベルに遷移すると、当該選択電圧に対応する非選択電圧となるように電圧選択信号を生成する。
具体的には、電圧選択信号形成回路1354は、転送信号がHレベルになったときに、極性指示信号POLがHレベルであれば、当該転送信号に対応する行であって、正極側選択電圧+VSを選択させる電圧選択信号aを当該期間に出力し、この後、当該転送信号がLレベルになれば、正極側非選択電圧+VD/2を選択させる電圧選択信号bを出力する一方、転送信号がHレベルになったときに、極性指示信号POLがLレベルであれば、当該転送信号に対応する行であって、負極側選択電圧−VSを選択させる電圧選択信号cを当該期間に出力し、この後、当該転送信号がLレベルになれば、負極側非選択電圧−VD/2を選択させる電圧選択信号dを出力することになる。
次に、レベルシフタ1356は、電圧選択信号形成回路1354によって出力される電圧選択信号a、b、c、dの電圧振幅をそれぞれ拡大するものである。
そして、セレクタ1358は、電圧振幅が拡大された電圧選択信号a'、b'、c'、d'によって指示される電圧を、実際に選択して、対応する走査線1312の各々に走査信号として印加するものである。
(走査信号の電圧波形)
次に、走査信号の電圧波形を説明するために、Yドライバ1350の動作について検討する。
まず、図24に示されるように、1垂直走査期間(1F)のはじめに、スタートパルスDYが供給されると、当該スタートパルスDYは、シフトレジスタ1352によりクロック信号YCKにしたがって転送される結果、転送信号は、YS1、YS2、YS3、…、YS160の順番にて排他的にHレベルとなる。
一方、走査信号の電圧は、上述したように、対応する転送信号がHレベルとなったときにおける極性指示信号POLの論理レベルによって指示される。ここで、一般的にi行目の走査線1312について着目すると、当該走査線に供給される走査信号Yiは、転送信号YSiがHレベルになったときに、極性指示信号POLがHレベルであれば、正極側選択電圧+VSとなって、その後、正極側非選択電圧+VD/2に保持される一方、転送信号YSiがHレベルになったときに、極性指示信号POLがLレベルであれば、負極側選択電圧−VSとなって、その後、負極側非選択電圧−VD/2に保持される。
さらに、極性指示信号POLは、制御回路1400によって図26に示されるようなタイムテーブルにしたがって出力される。このため、各走査信号の電圧波形は、図25に示される通りとなる。
すなわち、極性指示信号POLは、1ブロックを構成する4本の走査線1312が選択される期間については、1水平走査期間毎にレベル反転するので(図24参照)、走査信号の極性は、1本毎に極性反転されることになる。すなわち、正極側選択電圧または負極側選択電圧が1水平走査期間(1H)毎に交互に選択される。
くわえて、極性指示信号POLは、あるブロックにおいて最後に走査線1312が選択される期間の論理レベルと、当該ブロックの次のブロックにおいて最初に走査線1312が選択される期間の論理レベルとは同一とされる。このため、ブロックの境界に位置する2本の走査線1312に供給される選択電圧は、互い同一極性となる。
また、同一の走査線1312に着目すると、極性指示信号POLの論理レベルは、1垂直走査期間毎に反転するので(図24、図26参照)、ある垂直走査期間において、ある走査線が選択されたときの選択電圧が、例えば正側選択電圧+VSであったとすると、次の垂直走査期間において、当該走査線が選択されたときの選択電圧は、負側選択電圧−VSとなる。
(Xドライバ)
次に、Xドライバ1250の詳細について説明する。図27は、このXドライバ1250の構成を示すブロック図である。この図において、シフトレジスタ2510は、1行分の階調データDpixの供給開始タイミングにおいて出力されるスタートパルスDXを、クロック信号XCKの立ち上がり毎に順次シフトして、サンプリング制御信号Xs1、Xs2、Xs3、…、Xs120として出力するものである。
続いて、レジスタ(Reg)2520は、データ線1212と1対1に対応して設けられ、クロック信号XCKに同期して供給される3ビット階調データDpixを、サンプリング制御信号の立ち上がりにてサンプリングして、保持するものである。さらに、ラッチ回路(L)2530は、レジスタ2520と1対1に対応して設けられ、対応するレジスタ2520によって保持された階調データDpixを、水平走査期間の開始時に立ち上がるラッチパルスLPによってラッチして出力するものである。
一方、カウンタ2540は、ラッチパルスLPの立ち上がりにて、階調データの黒色表示に相当する(111)を初期値としてセットするとともに、該初期値を階調コードパルスGCPが立ち上がる毎にダウンカウントして、その計数結果Cを出力するものである。
次に、コンパレータ(CMP)2550は、ラッチ回路2530と1対1に対応して設けられ、カウンタ2540による計数結果Cと、対応するラッチ回路2530によりラッチされた階調データDpixとを比較して、後者が前者以上となったときに、Hレベルとなる信号を出力するものである。
また、スイッチ2560は、極性指示信号POLがHレベルであれば、図において実線で示される位置をとって、データ電圧+VD/2を電圧供給線2562に、データ電圧−VD/2を電圧供給線2564に、それぞれ供給する一方、極性指示信号POLがLレベルであれば、図において破線で示される位置をとって、データ電圧+VD/2を電圧供給線2564に、データ電圧−VD/2を電圧供給線2562に、それぞれ供給するものである。
そして、スイッチ2570は、コンパレータ2550と1対1に対応して、すなわち、データ線1212と1対1に対応して設けられるものである。詳細には、スイッチ2570は、コンパレータ2550による比較結果を示す信号がLレベルであれば、図において実線で示されるように電圧供給線2562を選択する一方、該信号がHレベルであれば、図において破線で示されるように電圧供給線2564を選択して、それぞれ選択した電圧供給線に供給されているデータ電圧を、データ信号として、対応するデータ線1212に印加するものである。
(データ信号の電圧波形)
次に、データ信号の電圧波形を説明するために、Xドライバ1350の動作について検討する。
まず、図28に示されるように、スタートパルスDXがHレベルに立ち上がると、いずれかの行における1列目、2列目、3列目、…、120列目の画素に対応する階調データDpixが順番に供給される。
このうち、1列目の画素に対応する階調データDpixが供給されるタイミングにおいて、シフトレジスタ2510から出力されるサンプリング制御信号Xs1がHレベルに立ち上がると、当該階調データが、1列目に対応するレジスタ2520によってサンプリングされる。
次に、2列目の画素に対応する階調データDpixが供給されるタイミングにおいて、サンプリング制御信号Xs2がHレベルに立ち上がると、当該階調データが、2列目に対応するレジスタ2520によってサンプリングされる。以下同様にして、3列目、4列目、…、120列目の画素に対応する階調データDpixの各々が、それぞれ3列目、4列目、…、120列目に対応するレジスタ2520によってサンプリングされることになる。
続いて、ラッチパルスLPが出力されると(その論理レベルがHレベルに立ち上がると)、それぞれ各列のレジスタ2520によってサンプリングされた階調データDpixが、それぞれの列に対応するラッチ回路2530によって一斉にラッチされる。そして、このようにラッチされた階調データDpixと、カウンタ2540による計数結果Cとが、コンパレータ2550によってそれぞれ比較されることになる。
一方、計数結果Cは、図29に示されるように、ラッチパルスLPの立ち上がりによってセットされた(111)を、階調コードパルスGCPが立ち上がる毎に、カウンタ2550によってダウンカウントした値となる。
ここで、一般的にj列目のラッチ回路2530によってラッチされた階調データDpixが、白色に相当する(000)である場合を想定する。この場合、ラッチパルスLPが出力されてから階調コードパルスGCPが6回出力されても、計数結果Cが、ラッチされた(000)以下にならないので、j列目のコンパレータ2550による出力信号は、当該ラッチパルスLPによって規定される1水平走査期間にわたってLレベルを維持する。このため、j列目のスイッチ2570では、電圧供給線2562の選択が維持される。
そして、当該水平走査期間において極性指示信号POLがHレベルであれば、スイッチ2560によって電圧+VD/2が電圧供給線2562に供給されるので、データ信号Xjは、図29に示されるように、該水平走査期間にわたって電圧+VD/2のままとなる。
反対に、当該水平走査期間において極性指示信号POLがLレベルであれば、スイッチ2560によって電圧−VD/2が電圧供給線2562に供給されるので、データ信号Xjは、同図に示されるように、該水平走査期間にわたって電圧−VD/2のままとなる。
次に、一般的にj列目のラッチ回路2530によってラッチされた階調データDpixが、例えば灰色に相当する(100)である場合を想定する。この場合、ラッチパルスLPが出力されてから階調コードパルスGCPが3回出力された時点にて、計数結果Cが、ラッチされた(100)以下になるので、当該時点にて、j列目のコンパレータ2550による出力信号は、LレベルからHレベルに遷移する。このため、j列目のスイッチ2570における選択は、当該時点にて、電圧供給線2562から電圧供給線2564に選択が切り替わる。
そして、当該水平走査期間において極性指示信号POLがHレベルであれば、スイッチ2560によって、電圧+VD/2が電圧供給線2562に、電圧−VD/2が電圧供給線2564に、それぞれ供給されるので、データ信号Xjは、図29に示されるように、当該時点にて電圧+VD/2から電圧−VD/2に切り替わる。
反対に、当該水平走査期間において極性指示信号POLがLレベルであれば、スイッチ2560によって、電圧−VD/2が電圧供給線2562に、電圧+VD/2が電圧供給線2564に、それぞれ供給されるので、データ信号Xjは、同図に示されるように、当該時点にて電圧−VD/2から電圧+VD/2に切り替わる。
なお、ラッチされた階調データDpixが、(100)以外の灰色に相当する場合でも、コンパレータ2550による出力信号の遷移タイミングが異なる点を除いて、同様となる。
さらに、一般的にj列目のラッチ回路2530によってラッチされた階調データDpixが、黒色に相当する(111)である場合を想定する。この場合、ラッチパルスLPが出力された時点にて、直ちに、計数結果Cがラッチされた(111)以下になるので、j列目のコンパレータ2550による出力信号は、当該ラッチパルスLPによって規定される1水平走査期間にわたってHレベルを維持する。このため、j列目のスイッチ2570では、電圧供給線2564の選択が維持される。
そして、当該水平走査期間において極性指示信号POLがHレベルであれば、スイッチ2560によって電圧−VD/2が電圧供給線2564に供給されるので、データ信号Xjは、図29に示されるように、該水平走査期間にわたって電圧−VD/2のままとなる。
反対に、当該水平走査期間において極性指示信号POLがLレベルであれば、スイッチ2560によって電圧+VD/2が電圧供給線2562に供給されるので、データ信号Xjは、同図に示されるように、該水平走査期間にわたって電圧+VD/2のままとなる。
したがって、ラッチ回路2530によってラッチされた階調データDpixが同一である場合に、極性指示信号POLがHレベルである場合におけるデータ信号Xjと、極性指示信号POLがLレベルである場合におけるデータ信号Xjとは、データ電圧±VD/2の中心電圧(極性の基準電圧)に対して、互いに反転した関係になる。
(横筋むらの改善)
上述した第1の駆動方法においては、縦クロストークの発生を抑制しつつ、液晶表示装置100を低消費電力化することができる。しかし、上記の駆動方法を一般的な縦電界駆動モードの液晶パネルに適用すると、画素電極間の容量結合に起因して、複数本の走査線をまとめたブロックの境界部に、横筋状のむらが表示される可能性がある。このため、従来の縦電界駆動モードの液晶パネルにおいては、画素電極間に付加的な遮蔽構造を設けているものがある。
この点、本発明の各実施形態に係る液晶表示装置100は、例えば図2に示されるように、各画素電極114は、略コの字形状の信号電極110により囲まれており、電気的に遮蔽された構造となっている。よって、上記の駆動方法を適用した場合でも、付加的な遮蔽構造を設けることなく、横筋状のむらを防止することができ、明るく均一な画像を表示することが可能となる。
[第2の駆動方法]
次に、上述の電極構造を有する液晶表示装置100の第2の駆動方法について説明する。上述の第1の駆動方法は、表示データの階調値に基づくパルス幅変調により駆動電圧を生成し、これをデータ信号としてデータ線1212に印加して表示を行っている。即ち、表示データの階調はデータ線1212に印加されるデータ信号のパルス幅により規定されている。これに対し、第2の駆動方法は、表示データに基づく電圧変調により駆動電圧を生成し、これをデータ信号としてデータ線1212に印加して表示を行う。即ち、第2の駆動方法では、表示データの階調はデータ線1212に印加されるデータ信号の電圧により規定される。
第2の駆動方法による液晶表示装置100の駆動回路の全体構成は、基本的に図22に示す第1の駆動方法による駆動回路の構成と同一である。但し、第1の駆動方法においては、Xドライバ1250は表示データの階調値を用いたパルス幅変調によりデータ信号X1〜X120を生成したのに対し、第2の駆動方法においてはXドライバは表示データの階調値を用いた電圧変調によりデータ信号X1〜X120を生成する。それ以外の点は、基本的に第1の駆動方法と同様であるので、説明は省略する。
図30に、第2の駆動方法によるXドライバの概略構成を示す。図30に示すように、第2の駆動方法に係るXドライバ1270は、ラッチ回路1711と、シフトレジスタ1712と、サンプリングメモリ1713と、ホールド回路1714と、レベルシフタ1715と、D/A変換器1716と、出力バッファ1717と、階調電圧発生回路1719とを備える。
Xドライバ1270へは、スタートパルス信号SP、クロック信号CK、デジタルの表示データDrgb(Dr、Dg、Db)、ラッチ信号LS、及び、基準電圧Vrが入力される。表示データDrgbは、まずラッチ回路1711によりラッチされる。一方、表示データDrgbの転送を制御するためのスタートパルス信号SPは、クロック信号CKに同期してシフトレジスタ1712内を転送され、シフトレジスタ1712の最終段から、後段のXドライバへスタートパルス信号SPとして供給される。
シフトレジスタ1712の各段からの出力信号に同期して、ラッチ回路1711によりラッチされた表示データDrgbは、時分割でサンプリングメモリ1713内に一時的に記憶される。また、一時的に記憶された表示データDrgbは、ホールド回路1714へ供給される。
表示画像の1ライン分の表示データがサンプリングメモリ1713に記憶されると、ホール回路1714はラッチ信号LS(=水平同期信号)に基づいて、サンプリングメモリ1713からの出力信号を取り込む。そして、その出力信号をレベルシフタ1715へ出力するとともに、次のラッチ信号LSが入力されるまで、その信号を保持する。
レベルシフタ1715は、液晶表示パネルへの印加電圧レベルを処理するA/D変換回路1716に適合するよう、ホールド回路1714が保持した信号のレベルを変化させる。階調電圧発生回路1719は、電源などから供給される基準電圧Vrに基づいて階調表示用の複数のアナログ電圧を発生し、D/A変換回路1716へ供給する。D/A変換回路1716は、レベルシフタによりレベル変換された表示データに基づいて、階調電圧発生回路1719から供給される複数のアナログ電圧から1つのアナログ電圧を選択する。このアナログ電圧は表示データの階調を規定するものであり、出力バッファ1717を介してデータ信号X1〜X120として出力される。
(縦クロストークの改善)
上述した第2の駆動方法を一般的な縦電界駆動モードの液晶パネルに適用すると、画素電極と、その画素と隣接する画素に接続された信号電極との間の容量結合に起因して、画素電極に印加される実効電圧が変動し、縦クロストークが生じる可能性がある。このため、従来の縦電界駆動モードの液晶パネルにおいては、画素電極間に付加的な遮蔽構造を設けているものがある。
この点、本発明の各実施形態に係る液晶表示装置100では、例えば図2に示されるように、各画素電極114は略コの字形状の信号電極110により電気的に遮蔽された構造となっている。よって、上記の駆動方法を適用した場合でも、付加的な遮蔽構造を設けることなく、縦クロストークを防止することができ、明るく均一な画像を表示することが可能となる。
[電子機器]
次に、本発明による液晶表示装置100を電子機器の表示装置として用いる場合の実施形態について説明する。
図22は、本実施形態の全体構成を示す概略構成図である。ここに示す電子機器は、上記の液晶表示装置100を構成する液晶表示パネル400と、これを制御する制御手段410を有する。ここでは、液晶表示パネル400を、パネル構造体400Aと、半導体ICなどで構成される駆動回路400Bとに概念的に分けて描いてある。また、制御手段410は、表示情報出力源411と、表示情報処理回路412と、電源回路413と、タイミングジェネレータ414と、を有する。
表示情報出力源411は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などからなるメモリと、磁気記録ディスクや光記録ディスクなどからなるストレージユニットと、デジタル画像信号を同調出力する同調回路とを備え、タイミングジェネレータ414によって生成された各種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形で表示情報を表示情報処理回路412に供給するように構成されている。
表示情報処理回路412は、シリアル−パラレル変換回路、増幅・反転回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路などの周知の各種回路を備え、入力した表示情報の処理を実行して、その画像情報をクロック信号CLKとともに駆動回路400Bへ供給する。駆動回路400Bは、走査線駆動回路、データ線駆動回路及び検査回路を含む。また、電源回路413は、上述の各構成要素にそれぞれ所定の電圧を供給する。
次に、本発明に係る液晶表示パネルを適用可能な電子機器の具体例について図23を参照して説明する。
まず、本発明に係る液晶表示パネルを、可搬型のパーソナルコンピュータ(いわゆるノート型パソコン)の表示部に適用した例について説明する。図23(a)は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ710は、キーボード711を備えた本体部712と、本発明に係る液晶表示パネルを適用した表示部713とを備えている。
続いて、本発明に係る液晶表示パネルを、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図23(b)は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機720は、複数の操作ボタン721のほか、受話口722、送話口723とともに、本発明に係る液晶表示パネルを適用した表示部724を備える。
なお、本発明に係る液晶表示パネルを適用可能な電子機器としては、図23(a)に示したパーソナルコンピュータや図23(b)に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・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、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。
また、本発明は、液晶表示装置のみでなく、エレクトロルミネッセンス装置、有機エレクトロルミネッセンス装置、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、フィールド・エミッション・ディスプレイ(電界放出表示装置)などの各種の電気光学装置においても本発明を同様に適用することが可能である。
本発明を適用した液晶表示装置の概略構成を示す。 第1実施形態の電極構造の製造工程を示す平面図である。 第1実施形態の電極構造の製造工程を示す断面図である。 第1実施形態の電極構造の製造工程を示す断面図である。 第2実施形態の電極構造を示す平面図及び断面図である。 第3実施形態の第1実施例の電極構造を示す図である。 第3実施形態の第2実施例の電極構造を示す図である。 第4実施形態の電極構造の製造工程を示す平面図である。 第5実施形態の第1実施例の電極構造の製造工程を示す平面図である。 第5実施形態の第2実施例の電極構造の製造工程を示す平面図である。 第5実施形態の応用例の平面図である。 第6実施形態の電極構造の平面図である。 第7実施形態の第1実施例の電極構造の平面図である。 第7実施形態の第2実施例の電極構造の平面図である。 第7実施形態の第3実施例の電極構造の平面図である。 第8実施形態の第1実施例の電極構造の平面図及び断面図である。 第8実施形態の第2実施例の電極構造の平面図及び断面図である。 第9実施形態の電極構造の平面図である。 第10実施形態の電極構造の平面図である。 第11実施形態の電極構造の平面図である。 第11実施形態の電極構造の配列例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。 液晶表示装置におけるYドライバの構成を示すブロック図である。 Yドライバの動作を説明するためのタイミングチャートである。 Yドライバによる走査信号の電圧波形を説明するための図である。 表示装置の各行に印加される選択電圧の極性を示すタイムテーブルである。 第1の駆動方法によるXドライバの構成を示すブロック図である。 Xドライバの動作を説明するためのタイミングチャートである。 Xドライバによるデータ信号の電圧波形のタイミングチャートである。 第2の駆動方法によるXドライバの構成を示すブロック図である。 本発明を適用した電子機器の回路構成を示す概略ブロック図である。 本発明を適用した電子機器の例を示す。
符号の説明
1 電極構造、 10 下側基板、 11 透明基板、13、23 配向膜、
20 上側基板、 21 透明基板、 22 カラーフィルタ、
110、210、310 信号電極、 111 TFD素子部、 112 絶縁層、
113、213 共通電極、 114、214 画素電極、 120 樹脂絶縁層

Claims (26)

  1. 一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置において、前記基板の一方は、
    第1の電極群と、
    前記第1の電極群と絶縁層を介して交差する第2の電極群と、
    前記第2の電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、
    前記第1の電極群と対向し、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極と、を備えることを特徴とする電気光学装置。
  2. 前記非線形抵抗素子は、前記第1の電極群を構成する材料を酸化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。
  3. 前記絶縁層は、前記第1の電極群を酸化して形成されてい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。
  4. 前記画素電極の一部は、前記絶縁層を介して前記第1の電極群に重なっていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  5. 前記第1の電極群の一部は、前記第2の電極群を構成する材料により覆われていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  6. 前記第2の電極群の下層には、前記第1の電極群を構成する材料により下地電極が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  7. 前記絶縁層は樹脂層であ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。
  8. 前記樹脂層は、前記第1の電極群と前記第2の電極群とが交差する領域にのみ設けられていることを特徴とする請求項7に記載の電気光学装置。
  9. 前記樹脂層は、前記非線形抵抗素子の領域を除く領域に設けられていることを特徴とする請求項7に記載の電気光学装置。
  10. 前記樹脂層はカラーフィルタ層であることを特徴とする請求項7に記載の電気光学装置。
  11. 前記第1の電極群における1つの電極線と、前記1つの電極線の両側に設けられた一対の非線形抵抗素子と、前記1つの電極線の両側に設けられた一対の画素電極とにより、1つの表示単位が構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。
  12. 前記一対の非線形抵抗素子は電気特性が異なることを特徴とする請求項11に記載の電気光学装置。
  13. 前記一対の画素電極の各々は、前記1つの電極線との間の電極間隔が異なることを特徴とする請求項11又は12に記載の電気光学装置。
  14. 前記画素電極は、前記第1の電極群の一部により囲まれており、
    前記第1の電極群に走査電圧を印加し、前記第2の電極群に、表示データに基づいてパルス幅変調された駆動電圧を与える駆動回路と、を備えることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  15. 前記画素電極は、前記第1の電極群の一部により囲まれており、
    前記第1の電極群に走査電圧を印加し、前記第2の電極群に、表示データに基づいて電圧変調された駆動電圧を与える駆動回路と、を備えることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  16. 一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置において、前記基板の一方は、
    前記一方の基板上に設けられた電極層と、
    前記電極層上に絶縁層を介して設けられた電極群と、
    前記電極群と一端において接続された非線形抵抗素子と、
    前記電極層上に前記絶縁層を介して設けられ、かつ、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極と、を備えることを特徴とする電気光学装置。
  17. 前記電極層は透明材料により構成されることを特徴とする請求項16に記載の電気光学装置。
  18. 前記電極層は反射材料により構成されることを特徴とする請求項16に記載の電気光学装置。
  19. 前記画素電極は、前記第1の電極群の一部により囲まれており、
    前記第1の電極群に走査電圧を印加し、前記第2の電極群に、表示データに基づいてパルス幅変調された駆動電圧を与える駆動回路と、を備えることを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  20. 前記画素電極は、前記第1の電極群の一部により囲まれており、
    前記第1の電極群に走査電圧を印加し、前記第2の電極群に、表示データに基づいて電圧変調された駆動電圧を与える駆動回路と、を備えることを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  21. 一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置の製造方法において、
    一方の基板上に電極を形成し、酸化する第1工程と、
    前記電極の一部を分離し、第1の電極群及び非線形抵抗素子を形成する第2工程と、
    前記第1の電極群上に絶縁層を形成する第3工程と、
    前記第1の電極群と前記絶縁層を介して交差するとともに前記非線形抵抗素子の一端と接続された第2の電極群、及び、前記第1の電極群と対向するとともに前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極を形成する第4工程と、を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
  22. 前記絶縁層は前記第1の電極群を酸化することにより形成されることを特徴とする請求項21に記載の電気光学装置の製造方法。
  23. 前記絶縁層は前記第1の電極群上に樹脂層を塗布することにより形成されることを特徴とする請求項21に記載の電気光学装置の製造方法。
  24. 前記第1の電極群の一部分上に前記第2の電極群を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項21乃至23のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法。
  25. 前記第1工程は、前記第2の電極群に対応する領域にも前記電極を形成することを特徴とする請求項21乃至24のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法。
  26. 一対の基板間に電気光学物質を挟持してなる電気光学装置の製造方法において、
    一方の基板上に電極層を形成する第1工程と、
    前記電極層の一部を分離して非線形抵抗素子を形成する第2工程と、
    前記電極層上に絶縁層を形成する第3工程と、
    前記非線形抵抗素子の一端と接続された電極群、及び、前記非線形抵抗素子の他端と接続された画素電極を前記絶縁層上に形成する第4工程と、を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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