JP2008083217A - Liquid crystal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環境温度が低い場合に液晶を加熱可能な液晶装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal device capable of heating a liquid crystal when the environmental temperature is low.
液晶装置では、環境温度が低い場合には、液晶の配向状態の切り換わりが遅くなるなどの理由から、液晶装置に対して温度センサおよびヒータを外付けし、温度センサの測定結果に基づいて、環境温度が低い場合には、液晶装置をヒータで加温することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、液晶装置に温度センサおよびヒータを外付けすると、コストが増大するとともに、サイズが大型化してしまうという問題点がある。 However, when a temperature sensor and a heater are externally attached to the liquid crystal device, there are problems that the cost increases and the size increases.
以上の問題点に鑑みて、本発明は、コストの上昇およびサイズの大型化を招くことなく、液晶を加熱することのできる液晶装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a liquid crystal device capable of heating a liquid crystal without causing an increase in cost and an increase in size.
上記課題を解決するために、本発明では、画素スイッチング素子および画素電極が形成された素子基板と、該素子基板との間に液晶層を保持する対向基板と、前記素子基板および前記対向基板のうちの一方に形成され、前記液晶層を介して前記画素電極に対向する対向電極とを有する液晶装置において、前記素子基板および前記対向基板のうちの一方の基板上には、ヒータを構成する薄膜が形成され、前記素子基板上には、温度センサと、該温度センサでの温度検出結果に基づいて前記ヒータへの給電を制御する温度制御回路とが形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, an element substrate on which a pixel switching element and a pixel electrode are formed, a counter substrate holding a liquid crystal layer between the element substrate, the element substrate, and the counter substrate A thin film forming a heater on one of the element substrate and the counter substrate, wherein the thin film is provided on one of the element substrate and the counter substrate. A temperature sensor and a temperature control circuit for controlling power supply to the heater based on a temperature detection result by the temperature sensor are formed on the element substrate.
本発明では、前記素子基板および前記対向基板のうちの一方の基板上にヒータが形成され、前記素子基板上には、温度センサと温度制御回路とが形成されているため、液晶装置に温度センサおよびヒータを外付けする必要がない。従って、コストの上昇およびサイズの大型化を招くことなく、環境温度が低いときには液晶を加熱することができる。 In the present invention, a heater is formed on one of the element substrate and the counter substrate, and a temperature sensor and a temperature control circuit are formed on the element substrate. And there is no need to add a heater. Therefore, the liquid crystal can be heated when the environmental temperature is low without increasing the cost and increasing the size.
本発明において、前記対向電極は前記素子基板に形成され、前記ヒータは前記対向基板に形成されていることが好ましい。IPS(In-Plane-Switching)モードの液晶装置のように、対向電極が素子基板に形成されている場合においては、横電界により液晶の配向を制御するため、ヒータを対向基板に形成しても、ヒータの電位が液晶の配向を乱すことがないという利点がある。 In the present invention, it is preferable that the counter electrode is formed on the element substrate, and the heater is formed on the counter substrate. In the case where the counter electrode is formed on the element substrate as in an IPS (In-Plane-Switching) mode liquid crystal device, a heater is formed on the counter substrate in order to control the orientation of the liquid crystal by a lateral electric field. There is an advantage that the potential of the heater does not disturb the alignment of the liquid crystal.
本発明において、前記ヒータは、透明導電膜により構成されていることが好ましい。このように構成すると、表示光がヒータで遮られることがないので、表示光を十分な光量をもって出射することができる。 In the present invention, the heater is preferably composed of a transparent conductive film. If comprised in this way, since display light is not blocked | interrupted with a heater, display light can be radiate | emitted with sufficient light quantity.
本発明において、前記画素スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、前記温度センサおよび前記温度制御回路は、前記薄膜トランジスタを構成する複数の薄膜のうちの1乃至複数の薄膜により構成されていることが好ましい。このように構成すると、製造工程数を増やすことなく、温度センサおよび温度制御回路を構成することができる。 In the present invention, it is preferable that the pixel switching element is a thin film transistor, and the temperature sensor and the temperature control circuit include one or more thin films among a plurality of thin films constituting the thin film transistor. If comprised in this way, a temperature sensor and a temperature control circuit can be comprised, without increasing the number of manufacturing processes.
本発明において、前記薄膜トランジスタは、能動層がポリシリコン膜からなる構成を採用することができる。素子基板上にポリシリコン膜が形成されている場合には、ポリシリコン膜を用いて感度のよい温度センサを形成できるとともに、動作速度の優れた温度制御回路を構成することができる
本発明を適用した液晶装置は、携帯電話機あるいはモバイルコンピュータなどの電子機器の表示部として用いられる。
In the present invention, the thin film transistor may employ a configuration in which an active layer is made of a polysilicon film. When a polysilicon film is formed on the element substrate, a temperature sensor with high sensitivity can be formed using the polysilicon film, and a temperature control circuit having an excellent operation speed can be configured. The liquid crystal device is used as a display unit of an electronic device such as a mobile phone or a mobile computer.
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings to be referred to in the following description, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member have a size that can be recognized on the drawing.
[実施の形態1]
(全体構成)
図1(a)、(b)は各々、本発明を適用した液晶装置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、およびそのH1−H1′断面図である。
[Embodiment 1]
(overall structure)
FIGS. 1A and 1B are a plan view of a liquid crystal device to which the present invention is applied, as viewed from the side of the counter substrate, together with each component formed thereon, and a cross-sectional view taken along line H1-H1 ′. .
図1(a)、(b)において、本形態の液晶装置100は、透過型のアクティブマトリクス型液晶装置であり、素子基板10の上には、シール材107が対向基板20の縁に沿うように設けられている。シール材107の外側の領域には、データ線駆動回路101(周辺回路)および実装端子102(信号入力端子)が素子基板10の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する2辺に沿っては、走査線駆動回路104(周辺回路)が形成されている。素子基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられており、さらに、額縁108の下などを利用して、プリチャージ回路や検査回路などの周辺回路が設けられることもある。
1A and 1B, a
対向基板20のコーナー部の少なくとも2箇所においては、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材106が形成されている。対向基板20は、シール材107とほぼ同じ輪郭を備えており、このシール材107によって対向向基板20が素子基板10に固着されている。シール材107は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。素子基板10と対向基板20との間において、シール材107により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶層50が封入され、保持されている。液晶層50は、電界が印加されていない状態で、後述する配向膜により所定の配向状態をとる。液晶層50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。なお、対向基板20および素子基板10の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリ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向きに配置される。
In at least two corners of the
詳しくは後述するが、素子基板10には、画素電極9aがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板20には、シール材107の内側領域に遮光性材料からなる額縁108が形成され、その内側が画像表示領域10aとされている。
As will be described in detail later,
本形態において、液晶装置100は、液晶層50をIPSモードで駆動する。このため、素子基板10には、画素電極9aとともに、液晶層50を介して画素電極9aに対向する対向電極9b(共通電極)も形成されており、画素電極9aと対向電極9bとの間に発生する横電界を利用して液晶層50を駆動する。このため、対向基板20には対向電極9bが形成されていない。
In this embodiment, the
また、本形態では、素子基板10には、画像表示領域10aの周辺に、後述する温度センサ5、および温度制御回路55が形成されている。また、対向基板20には面状のヒータ59を構成する薄膜が略全面に形成されている。
In this embodiment, a
このように形成した液晶装置100は、後述するモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、対向基板20には、カラーフィルタ27や絶縁性の保護膜28が形成される。なお、液晶装置100は、透過型に限らず、反射型および半透過反射型として構成される場合があり、この場合、例えば、素子基板10には光反射層が形成される。また、液晶装置100は、投射型表示装置(液晶プロジェクタ)において、RGB用のライトバルブとして用いることができる。この場合、RGB用の各液晶装置100の各々には、RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになるので、カラーフィルタは形成されない。また、対向基板20に対して、各画素に対応するようにマイクロレンズを形成すれば、入射光の画素電極9aに対する集光効率を高めることができるので、明るい表示を行うことができる。さらにまた、対向基板20に何層もの屈折率の異なる干渉層を積層することにより、光の干渉作用を利用して、RGB色をつく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の対向基板によれば、より明るいカラー表示を行うことができる。
The
(素子基板10の構成)
図2〜図4を参照して、本発明を適用した液晶装置100に用いた素子基板10の電気的な構成を説明する。図2(a)、(b)、(c)は各々、本発明を適用した液晶装置100に用いた素子基板の画像表示領域の電気的な構成を示す等価回路図、周辺回路に構成したインバータ回路の等価回路図、および温度制御機構のブロック図である。図3(a)、(b)は各々、本発明を適用した液晶装置100に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、およびそのA1−A1′線に相当する位置で液晶装置を切断したときの断面図である。図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した液晶装置100に用いた素子基板に形成したインバータ回路の平面図、およびそのB−B′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。
(Configuration of element substrate 10)
The electrical configuration of the
図2(a)に示すように、基板10において、画像表示領域10aには、互いに交差する方向に延びた走査線3aおよびデータ線6aの交点に対応して複数の画素100aがマトリクス状に形成されている。複数の画素100aの各々には、画素電極9a、および画素電極9aを制御するための画素スイッチング用の薄膜トランジスタ30(画素スイッチング素子)が形成されており、画素電極9aは、薄膜トランジスタ30のドレインに電気的に接続されている。薄膜トランジスタ30のソースにはデータ線6aが電気的に接続され、薄膜トランジスタ30のゲートには走査線3aが電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2A, in the
また、素子基板10において、複数の画素100aの各々には、図1(b)に示す液晶層50を介して画素電極9aと対向する対向電極9bが形成されている。ここで、対向電極9bは、走査線3aに並列して延びた定電位線3bに接続しており、共通電極として機能する。このため、薄膜トランジスタ30を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画像信号を各画素に所定のタイミングで供給すると、画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号は、対向電極9bとの間で一定期間保持される。ここで、保持された画素信号がリークするのを防ぐことを目的に、画素電極9aと対向電極9bとの間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70(キャパシタ)を付加することがある。この蓄積容量70によって、画素電極9aの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる液晶装置が実現できる。
In the
本形態では、定電位線3bと薄膜トランジスタ30のソースとの間に蓄積容量70を形成した構成が採用されている。なお、蓄積容量70を構成するにあたっては、定電位線3bを利用した構成の他、別途、容量線を利用した構成や、前段の走査線3aを利用した構成を採用することができる。
In this embodiment, a configuration in which a
図3(a)に示すように、素子基板10上には、各画素毎に櫛歯状の画素電極9a(点線で囲まれた領域)、および櫛歯状の共通電極9b(点線で囲まれた領域)が形成され、各画素の縦横の境界境界領域に沿ってデータ線6a(一点鎖線で示す)、走査線3a(実線で示す)、および定電位線3b(実線で示す)が形成されている。
As shown in FIG. 3A, on the
図3(b)に示すように、素子基板10の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板10bからなり、対向基板20の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板20bからなる。素子基板10には画素電極9aおよび対向電極9bが形成されており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施されたポリイミド膜などからなる配向膜16が形成されている。画素電極9aおよび対向電極9bは、たとえばITO(Indium Tin Oxide)膜等の透明導電膜からなる。また、配向膜16は、たとえばポリイミド膜などの有機膜に対してラビング処理を行うことにより形成される。
As shown in FIG. 3B, the base of the
素子基板10には、透明基板10bの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜12が形成されているとともに、その表面側において、画素電極9aに対応する位置には薄膜トランジスタ30が形成されている。薄膜トランジスタ30は、島状の半導体膜1aに対して、チャネル形成領域1a′、低濃度ソース領域1b、高濃度ソース領域1d、低濃度ドレイン領域1c、および高濃度ドレイン領域1eが形成されたLDD(Lightly Doped Drain)構造を備えている。このため、薄膜トランジスタ30は、ドレイン端での電界強度が緩和されるため、オフリーク電流レベルが低く、かつ、電流レベルの急峻な跳ね上がりも解消される。
In the
本形態において、半導体膜1aは、素子基板10に対してアモルファスシリコン膜を形成した後、レーザアニールやランプアニールなどにより多結晶化されたポリシリコン膜である。低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域は、走査線3aをマスクとして、約0.1×1013/cm2〜約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度N型の不純物イオン(リンイオン)を導入することにより形成された半導体領域であり、高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1eは、レジストマスクを用いて、約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度N型の不純物イオン(リンイオン)を導入することにより形成された半導体領域である。
In this embodiment, the
薄膜トランジスタ30の上層側には、シリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜4、7が形成されている。層間絶縁膜4の表面にはデータ線6aが形成され、このデータ線6aは、層間絶縁膜4に形成されたコンタクトホール4bを介して高濃度ソース領域1dに電気的に接続している。層間絶縁膜7の表面にはITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7aを介してドレイン電極6bに電気的に接続し、このドレイン電極6bは、層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2に形成されたコンタクトホール4a介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。
高濃度ドレイン領域1eからの延設部分1f(下電極)に対しては、ゲート絶縁膜2と同時形成された絶縁膜(誘電体膜)を介して、走査線3aと同層の定電位線3bが上電極として対向することにより、蓄積容量70が構成されている。
A constant potential line in the same layer as the
層間絶縁膜7の表面にはITO膜からなる共通電極9bも形成されており、共通電極9bは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7bを介して中継電極6cに電気的に接続し、この中継電極6cは、層間絶縁膜4に形成されたコンタクトホール4cを介して定電位線3bに電気的に接続している。
A
(周辺回路の構成)
再び図1(a)において、本形態の液晶装置100では、素子基板10の表面側のうち、画像表示領域10aの周辺領域を利用してデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104などの周辺回路が形成されている。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104では、図2(b)に示すように、Pチャネル型の薄膜トランジスタ80とNチャネル型の薄膜トランジスタ90とによってインバータ回路などが構成されており、このような周辺回路の構成を図4(a)、(b)を参照して説明する。
(Configuration of peripheral circuit)
Referring again to FIG. 1A, in the
図4(a)、(b)において、周辺回路を構成する薄膜トランジスタは、Pチャネル型の薄膜トランジスタ80とNチャネル型の薄膜トランジスタ90とからなる相補型薄膜トランジスタとして構成されている。このような薄膜トランジスタ80、90は、薄膜トランジスタ30の製造工程の一部を利用して形成されたものであり、薄膜トランジスタ80、90を構成する半導体膜1h、1mは、薄膜トランジスタ30を構成する半導体膜1aと同時形成されたポリシリコン膜である。
4A and 4B, the thin film transistors constituting the peripheral circuit are configured as complementary thin film transistors including a P-channel
ここで、Nチャネル型の薄膜トランジスタ90は、チャネル形成領域1m′の両側にN型の高濃度ソース領域1pおよび高濃度ドレイン領域1nを備えており、高濃度ソース領域1pおよび高濃度ドレイン領域1nは、薄膜トランジスタ30の高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1eを形成する際、ゲート電極3eをマスクにして、約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度N型の不純物イオンが導入された半導体領域である。
Here, the N-channel
Pチャネル型の薄膜トランジスタ80は、チャネル形成領域1h′の両側にP型の高濃度ソース領域1iおよび高濃度ドレイン領域1jを備えており、高濃度ソース領域1iおよび高濃度ドレイン領域1jは、ゲート電極3eをマスクにして、約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度P型の不純物イオン(ボロンイオン)が導入された半導体領域である。
The P-channel type
このように構成した薄膜トランジスタ80、90では、高電位線6eと低電位線6gが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4e、4fを介して、半導体膜1h、1mの高濃度ソース領域1i、1pに電気的に接続されている。また、入力配線6hは、共通のゲート電極3eにそれぞれ接続されており、出力配線6fは、層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4g、4fを介して、半導体膜1h、1mの高濃度ドレイン領域1j、1nに電気的にそれぞれ接続されている。
In the
(温度制御機構の構成)
図5(a)、(b)、(c)は、本形態の液晶装置に構成した温度センサの等価回路図、その構成例を示す断面図、およびこの温度センサからの出力と温度との関係を示すグラフである。
(Configuration of temperature control mechanism)
5A, 5B, and 5C are equivalent circuit diagrams of a temperature sensor configured in the liquid crystal device of the present embodiment, a cross-sectional view illustrating a configuration example thereof, and a relationship between an output from the temperature sensor and temperature. It is a graph which shows.
図1(a)、(b)、図2(c)および図3(b)に示すように、本形態の液晶装置100では、対向基板20にヒータ58が形成され、素子基板10には、画像表示領域10aの周辺領域を利用して温度センサ5と、温度センサ5での検出結果に基づいてヒータ58への給電を制御する温度制御回路55とが形成されている。
As shown in FIGS. 1A, 1 </ b> B, 2 </ b> C, and 3 </ b> B, in the
ヒータ58は、図3(b)に示すように、対向基板20の表面(素子基板10と対向する側の面)にITO膜によって面状に形成され、ヒータ58の表面側にカラーフィルタ27および絶縁性の保護膜28が形成されている。
As shown in FIG. 3B, the
温度制御回路55は、図3および図4を参照して説明した薄膜トランジスタ30、80、90と同時形成された薄膜トランジスタ56を素子基板10上に備えており、例えば、温度センサ5での検出結果に相当するゲート電圧がゲートに印加されることにより、ヒータ58への給電を制御する。ここで、対向基板20側のヒータ59と、素子基板10側の温度制御回路55とは、図1(a)、(b)に示す上下導通材106を経由して電気的に接続されている。
The
温度センサ5を構成するにあたって、本形態では、図5(a)、(b)に示すように、素子基板10上で第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aとが直列に接続されているとともに、温度センサ5の両端には、駆動電位線6iとグランド線6jとが接続されている。また、第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aとの接続点からは出力線6kが引き出されている。
In configuring the
ここで、第1の感熱素子51aは、ポリシリコン膜からなる半導体膜1rに低濃度N型の不純物が導入された感熱用抵抗素子として構成され、第2の感熱素子52aは、ポリシリコン膜からなる半導体膜1sに高濃度N型の不純物が導入された感熱用抵抗素子として構成されている。
Here, the first
第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aは、薄膜トランジスタ30、80、90の製造工程を利用して形成されたものである。すなわち、第1の感熱素子51aは、図3(b)に示すNチャネル型の薄膜トランジスタ30の低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1cと同時形成された半導体領域であり、第2の感熱素子52aは、図3(b)に示すNチャネル型の薄膜トランジスタ30、90の高濃度ソース領域1d、1pおよび高濃度ドレイン領域1e、1nと同時形成された半導体領域である。
The first
温度センサ5では、駆動電位線6iが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4jを介して第1の感熱素子51aの一方の端部に電気的に接続し、グランド線6jが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4kを介して第2の感熱素子52aの一方の端部に電気的に接続し、出力線6kが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4mを介して第1の感熱素子51aの他方の他部、および第2の感熱素子52aの他方の端部に電気的に接続している。なお、本形態では、第1の感熱素子51aは、幅寸法/長さ寸法で表わされる比(W/L)が0.5であるのに対して、第2の感熱素子52aは、幅寸法/長さ寸法で表わされる比(W/L)が20に設定されている。
In the
このように構成した温度センサ5において、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aは、不純物濃度が異なるポリシリコン膜から構成されているため、温度−電気特性が異なる。より具体的には、温度が上昇した際、低濃度N型のポリシリコン膜からなる第1の感熱素子51aは、抵抗変化が大きいのに対して、高濃度N型のポリシリコン膜からなる第2の感熱素子52aは、抵抗変化が小さい。また、出力線6kには、駆動電位線6iにより温度センサ5に印加された入力電圧Vinが、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aの抵抗値によって分圧されて出力される。従って、図5(c)に示すように、温度が0°の時には、駆動電位線6iにより温度センサ5に印加される入力電圧Vinと、出力線6kで検出される出力電圧Voutとの比(Vin/Vout)は、25.5%であるが、液晶装置100の温度が上昇していくと、比(Vin/Vout)は上昇していき、温度と比(Vin/Vout)との間には、例えば、以下の式
y=0.0016x+0.25559
で近似される直線的な相関関係が存在する。従って、比(Vin/Vout)を検出すれば、液晶装置100の温度を検出することができ、かかる結果に基づいて、温度制御回路55がヒータ58を制御すれば、環境温度が低いときには、ヒータ58によって液晶層50を加熱し、液晶の配向が切り換わり速度を改善することができる。
In the
There is a linear correlation approximated by Therefore, if the ratio (Vin / Vout) is detected, the temperature of the
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、対向基板20上にヒータ58が形成され、素子基板10上には、温度センサ5と温度制御回路50とが形成されているため、液晶装置100に温度センサおよびヒータを外付けする必要がない。従って、コストの上昇およびサイズの大型化を招くことなく、環境温度が低いときには液晶を加熱することができる。
(Main effects of this form)
As described above, in this embodiment, the
また、対向電極9bは素子基板20に形成され、ヒータ58は対向基板20に形成されている。このため、ヒータ58を対向基板20に形成しても、ヒータ58の電位が液晶の配向を乱すことがないという利点がある。
The
さらに、ヒータ58は、ITO膜(透明導電膜)により構成されているため、表示光がヒータ58で遮られることがないので、表示光を十分な光量をもって出射することができる。
Furthermore, since the
しかも、温度センサ5および温度制御回路50は、薄膜トランジスタ30を構成する複数の薄膜のうちの1乃至複数の薄膜により構成されているため、製造工程数を増やすことなく、温度センサ5および温度制御回路50を構成することができる。
Moreover, since the
また、第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aとが直列に接続された温度センサ50の両端に通電すると、第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aは温度−電気特性が相違するため、温度によって、第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aの抵抗値(電気特性)の比率が変化し、かかる比率に対応する信号が、第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aとの接続点から出力される。それ故、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aを製造する際の影響で、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aのサイズや膜厚がばらついた場合でも、第1の感熱素子51aと第2の感熱素子52aのサイズ比などが一定であれば、抵抗値の比率にばらつきが発生しないので、温度を正確に測定することができる。また、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aのサイズ比がばらついた場合でも、簡単な補正で温度を正確に測定することができる。
Further, when the first and second
[実施の形態1の変形例1]
上記実施の形態では、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aを感熱用抵抗素子により構成するにあたって、第1の感熱素子51aを低濃度N型のポリシリコン膜で構成し、第2の感熱素子52aを高濃度N型のポシリコン膜で構成したが、第1の感熱素子51aを高濃度N型のポリシリコン膜で構成し、第2の感熱素子52aを低濃度N型のポシリコン膜で構成してもよい。また、素子基板10にLDD構造のPチャネル型の薄膜トランジスタを形成した場合には、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aのうちの一方を低濃度P型のポリシリコン膜で構成し、他方を高濃度P型のポシリコン膜で構成してもよい。また、上記形態では、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aを導電型が同一で不純物濃度が相違するポリシリコン膜で構成したが、第1の感熱素子51aおよび第2の感熱素子52aのうちの一方をP型の不純物を導入したポリシリコン膜で構成し、他方をN型の不純物を導入したポリシリコン膜で構成してもよい。
[
In the above embodiment, when the first
[実施の形態2]
図6(a)、(b)、(c)は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置に用いた温度センサの等価回路図、その構成例を示す断面図、およびこの温度センサからの出力と温度との関係を示すグラフである。なお、本形態および後述する実施の形態3は、基本的な構成が上記実施の形態1と同様であり、温度センサの構成のみが相違する。従って、共通する部分の説明は省略する。
[Embodiment 2]
6 (a), 6 (b), and 6 (c) are equivalent circuit diagrams of a temperature sensor used in the liquid crystal device according to
本形態では、温度センサ5を構成するにあたって、図6(a)、(b)に示すように、素子基板10上では、第1の感熱素子51bと第2の感熱素子52bが直列に接続されているとともに、温度センサ5の両端は、駆動電位線6iとグランド線6jとが接続されている。また、温度センサ5の両端は、第1の感熱素子51bと第2の感熱素子52bとの接続点からは出力線6kが引き出されている。
In this embodiment, when configuring the
第1の感熱素子51bは、実施の形態1と同様、ポリシリコン膜からなる半導体膜1rに低濃度N型の不純物が導入された感熱用抵抗素子として構成されている。これに対して、第2の感熱素子52bは、ポリシリコン膜からなる半導体膜1tを能動層として用いたN型の感熱用トランジスタ素子として構成されている。
As in the first embodiment, the first
ここで、第1の感熱素子51bおよび第2の感熱素子52bは、薄膜トランジスタ30、80、90の製造工程を利用して形成されたものである。すなわち、第1の感熱素子51bは、図3(b)に示すNチャネル型の薄膜トランジスタ30の低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1cと同時形成された半導体領域である。第2の感熱素子52bは、図3(b)および図4(b)に示すNチャネル型の薄膜トランジスタ30、90と同時形成された薄膜トランジスタであり、チャネル形成領域1t′の両側には、図3(b)および図4(b)に示す薄膜トランジスタ30、90の高濃度ソース領域1d、1pおよび高濃度ドレイン領域1e、1nと同時形成された高濃度ソース領域1vおよび高濃度ドレイン領域1uを備えている。
Here, the first
温度センサ5では、駆動電位線6iが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4jを介して第1の感熱素子51bの一方の端部に電気的に接続し、グランド線6jが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4kを介して第2の感熱素子52bの高濃度ソース領域1vに電気的に接続し、出力線6kが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4mを介して第1の感熱素子51bの他方の他部、および第2の感熱素子52bの高濃度ドレイン領域1uに電気的に接続している。なお、本形態では、第1の感熱素子51bは、幅寸法/長さ寸法で表わされる比(W/L)が0.5であるのに対して、第2の感熱素子52bのチャネル形成領域1t′は、幅寸法/長さ寸法で表わされる比(W/L)が1に設定されている。なお、第2の感熱素子52bのゲート電極3gには、第2の感熱素子52bをオン状態とするゲート電圧が印加されている。
In the
このように構成した温度センサ5において、第1の感熱素子51bは、低濃度N型のポリシリコン膜から構成され、第2の感熱素子52bは、ポリシリコン膜からなるチャネル形成領域1t′を備えた薄膜トランジスタから構成されているため、温度−電気特性が異なる。より具体的には、第1の感熱素子51bは、抵抗変化が大きいのに対して、第2の感熱素子51bは、抵抗変化が小さい。それ故、図6(c)に示すように、温度が0°の時には、駆動電位線6iが温度センサ5に印加する入力電圧Vinと、出力線6kで検出される出力電圧Voutとの比(Vin/Vout)は、4.27%であるのに対して、温度が上昇していくと、比(Vin/Vout)は上昇していき、温度と比(Vin/Vout)との間には、例えば、以下の式
y=0.0126x+4.2912
で近似される直線的な相関関係が存在する。従って、比(Vin/Vout)を検出すれば、液晶装置100の温度を検出することができる。
In the
There is a linear correlation approximated by Therefore, the temperature of the
[実施の形態2の変形例]
実施の形態2では、第1の感熱素子51bを感熱用抵抗素子により構成し、第2の感熱素子52baを感熱用トランジスタ素子により構成したが、第1の感熱素子51bを感熱用トランジスタ素子により構成し、第2の感熱素子52baを感熱用抵抗素子により構成してもよい。また、上記形態では、感熱用トランジスタ素子をNチャネル型の薄膜トランジスタにより構成したが、Pチャネル型の薄膜トランジスタにより感熱用トランジスタ素子を構成してもよい。さらに、感熱用トランジスタ素子についてはセルフアライン構造に代えて、Nチャネル型あるいはPチャネル型のLDD構造の薄膜トランジスタにより構成してもよい。
[Modification of Embodiment 2]
In the second embodiment, the first
[実施の形態3]
図7(a)、(b)は、本発明の実施の形態3に係る液晶装置に構成した温度センサの等価回路図、およびその構成例を示す断面図である。
[Embodiment 3]
FIGS. 7A and 7B are an equivalent circuit diagram of a temperature sensor configured in the liquid crystal device according to Embodiment 3 of the present invention, and a cross-sectional view illustrating an example of the configuration.
本形態では、温度センサ5を構成するにあたって、図7(a)、(b)に示すように、第1の感熱素子51cと第2の感熱素子52cが直列に接続されているとともに、温度センサ5の両端は、駆動電位線6iとグランド線6jとが接続されている。また、温度センサ5の両端は、第1の感熱素子51cと第2の感熱素子52cとの接続点からは出力線6kが引き出されている。
In this embodiment, when the
ここで、第1の感熱素子51cは、ポリシリコン膜からなる半導体膜1wを能動層として用いたP型の感熱用トランジスタ素子として構成されている。これに対して、第2の感熱素子52cは、ポリシリコン膜からなる半導体膜1tを能動層として用いたN型の感熱用トランジスタ素子として構成されている。
Here, the first
第1の感熱素子51cおよび第2の感熱素子52cは、薄膜トランジスタ30、80、90の製造工程を利用して形成されたものである。すなわち、第1の感熱素子51cは、図3(b)および図4(b)に示す薄膜トランジスタ80と同時形成された薄膜トランジスタであり、チャネル形成領域1w′の両側には、図4(b)に示すPチャネル型の薄膜トランジスタ80の高濃度ソース領域1iおよび高濃度ドレイン領域1jと同時形成された高濃度ソース領域1xおよび高濃度ドレイン領域1yを備えている。第2の感熱素子52cは、図3(b)および図4(b)に示すNチャネル型の薄膜トランジスタ30、90と同時形成された薄膜トランジスタであり、チャネル形成領域1t′の両側には、図3(b)および図4(b)に示す薄膜トランジスタ30、90の高濃度ソース領域1d、1pおよび高濃度ドレイン領域1e、1nと同時形成された高濃度ソース領域1vおよび高濃度ドレイン領域1uを備えている。
The first heat
温度センサ5では、駆動電位線6iが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4jを介して第1の感熱素子51cの高濃度ソース領域1xに電気的に接続し、グランド線6jが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4kを介して第2の感熱素子52cの高濃度ソース領域1vに電気的に接続し、出力線6kが層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2のコンタクトホール4mを介して第1の感熱素子51cの高濃度ドレイン領域1y、および第2の感熱素子52cの高濃度ドレイン領域1uに電気的に接続している。なお、第1の感熱素子51cおよび第2の感熱素子52cのゲート電極3f、3gには、第1の感熱素子51cおよび第2の感熱素子52cをオン状態とするゲート電圧が印加されている。
In the
このように構成した温度センサ5において、第1の感熱素子51cおよび第2の感熱素子52cは、ポリシリコン膜からなるチャネル形成領域1w′、1t′を備えた薄膜トランジスタから構成され、かかる薄膜トランジスタは導電型が相違する。このため、第1の感熱素子51cおよび第2の感熱素子52cは、温度−電気特性が異なる。それ故、駆動電位線6iが温度センサ5に印加する入力電圧Vinと、出力線6kで検出される出力電圧Voutとの比(Vin/Vout)は、温度が上昇していくと、直線的に変化する。従って、比(Vin/Vout)を検出すれば、液晶装置100の温度を検出することができる。
In the
[実施の形態3の変形例]
実施の形態3では、第1の感熱素子51cをPチャネル型の薄膜トラジスタ(感熱用トランジスタ素子)により構成し、第2の感熱素子52cをNチャネル型の薄膜トラジスタ(感熱用トランジスタ素子)により構成したが、第1の感熱素子51cをNチャネル型の薄膜トラジスタ(感熱用トランジスタ素子)により構成し、第2の感熱素子52cをPチャネル型の薄膜トラジスタ(感熱用トランジスタ素子)により構成してもよい。また、上記形態では、第1の感熱素子51cおよび第2の感熱素子52cをセルフアライン型の薄膜トラジスタ(感熱用トランジスタ素子)により構成したが、LDD構造の薄膜トラジスタを用いてもよい。
[Modification of Embodiment 3]
In the third embodiment, the first
[実施の形態4]
実施の形態1では、画素電極9aおよび対向電極9bの双方を素子基板10に形成した例を説明したが、図8および図9を参照して以下に説明するように、画素電極9aを素子基板10に形成する一方、対向電極9bを対向基板20に形成した液晶装置に本発明を適用してもよい。
[Embodiment 4]
In the first embodiment, the example in which both the
図8(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態4に係る液晶装置100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、およびそのH2−H2′断面図である。図9(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態4に係る液晶装置100に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、およびその要部の断面図であり、図9(b)には画素およびヒータに対する接続構造を示してある。なお、本形態は、基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにしてそれらの説明を省略する。
8A and 8B are plan views of the
図8(a)、(b)において、本形態の液晶装置100は、実施の形態1と同様、素子基板10と対向基板20とがシール材107によって貼り合わされ、その間に液晶層50が保持されている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材106が形成されている。対向基板20には、シール材107の内側領域に遮光性材料からなる額縁108が形成され、その内側が画像表示領域10aとされている。
8A and 8B, in the
本形態では、図8(b)および図9(a)、(b)に示すように、素子基板10にはITO膜からなる画素電極9aが形成され、対向基板20にはITO膜からなる対向電極21が形成されている。また、対向基板20では、対向電極21の下層側にカラーフィルタ27および保護層28が形成され、対向電極21の上層側に配向膜26が形成されている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 8B, 9A, and 9B, a
素子基板10の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板10bからなり、透明基板10bの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜12が形成されているとともに、その表面側において、各画素電極9aに隣接する位置にNチャネル型の薄膜トランジスタ30(画素スイッチング素子)が形成されている。本形態でも、実施の形態1と同様、薄膜トランジスタ30は、島状の半導体膜1aに対して、チャネル形成領域1a′、低濃度ソース領域1b、高濃度ソース領域1d、低濃度ドレイン領域1c、および高濃度ドレイン領域1eが形成されたLDD構造を備えている。薄膜トランジスタ30の上層側には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜4、7が形成され、層間絶縁膜7の表面にはITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7aを介してドレイン電極6bに電気的に接続し、このドレイン電極6bは、層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2に形成されたコンタクトホール4aを介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。画素電極9aの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜16が形成されている。
The base of the
また、高濃度ドレイン領域1eからの延設部分1f(下電極)に対しては、ゲート絶縁膜2と同時形成された絶縁膜(誘電体膜)を介して、走査線3aと同層の定電位線3bが上電極として対向することにより、蓄積容量70が構成されている。
Further, the
なお、本形態の液晶装置100では、実施の形態1と同様、素子基板10の表面側のうち、画像表示領域10aの周辺領域を利用してデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104などの周辺回路が形成されている。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104では、図2(b)および図4(a)、(b)を参照して説明したように、Pチャネル型の薄膜トランジスタ80とNチャネル型の薄膜トランジスタ90とによってインバータ回路などが構成されている。
In the
本形態の液晶装置100において、素子基板10では、透明基板10bと下地保護膜12との層間にITO膜からなる面状のヒータ59が形成されている。また、素子基板10には、画像表示領域10aの周辺領域を利用して、温度センサ5と、温度センサ5での検出結果に基づいてヒータ58への給電を制御する温度制御回路55とが形成されている。かかる温度センサ5および温度制御回路55の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
In the
ここで、ヒータ59は、下地保護膜12の下層側に形成されている一方、温度制御回路55は、下地保護膜12の上層に形成されている。このため、本形態では、下地保護膜12、さらには、ゲート絶縁膜2や層間絶縁膜4を貫通するコンタクトホール12aを経由して、温度制御回路55とヒータ59との電気的な接続が行われている。
Here, the
このように本形態では、素子基板10上に、ヒータ59、温度センサ5および温度制御回路50が形成されているため、液晶装置100に温度センサおよびヒータを外付けする必要がない。従って、コストの上昇およびサイズの大型化を招くことなく、環境温度が低いときには液晶を加熱することができる。
As described above, in this embodiment, since the
また、本形態において、ヒータ59は素子基板20に形成されているが、下地保護膜12の下層側に形成されている。このため、ヒータ59の電位が液晶の配向を乱すことがない。
In this embodiment, the
[その他の実施の形態]
実施の形態1では、画素電極9aおよび対向電極9bの双方を素子基板10に形成した例としてIPSモードを採用した液晶装置を説明したが、画素電極9aの下層側全体に対向電極を形成したFFS(Fringe-Field Switching)モードの液晶装置に本発明を適用してもよい。この場合も、ヒータを対向基板20に形成すれば、ヒータの電位が液晶の配向を乱すことがないという利点がある。
[Other embodiments]
In the first embodiment, the liquid crystal device adopting the IPS mode is described as an example in which both the
なお、画素電極9aおよび対向電極9bの双方を素子基板10に形成した場合において、ヒータを素子基板10に形成してもよく、この場合、実施の形態4と同様、下地保護膜の下層側にヒータを形成すれば、ヒータ59の電位が液晶の配向を乱すことがない。
When both the
また、実施の形態4のように、画素電極9aを素子基板10に形成し、対向電極を対向基板に形成した場合において、ヒータを対向基板20に形成してもよく、この場合、ヒータの上層側に厚い絶縁膜を形成すれば、ヒータの電位が液晶の配向を乱すことを防止することができる。
Further, when the
さらに、上記形態では、半導体膜としてポリシコン膜を用いた例であったが、アモルファスシリコン膜を用いた素子基板10に本発明を適用してもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the polysilicon film is used as the semiconductor film. However, the present invention may be applied to the
[電子機器への適用]
図10(a)、(b)はそれぞれ、本発明に係る液晶装置を用いた電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピュータの説明図、および携帯電話機の説明図である。本形態の液晶装置は、図10(a)、(b)に示すパーソナルコンピュータ180や携帯電話機190などに用いることができる。すなわち、図10(a)に示すパーソナルコンピュータ180は、キーボード181を備えた本体部182と、表示ユニット183とを有する。表示ユニット183は、前述した液晶装置100を含んで構成される。図10(b)に示すように、携帯電話機190は、複数の操作ボタン191と、前述した液晶装置100からなる表示部とを有している。
[Application to electronic devices]
10A and 10B are an explanatory diagram of a mobile personal computer as an example of an electronic apparatus using the liquid crystal device according to the present invention, and an explanatory diagram of a mobile phone, respectively. The liquid crystal device of this embodiment can be used for the
1a、1h、1m、1r、1s、1t、1w・・ 半導体膜(ポリシリコン膜)、2・・ゲート絶縁膜、3a・・走査線、3b・・定電位線、3e、3f、3g・・ゲート電極、5・・温度センサ、6a・・データ線、9a・・画素電極、9b、21・・対向電極、10・・素子基板、30、80、90・・薄膜トランジスタ、51a、51b、51c・・第1の感熱素子、52a、52b、52c・・第2の感熱素子、55・・ヒータ制御回路、58、59・・ヒータ、100・・液晶装置 1a, 1h, 1m, 1r, 1s, 1t, 1w,... Semiconductor film (polysilicon film), 2. Gate insulating film, 3a, Scan line, 3b, Constant potential line, 3e, 3f, 3g,. Gate electrode, 5 ... Temperature sensor, 6a ... Data line, 9a ... Pixel electrode, 9b, 21 ... Counter electrode, 10 ... Element substrate, 30, 80, 90 ... Thin film transistor, 51a, 51b, 51c ... First heat sensitive element, 52a, 52b, 52c, second heat sensitive element, 55, heater control circuit, 58, 59, heater, 100, liquid crystal device
Claims (5)
前記素子基板および前記対向基板のうちの一方の基板上には、ヒータを構成する薄膜が形成され、
前記素子基板上には、温度センサと、該温度センサでの温度検出結果に基づいて前記ヒータへの給電を制御する温度制御回路とが形成されていることを特徴とする液晶装置。 An element substrate on which a pixel switching element and a pixel electrode are formed, a counter substrate holding a liquid crystal layer between the element substrate, and one of the element substrate and the counter substrate. In a liquid crystal device having a counter electrode facing the pixel electrode,
A thin film constituting a heater is formed on one of the element substrate and the counter substrate,
A temperature sensor and a temperature control circuit that controls power supply to the heater based on a temperature detection result by the temperature sensor are formed on the element substrate.
前記ヒータは前記対向基板に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。 The counter electrode is formed on the element substrate,
The liquid crystal device according to claim 1, wherein the heater is formed on the counter substrate.
前記温度センサおよび前記温度制御回路は、前記薄膜トランジスタを構成する複数の薄膜のうちの1乃至複数の薄膜により構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の液晶装置。 The pixel switching element is a thin film transistor,
4. The liquid crystal according to claim 1, wherein the temperature sensor and the temperature control circuit are configured by one or more thin films among a plurality of thin films constituting the thin film transistor. 5. apparatus.
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