JP5736656B2 - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、素子基板と対向基板とがシール材により貼り合わされた液晶装置、および当該液晶装置を備えた電子機器に関するものである。
液晶装置は、図9(a)に示すように、素子基板側基板本体10dの一方面に複数の画素電極9aを備えた素子基板10と、対向基板側基板本体20dの一方面に共通電極21を備えた対向基板20とが環状のシール材80により貼り合わされており、かかるシール材80は、素子基板10と対向基板20との間隔を制御するビーズ状あるいはファイバー状のギャップ材81を含んでいる。このため、素子基板10と対向基板20との間には所定の間隙Gが確保され、かかる間隙Gに液晶層50が配置されている。また、素子基板側基板本体10dの一方面および対向基板側基板本体20dの一方面は、シール材80と重なる領域およびシール材80で囲まれた領域も含めて、全体が平坦面である。このため、液晶層50の層厚は、ギャップ材81のサイズにより所定の値に制御されることになる(特許文献1参照)。
特開2003−303428号公報
液晶装置において、液晶層50の応答性等を向上するには、液晶層50の層厚を薄くすることが好ましい。しかしながら、図9(a)に示す構成の液晶装置において液晶層50の層厚を例えば1.8μm程度まで薄くするには、図9(b)に示すように、ギャップ材81として、外径寸法が従来より小径の1.9μmのものを用いる必要があるが、ギャップ材81の外径については、製造上の制約等から2.0μm未満まで縮小するのが困難である。このため、液晶層50の層厚については、1.9μm未満まで薄くすることが困難であるという問題点がある。
特に反射型の液晶装置においては、明るさを透過型と同等にするためには液晶層50の層厚を薄くする必要がある。すなわち、反射型の液晶装置は光が液晶層50を2回通るので、反射型の光路長を透過型の光路長と等しくして同等の明るさを得るためには液晶層50の層厚を半分程度にしなければならない。このような場合においても、ギャップ材81の外径寸法を縮小することが困難であり、液晶層50の層厚を縮小することが困難であるという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ギャップ材のサイズを縮小しなくても液晶層の層厚を薄くすることのできる液晶装置および該液晶装置を備えた電子機器を提供することにある。
本発明の一態様の液晶装置は、複数の画素電極を一方面に備えた素子基板と、前記素子基板と液晶層を介して対向するように配置された対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間隔を制御するギャップ材を含んで前記素子基板と前記対向基板とを貼り合わせるシール材と、前記シール材の外側に設けられた基板間導通材と、を含み、前記素子基板に用いた素子基板側基板本体、および前記対向基板に用いた対向基板側基板本体のうちの少なくとも一方の基板本体は、前記シール材及び前記基板間導通材と重なる領域に設けられ、当該シール材及び当該基板間導通材と重なる領域における前記一方の基板本体と他方の基板本体との間隔を前記シール材により囲まれた領域における前記一方の基板本体と前記他方の基板本体との間隔より大きくする段差部を有し、前記シール材と前記基板間導通材は接するように配置されることを特徴とする。
上記の本発明に係る液晶装置は、複数の画素電極を一方面に備えた素子基板と、前記素子基板と液晶層を介して対向して設けられた対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間隔を制御するギャップ材を含んで前記素子基板と前記対向基板とを貼り合わせるシール材と、前記シール材の外側に設けられた基板間導通材と、前記素子基板に用いた素子基板側基板本体、および前記対向基板に用いた対向基板側基板本体のうちの少なくとも一方の基板本体の前記シール材及び前記基板間導通材と重なる領域に設けられ、当該シール材及び当該基板間導通材と重なる領域における前記一方の基板本体と他方の基板本体との間隔を前記シール材により囲まれた領域における前記一方の基板本体と前記他方の基板本体との間隔より大きくする段差部と、を有していることを特徴とする。
本発明に係る液晶装置では、素子基板側基板本体および対向基板側基板本体のうちの少なくとも一方の基板本体は、シール材と重なる領域に、シール材と重なる領域における一方の基板本体と他方の基板本体との間隔をシール材により囲まれた領域における一方の基板本体と他方の基板本体との間隔より大きくする段差部を有している。このため、シール材と重なる領域では、素子基板と対向基板との間隙が広いが、シール材より内側の領域では、素子基板と対向基板との間隙が狭い。従って、ギャップ材のサイズを縮小しなくても、液晶層の層厚を薄くすることができ、液晶層の応答性等を向上することができる。
本発明において、前記段差部は、前記対向基板側基板本体に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、対向基板側基板本体のサイズを大きくする必要がないという利点がある。より具体的には、段差部については、素子基板側基板本体に設けてもよいが、素子基板側基板本体には、シール材と重なる領域に配線等を形成することが多く、かかる配線が形成される領域には、無用な段差が存在しない方が好ましい。従って、素子基板側基板本体に段差部を設ける場合には、配線が通る位置を避けた領域に段差部を設ける必要がある等、制約が多い。このため、素子基板に段差部を設けると、素子基板が大きくなってしまうが、対向基板側であれば、かかる制約がないので、対向基板のサイズを大きくする必要がない。
本発明において、前記段差部は、前記対向基板側基板本体の外周縁に形成されている構成を採用することができる。
本発明において、前記段差部は、前記対向基板側基板本体の外周縁から離間した内側に設けられた溝により構成されている構成を採用してもよい。
本発明において、前記素子基板と前記対向基板との間には、前記段差部と重なる領域で前記素子基板側と前記対向基板側とを導通させる基板間導通材が設けられていることが好ましい。基板間導通材は、接着剤成分に銀粉や金メッキファイバー等の導電粒子が配合されたものであるため、かかる基板間導通材を段差部と重なる領域に設ければ、サイズの小さな導通粒子を用いなくても、素子基板側と対向基板側とを導通させることができる。
本発明において、前記段差部の側面はテーパー面になっていることが好ましい。かかる構成によれば、段差部の側面上に電極等を設ける必要がある場合でも、段差切れが発生しにくいという利点がある。
本発明において、前記段差部は、前記一方の基板本体に対するエッチングにより形成されてなることが好ましい。エッチングであれば、研削等の機械加工と比較して多数枚の基板本体に凹部を効率よく形成することができるという利点がある。
本発明は、前記素子基板および前記対向基板のうちの一方の基板が、他方の基板から入射した光を当該他方の基板に向けて反射する反射層を備えている反射型の液晶装置に適用するとより効果的である。反射型の液晶装置においては、光が液晶層を2回通るので、透過型の液晶装置と比較して液晶層の層厚を半分程度にしなければならないが、本発明によれば、ギャップ材の外径寸法を縮小しなくても、液晶層の層厚を縮小することができる。
本発明に係る液晶装置は各種電子機器に用いることができる。ここで、電子機器として投射型表示装置を構成する場合、投射型表示装置は、本発明に係る液晶装置と、該液晶装置に光を供給する光源部と、前記液晶装置によって光変調された光を投射する投射光学系と、を有している。また、本発明を適用した液晶装置は、携帯電話機やモバイルコンピューター等の電子機器において表示部を構成するのに用いることもできる。
本発明の実施の形態1に係る液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る液晶装置に用いた液晶パネルの具体的構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る液晶装置の画素の説明図である。 本発明の実施の形態1に係る液晶装置における液晶層の層厚制御に関する構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る液晶装置の製造方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る液晶装置の製造方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態2に係る液晶装置における液晶層の層厚制御に関する構成を示す説明図である。 本発明を適用した液晶装置を用いた投射型表示装置の概略構成図である。 従来の液晶装置における液晶層の層厚制御に関する構成を示す説明図である。
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。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。なお、電界効果型トランジスターを流れる電流の方向が反転する場合、ソースとドレインとが入れ替わるが、以下の説明では、便宜上、画素電極が接続されている側をドレインとし、データ線が接続されている側をソースとして説明する。また、以下の説明では、図9を参照して説明した構成との対応が分りやすいように、対応する部材には同一の符号を付して説明する。
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。図1において、液晶装置100は、TN(Twisted Nematic)モードあるいはVA(Vertical Alignment)モードの液晶パネル100pを有しており、液晶パネル100pは、その中央領域に複数の画素100aがマトリクス状に配列された画素領域10bを備えている。かかる液晶パネル100pにおいて、後述する素子基板10では、画素領域10bの内側で複数本のデータ線6aおよび複数本の走査線3aが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素100aが構成されている。複数の画素100aの各々には、電界効果型トランジスターからなる画素トランジスター30、および後述する画素電極9aが形成されている。画素トランジスター30のソースにはデータ線6aが電気的に接続され、画素トランジスター30のゲートには走査線3aが電気的に接続され、画素トランジスター30のドレインには、画素電極9aが電気的に接続されている。
素子基板10において、画素領域10bより外周側には走査線駆動回路104やデータ線駆動回路101が設けられている。データ線駆動回路101は各データ線6aの一端に電気的に接続しており、画像処理回路から供給される画像信号を各データ線6aに順次供給する。走査線駆動回路104は、各走査線3aに電気的に接続しており、走査信号を各走査線3aに順次供給する。
各画素100aにおいて、画素電極9aは、後述する対向基板に形成された共通電極と液晶層を介して対向し、液晶容量50aを構成している。また、各画素100aには、液晶容量50aで保持される画像信号の変動を防ぐために、液晶容量50aと並列に保持容量55が付加されている。本形態では、保持容量55を構成するために、複数の画素100aに跨って走査線3aと並行して延びた容量線5bが形成されている。容量線5bは共通電位線(COM)に接続され、所定の電位に保持されている。なお、保持容量55は前段の走査線3aとの間に形成される場合もある。
(液晶パネル100pの具体的構成)
図2は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100に用いた液晶パネル100pの具体的構成を示す説明図であり、図2(a)、(b)は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100の液晶パネル100pを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H−H′断面図である。
図2(a)、(b)に示すように、液晶パネル100pでは、素子基板10と対向基板20とが所定の隙間を介してシール材80によって貼り合わされており、シール材80は対向基板20の外周縁に沿うように環状に配置されている。シール材80は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤部分82と、両基板間の間隔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81とからなり、ギャップ材81は、接着剤部分82中に分散している。
かかる液晶パネル100pにおいて、素子基板10と対向基板20との間では、シール材80で囲まれた領域内に液晶層50が保持されている。なお、シール材80には部分的な途切れ部分が設けられ、かかる途切れ部分は、液晶注入口83として利用される。液晶注入口83は、液晶の注入後、封止用樹脂84で塞がれる。かかる封止用樹脂84には、ギャップ材が配合されていないものを用いることができる。
また、素子基板10あるいは対向基板20にシール材80を環状に塗布した後、シール材80で囲まれた領域内に液晶を設け、その後、素子基板10と対向基板20とをシール材80で貼り合せる場合には、液晶注入口83および封止用樹脂84は不要である。
素子基板10に用いた素子基板側基板本体10dは、例えば、石英基板やガラス基板およびシリコン基板であり、対向基板20に用いた対向基板側基板本体20dは、例えば、石英基板やガラス基板である。なお、液晶パネル100pを反射型として構成する場合、素子基板側基板本体10dおよび対向基板側基板本体20dのうち、外光が入射する側の基板本体には透光性であることが求められるが、他方の基板本体については透光性である必要はない。これに対して、液晶パネル100pを透過型として構成する場合、素子基板側基板本体10dおよび対向基板側基板本体20dの双方が透光性を有していることが求められる。
素子基板10において、シール材80の外側領域では、素子基板側基板本体10dの一方面に、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路101および複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。
詳しくは後述するが、素子基板側基板本体10dの一方面には、図1(a)を参照して説明した画素トランジスター30、および画素トランジスター30に電気的に接続する画素電極9aがマトリクス状に形成されている。対向基板20において、対向基板側基板本体20dの一方面には、シール材80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。また、対向基板側基板本体20dの一方面には共通電極21が形成されている。かかる共通電極21は、対向基板側基板本体20dの略全面あるいは複数の帯状電極として複数の画素100aに跨って形成されている。なお、液晶パネル100pを反射型として構成する場合、画素電極9aおよび共通電極21のうち、外光が入射する側の電極については透光性を有することが求められ、他方の電極には反射性を有することが求められる。これに対して、液晶パネル100pを透過型として構成する場合、画素電極9aおよび共通電極21の双方に透光性を有していることが求められる。
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、シール材80より外側で素子基板10の基板間導通用電極109と、対向基板20の共通電極21との間で電気的導通をとるための基板間導通材86が形成されている。基板間導通材86は、エポキシ樹脂系の接着剤成分に銀粉や金メッキファイバー等の導電粒子が配合されたものである。
液晶装置100は、モバイルコンピューター、携帯電話機等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側には、カラーフィルター(図示せず)や保護膜が形成される。また、液晶装置100では、使用する液晶層50の種類や、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、偏光板等が液晶パネル100pに対して所定の向きに配置される。さらに、液晶装置100は、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)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、カラーフィルターは形成されない。
以下、液晶装置100が反射型であって、画素電極9aを反射性導電膜(反射層)により構成し、共通電極21を透光性導電膜により形成した場合を例示する。かかる構成によれば、図2(b)に矢印Lで示すように、対向基板20の側から入射した光が画素電極9aで反射して再び、対向基板20の側から出射される間に、光は液晶層50によって光変調される。なお、液晶装置100を透過型とする場合、素子基板10および対向基板20の双方を透光性を有するように構成する。
(画素の具体的構成)
図3は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100の画素の説明図であり、図3(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態1に係る液晶装置に用いた素子基板において隣り合う画素の平面図、および図3(a)のF−F′線に相当する位置で液晶装置100を切断したときの断面図である。なお、図3(a)では、半導体層は細くて短い点線で示し、走査線3aは太い実線で示し、データ線6aおよびそれと同時形成された薄膜は一点鎖線で示し、容量線5bは二点鎖線で示し、画素電極9aは太くて長い点線で示し、下電極層4aは細い実線で示してある。
図3(a)に示すように、素子基板10において、素子基板側基板本体10d上には、複数の画素100aの各々に矩形状の画素電極9aが形成されており、各画素電極9aの縦横の境界領域に沿ってデータ線6aおよび走査線3aが形成されている。データ線6aおよび走査線3aは各々、直線的に延びており、データ線6aと走査線3aとの交差に対応する位置に画素トランジスター30が形成されている。また、素子基板側基板本体10d上には、走査線3aと重なるように容量線5bが形成されている。本形態において、容量線5bは、走査線3aと重なるように直線的に延びた主線部分と、データ線6aと走査線3aとの交差部分でデータ線6aに重なるように延びた副線部分とを備えている。
図3(a)、(b)に示すように、素子基板10は、石英基板やガラス基板、シリコン基板等の透光性の素子基板側基板本体10d、素子基板側基板本体10dの液晶層50側の表面に形成された画素電極9a、画素スイッチング用の画素トランジスター30、および配向膜16を主体として構成されている。対向基板20は、石英基板やガラス基板等の透光性の対向基板側基板本体20d、対向基板側基板本体20dの液晶層50側の表面に形成された共通電極21、および配向膜29を主体として構成されている。
素子基板10において、複数の画素100aの各々には画素トランジスター30が形成されている。画素トランジスター30において、半導体層1aは、走査線3aの一部からなるゲート電極3cに対してゲート絶縁層2を介して対向するチャネル領域1gと、ソース領域1bと、ドレイン領域1cとを備えており、ソース領域1bおよびドレイン領域1cは各々、低濃度領域および高濃度領域を備えている。半導体層1aは、例えば、素子基板側基板本体10d上に絶縁膜12を介して形成された多結晶シリコン膜等によって構成され、ゲート絶縁層2は、半導体層1aを熱酸化してなるシリコン酸化膜2aと、CVD法等により形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のCVD膜2bとの2層構造を有している。なお、ゲート絶縁層2は、CVD法等により形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜のみからなる場合や、半導体層1aを熱酸化してなるシリコン酸化膜のみからなる場合もある。走査線3aには、ポリシリコンやアモルファスシリコン、単結晶シリコン膜等のシリコン膜や、これらのポリサイドやシリサイド、さらには金属膜が用いられる。
走査線3aの上層側にはシリコン酸化膜等からなる第1層間絶縁膜41が形成されており、第1層間絶縁膜41の上層には下電極層4aが形成されている。下電極層4aは、走査線3aとデータ線6aとの交差する位置を基点として走査線3aおよびデータ線6aに沿って延出する略L字型に形成されている。下電極層4aは、導電性のポリシリコン膜や金属膜等からなり、コンタクトホール7cを介してドレイン領域1cに電気的に接続されている。
下電極層4aの上層側には、シリコン窒化膜等からなる誘電体層42が形成されている。誘電体層42の上層側には、誘電体層42を介して下電極層4aと対向するように容量線5b(上電極層)が形成され、かかる容量線5b、誘電体層42および下電極層4aによって、保持容量55が形成されている。容量線5bは、金属膜、導電性のポリシリコン膜、高融点金属を含む金属シリサイド膜、あるいはそれらの積層膜からなる。
容量線5bの上層側には、シリコン酸化膜等からなる第2層間絶縁膜43が形成され、第2層間絶縁膜43の上層にはデータ線6aおよびドレイン電極6bが形成されている。データ線6aはコンタクトホール7aを介してソース領域1bに電気的に接続している。ドレイン電極6bはコンタクトホール7bを介して下電極層4aに電気的に接続し、下電極層4aを介してドレイン領域1cに電気的に接続している。データ線6aおよびドレイン電極6bは、金属膜、導電性のポリシリコン膜、高融点金属を含む金属シリサイド膜、あるいはそれらの積層膜からなる。
データ線6aおよびドレイン電極6bの上層側には、シリコン酸化膜等からなる第3層間絶縁膜44が形成されている。第3層間絶縁膜44には、ドレイン電極6bへ通じるコンタクトホール7dが形成されている。第3層間絶縁膜44の上層には、アルミニウムやアルミニウム合金等の反射性金属膜からなる画素電極9aが形成されており、画素電極9aは、コンタクトホール7dを介してドレイン電極6bに電気的に接続されている。本形態において、第3層間絶縁膜44の表面は平坦面になっている。また、画素電極9aの表面も平坦面になっている。
画素電極9aの上層側には配向膜16が形成されている。配向膜16は、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、配向膜16は、シリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜であり、配向膜16と画素電極9aとの層間には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜160が形成されている。絶縁膜160の表面は平坦面になっており、それ故、配向膜16の表面も平坦面になっている。
対向基板20では、対向基板側基板本体20dの液晶層50側の表面(素子基板10に対向する側の面)に共通電極21が形成されており、かかる共通電極21を覆うように配向膜26が形成されている。共通電極21の表面は平坦面になっている。配向膜26は、配向膜16と同様、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、配向膜26は、シリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜であり、配向膜26と共通電極21との層間にはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜260が形成されている。絶縁膜260の表面は平坦面になっており、それ故、配向膜26の表面も平坦面になっている。
(液晶層50の層厚)
図4は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100における液晶層50の層厚制御に関する構成を示す説明図であり、図4(a)、(b)、(c)は各々、図2(a)のH−H′線における断面を模式的に示す説明図、図2(a)のJ−J′線における断面を模式的に示す説明図、対向基板側基板本体20dに形成した凹部を拡大して示す説明図である。なお、図4においては、素子基板10では画素電極9a、基板間導通用電極109、およびシール材80と重なる領域に存在する層間絶縁膜43等の膜のみが表され、対向基板20では共通電極21のみが表されている。また、図4では、シール材80に含まれるギャップ材81を1つのみ表してあるが、ギャップ材81は、シール材80の幅方向において複数、存在する。
本形態の液晶装置100においては、液晶層50の応答性を高めるために、液晶層50の層厚を薄くする必要がある。また、反射型の液晶装置100において、透過型の液晶装置と同様の明るさを得るには、液晶層50の層厚を透過型の液晶装置の半分程度にする必要がある。そこで、本形態では、図4(a)、(b)に示すように、素子基板10に用いた素子基板側基板本体10d、および対向基板20に用いた対向基板側基板本体20dのうちの一方の基板本体において、シール材80と重なる領域には、シール材80と重なる領域における一方の基板本体と他方の基板本体との間隔をシール材80により囲まれた領域における一方の基板本体と他方の基板本体との間隔とより大きくする段差部20hが形成されている。
本形態において、段差部20hは、対向基板側基板本体20dにおいて素子基板10と対向する面側に形成されており、素子基板側基板本体10dから離間する方向に凹んでいる。また、段差部20hは、一定厚の対向基板側基板本体20dの一部を掘り込んだ領域である。例えば、段差部20hは、全体が厚さ1.1mmの対向基板側基板本体20dの一部をウエットエッチングあるいはドライエッチングにより、例えば0.4μmの深さで、2mm程度の幅寸法をもって掘り込んだ領域である。このため、対向基板側基板本体20dにおいて、段差部20hが形成されている領域は肉薄部20eになっている。
ここで、段差部20hおよび肉薄部20eは、対向基板側基板本体20dの外周縁に形成された段差20fにより構成されており、段差部20hおよび肉薄部20eは、対向基板側基板本体20dの外周縁まで届いている。また、共通電極21は、段差部20hおよび肉薄部20eも含めて対向基板側基板本体20dの全体に形成されており、シール材80より外側では、基板間導通材86も、段差部20hおよび肉薄部20eと重なる位置に設けられている。かかる基板間導通材86は、プラスチックビーズ等の表面に金あるいは銀等の金属層を設けた導電粒子87と、樹脂成分88とからなり、素子基板側基板本体10dに形成された基板間導通用電極109と共通電極21とを導通させている。このため、基板間導通用電極109は、基板間導通材86を介して共通電極21に共通電位を供給可能である。
また、本形態では、共通電極21は、段差部20hおよび肉薄部20eも含めて対向基板側基板本体20dの全体に形成されている。そこで、本形態では、図4(c)に示すように、段差部20hの側面20gについてはテーパー面としてある。このため、共通電極21を段差部20hまで形成した場合でも、共通電極21に段差部20hの側面20gに段差切れが発生しにくい。
このように構成した液晶装置100において、シール材80にも用いたギャップ材81の外径寸法は、2.3μmである。但し、本形態の液晶装置100において、シール材80と重なる領域には、深さが0.6μmの段差20fによって肉薄部20eが設けられている。このため、素子基板10と対向基板20とをシール材80で貼り合わせた状態で、素子基板10と対向基板20との間には、外径寸法が2.3μmのギャップ材81が介在するが、シール材80で囲まれた領域における素子基板10と対向基板20との間隙Gは、1.8μmであり、液晶層50の層厚は1.8μmである。
なお、対向基板側基板本体20dに形成する段差部20hの深さを変えた場合におけるギャップ材81の外径寸法と、液晶層50の層厚との関係(シミュレーション結果)は、表1に示す通りである。
なお、ギャップ材81の外径寸法から段差部20hの深さを差し引いた値と、液晶層50の層厚との間には、0.1μm程度の差があるが、かかる差は、素子基板10等に形成した画素電極9aや層間絶縁膜43等の厚さに起因するものである。
(製造方法)
図5および図6は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100の製造方法を示す説明図である。本形態の液晶装置100は、単品サイズの素子基板10と単品サイズの対向基板20とを準備した後、貼り合せる方法に製造できるが、本形態では、図5および図6を参照して以下に説明するように、貼り合わせ工程までは、素子基板10を多数取りできる素子基板用大型基板と対向基板用大型基板を用いる。
まず、図5および図6を参照して以下に説明するように、貼り合わせ工程までは、素子基板10を多数取りできる素子基板用大型基板210と対向基板用大型基板220を用いる。より具体的には、まず、図5(a)に示すように、対向基板20(対向基板側基板本体20d)を多数取りできる対向基板用大型基板220を準備する。かかる対向基板用大型基板220において、一点鎖線301で示す切断予定線により囲まれた領域が対向基板側基板本体20dとして切り出される領域である。
次に、図5(b)に示すように、対向基板用大型基板220において対向基板側基板本体20dとして切り出される領域のうち、外周縁から所定の寸法だけ内側に相当する領域をエッチングマスク230で覆い、フッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、あるいはフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、対向基板側基板本体20dにおいてエッチングマスク230から露出している部分をエッチングする。
次に、エッチングマスク230を除去すると、対向基板用大型基板220において対向基板側基板本体20dとして切り出される領域の外周縁に沿って段差部20h(肉薄部20e)が形成される。ここで、ウエットエッチングおよびドライエッチングとしてサイドエッチングが発生しやすい条件を設定すれば、図4(c)を参照して説明したように、段差部20hの形成により発生した段差部の側面20gをテーパー面とすることができる。
次に、対向基板側基板本体20dに対して、図1〜図4を参照して説明した額縁108、共通電極21、配向膜26(図2、図3等を参照)等を形成する。
一方、図6(a)に示すように、素子基板10(素子基板側基板本体10d)を多数取りできる素子基板用大型基板210において、一点鎖線301で示す切断予定線で囲まれた領域が素子基板側基板本体10dとして切り出される領域であり、かかる領域に、図1〜図4を参照して説明した画素トランジスター30、画素電極9a、基板間導通用電極109、配向膜16(図2、図3等を参照)等形成する。
次に、図6(b)に示すように、素子基板用大型基板210において素子基板側基板本体10dとして切り出される領域のうち、画像表示領域10aの周りを囲むように、ギャップ材81を含有するシール材80を塗布する。その際、シール材80には、途切れ部分からなる液晶注入口83(図2参照)を形成する。
次に、図6(c)に示すように、素子基板用大型基板210において画素電極9aが形成されている一方面と、対向基板用大型基板220において共通電極21や段差部20hが形成されている一方面とをシール材80を挟んで重ね合わせ、シール材80を固化させる。その結果、大型のパネル構造体300pが形成される。なお、シール材80については、対向基板用大型基板220の側に塗布して、素子基板用大型基板210と対向基板用大型基板220とを貼り合わせてもよい。いずれの場合も、シール材80は、対向基板側基板本体20dの段差部20h(肉薄部20e)と重なる位置に配置される。
次に、大型のパネル構造体300pを切断予定線に沿って切断し、単品サイズの液晶パネル100pを得る。その間において、シール材80の液晶注入口83が露出したタイミングで液晶の真空注入を行い、その後、図2に示すように、液晶注入口83を封止樹脂で塞ぐ。
なお、素子基板用大型基板210(素子基板10)あるいは対向基板用大型基板220(対向基板20)にシール材80を環状に塗布した後、シール材80で囲まれた領域内に液晶を設け、その後、素子基板用大型基板210(素子基板10)と対向基板用大型基板220(対向基板20)とをシール材80で貼り合せる製造方法を採用してもよい。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の反射型の液晶装置100では、ギャップ材81を含むシール材80と重なる領域に、シール材80と重なる領域における対向基板側基板本体20d(一方の基板本体)と素子基板側基板本体10d(他方の基板本体)との間隔を、シール材80で囲まれた領域における対向基板側基板本体20dと素子基板側基板本体10dとの間隔より大きくする段差部20hが形成されている。このため、シール材80と重なる領域では、素子基板10と対向基板20との間隙が広いが、シール材80より内側の領域では、素子基板10と対向基板20との間隙が狭い。従って、ギャップ材81のサイズを縮小しなくても、液晶層50の層厚を薄くすることができ、液晶層50の応答性等を向上することができる。
また、段差部20hは、対向基板側基板本体20dに設けられているため、対向基板側基板本体20dのサイズを大きくする必要がないという利点がある。より具体的には、段差部20hについては、素子基板側基板本体10dに設けてもよいが、素子基板側基板本体10dには、シール材80と重なる領域に配線等を形成することが多く、かかる配線が形成される領域には、無用な段差が存在しない方が好ましい。従って、素子基板側基板本体10dに段差部20hを設ける場合には、配線が通る位置を避けた領域に段差部20hを設ける必要がある等制約が多い。このため、素子基板10に段差部20hを設けると、素子基板10が大きくなってしまうが、対向基板20側であれば、かかる制約がないので、対向基板20のサイズを大きくする必要がない。
また、本形態において、素子基板10と対向基板20との間には、段差部20hと重なる領域で素子基板10側の基板間導通電極109と対向基板20側の共通電極21とを導通させる基板間導通材86が設けられている。ここで、基板間導通材86は、樹脂成分88に銀粉や金メッキファイバー等の導電粒子87が配合されたものであるため、かかる基板間導通材86を段差部20hと重なる領域に設ければ、サイズの小さな導通粒子87を用いなくても、素子基板10側と対向基板20側とを導通させることができる。
また、対向基板側基板本体20dにおいて、段差部20hより形成された段差部の側面20gはテーパー面になっているため、段差部20hの側面20g上に共通電極21を設けた場合でも、共通電極21に段差切れが発生しにくい。
また、段差部20hは、対向基板側基板本体20dに対するエッチングにより形成されてなるため、研削等の機械加工で形成する場合と比較して多数枚の対向基板側基板本体20dに段差部20hを効率よく形成することができる。
[実施の形態2]
図7は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置100における液晶層50の層厚制御に関する構成を示す説明図であり、図7(a)、(b)は各々、図2(a)のH−H′線における断面を模式的に示す説明図、および図2(a)のJ−J′線における断面を模式的に示す説明図である。なお、図7においては、素子基板10では画素電極9a、基板間導通用電極109、およびシール材80と重なる領域に存在する層間絶縁膜43等の膜のみが表され、対向基板20では共通電極21のみが表されている。また、本形態の基本的な構成は、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し、それらの説明を省略する。
実施の形態1では、対向基板側基板本体20dに段差部20hおよび肉薄部20eを形成するにあたって、対向基板側基板本体20dの外周縁に段差20fを設けたが、本形態では、図7に示すように、対向基板側基板本体20dの外周縁に対して所定の寸法を隔てた内側に溝20iを設け、かかる溝20iによって、対向基板側基板本体20dに段差部20hおよび肉薄部20eが形成されている。
このように構成した対向基板20において、ギャップ材81を含有するシール材80は、段差部20hおよび肉薄部20eと重なる領域で、対向基板20と素子基板10とを貼り合せる。また、シール材80より外側では、基板間導通材86も、段差部20hおよび肉薄部20eと重なる位置に設けられている。
このため、本形態の液晶装置100では、実施の形態1と同様、シール材80と重なる領域では、素子基板10と対向基板20との間隙が広いが、シール材80より内側の領域では、素子基板10と対向基板20との間隙が狭い。従って、ギャップ材81のサイズを縮小しなくても、液晶層50の層厚を薄くすることができ、液晶層50の応答性等を向上することができる等、実施の形態1と同様な効果を奏する。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、段差部20hおよび肉薄部20eを対向基板側基板本体20dに設けたが、素子基板側基板本体10dにおいてシール材80と重なる領域に段差部20hおよび肉薄部20eを設けてもよい。また、対向基板側基板本体20dおよび素子基板側基板本体10dの双方に対してシール材80と重なる領域に段差部20hおよび肉薄部20eを設けてもよい。
また、上記実施の形態では、段差部20hおよび肉薄部20eをエッチングにより形成したが、研削等の機械加工によって、段差部20hおよび肉薄部20eを形成してもよい。また、素子基板側基板本体10dあるいは対向基板側基板本体20dを製作する際の成形によって段差部20hおよび肉薄部20eを形成してもよい。
[液晶装置100の電子機器への搭載例]
図8を参照して、上述した実施形態に係る液晶装置100を適用した電子機器について説明する。図8は、本発明を適用した液晶装置を用いた投射型表示装置(電子機器)の概略構成図であり、図8(a)、(b)は各々、透過型の液晶装置100を用いた投射型表示装置の説明図、および反射型の液晶装置100を用いた投射型表示装置(電子機器)の説明図である。
(投射型表示装置の第1例)
図8(a)に示す投射型表示装置110は、観察者側に設けられたスクリーン111に光を照射し、このスクリーン111で反射した光を観察する、いわゆる投影型の投射型表示装置である。投射型表示装置110は、光源112と、ダイクロイックミラー113、114と、液晶ライトバルブ115〜117(液晶装置100)と、投射光学系118と、クロスダイクロイックプリズム119と、リレー系120とを備えている。
光源112は、赤色光、緑色光および青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー113は、光源112からの赤色光を透過させると共に緑色光および青色光を反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー114は、ダイクロイックミラー113で反射された緑色光および青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光を反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー113、114は、光源112から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
ここで、ダイクロイックミラー113と光源112との間には、インテグレーター121および偏光変換素子122が光源112から順に配置されている。インテグレーター121は、光源112から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子122は、光源112からの光を例えばs偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。
液晶ライトバルブ115は、ダイクロイックミラー113を透過して反射ミラー123で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置(液晶装置100)である。液晶ライトバルブ115は、λ/2位相差板115a、第1偏光板115b、液晶パネル115cおよび第2偏光板115dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ115に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー113を透過しても光の偏光は変化しないことから、s偏光のままである。
λ/2位相差板115aは、液晶ライトバルブ115に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板115bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル115cは、p偏光を画像信号に応じた変調によってs偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板115dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ115は、画像信号に応じて赤色光を変調し、変調した赤色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。
なお、λ/2位相差板115aおよび第1偏光板115bは、偏光を変換させない透光性のガラス板115eに接した状態で配置されており、λ/2位相差板115aおよび第1偏光板115bが発熱によって歪むのを回避することができる。
液晶ライトバルブ116は、ダイクロイックミラー113で反射した後にダイクロイックミラー114で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ116は、液晶ライトバルブ115と同様に、第1偏光板116b、液晶パネル116cおよび第2偏光板116dを備えている。液晶ライトバルブ116に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー113、114で反射されて入射するs偏光である。第1偏光板116bは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル116cは、s偏光を画像信号に応じた変調によってp偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。そして、第2偏光板116dは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ116は、画像信号に応じて緑色光を変調し、変調した緑色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。
液晶ライトバルブ117は、ダイクロイックミラー113で反射し、ダイクロイックミラー114を透過した後でリレー系120を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ117は、液晶ライトバルブ115、116と同様に、λ/2位相差板117a、第1偏光板117b、液晶パネル117cおよび第2偏光板117dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ117に入射する青色光は、ダイクロイックミラー113で反射してダイクロイックミラー114を透過した後にリレー系120の後述する2つの反射ミラー125a、125bで反射することから、s偏光となっている。
λ/2位相差板117aは、液晶ライトバルブ117に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板117bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル117cは、p偏光を画像信号に応じた変調によってs偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板117dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ117は、画像信号に応じて青色光を変調し、変調した青色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。なお、λ/2位相差板117aおよび第1偏光板117bは、ガラス板117eに接した状態で配置されている。
リレー系120は、リレーレンズ124a、124bと反射ミラー125a、125bとを備えている。リレーレンズ124a、124bは、青色光の光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ124aは、ダイクロイックミラー114と反射ミラー125aとの間に配置されている。また、リレーレンズ124bは、反射ミラー125a、125bの間に配置されている。反射ミラー125aは、ダイクロイックミラー114を透過してリレーレンズ124aから出射した青色光をリレーレンズ124bに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー125bは、リレーレンズ124bから出射した青色光を液晶ライトバルブ117に向けて反射するように配置されている。
クロスダイクロイックプリズム119は、2つのダイクロイック膜119a、119bをX字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜119aは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜119bは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。したがって、クロスダイクロイックプリズム119は、液晶ライトバルブ115〜117のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系118に向けて射出するように構成されている。
なお、液晶ライトバルブ115、117からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はs偏光であり、液晶ライトバルブ116からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はp偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム119に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム119において各液晶ライトバルブ115〜117から入射する光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜119a、119bはs偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜119a、119bで反射される赤色光および青色光をs偏光とし、ダイクロイック膜119a、119bを透過する緑色光をp偏光としている。投射光学系118は、投影レンズ(図示略)を有しており、クロスダイクロイックプリズム119で合成された光をスクリーン111に投射するように構成されている。
(投射型表示装置の第2例)
図8(b)に示す投射型表示装置1000において、光源部890は、システム光軸Lに沿って光源810、インテグレーターレンズ820および偏光変換素子830が配置された偏光照明装置800を有している。また、光源部890は、システム光軸Lに沿って、偏光照明装置800から出射されたS偏光光束をS偏光光束反射面841により反射させる偏光ビームスプリッター840と、偏光ビームスプリッター840のS偏光光束反射面841から反射された光のうち、青色光(B)の成分を分離するダイクロイックミラー842と、青色光が分離された後の光束のうち、赤色光(R)の成分を反射させて分離するダイクロイックミラー843とを有している。
また、投射型表示装置1000は、各色光が入射する3つの反射型の液晶装置100(液晶装置100R、100G、100B)を備えており、光源部890は、3つの液晶装置100(液晶装置100R、100G、100B)に所定の色光を供給する。
かかる投射型表示装置1000においては、3つの液晶装置100R、100G、100Bにて変調された光をダイクロイックミラー842、843、および偏光ビームスプリッター840にて合成した後、この合成光を投射光学系850によってスクリーン860等の被投射部材に投射する。
なお、投射型表示装置については、光源部として、各色の光を出射するLED光源等を用い、かかるLED光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。
(他の電子機器)
本発明を適用した液晶装置100については、上記の投射型表示装置(電子機器)の他にも、携帯電話機、情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、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機器等の電子機器に用いてもよい。
9a・・画素電極、10・・素子基板、10d・・素子基板側基板本体、20・・対向基板、20d・・対向基板側基板本体、20e・・肉薄部、20f・・段差、20g・・段差部の側面、20h・・段差部、20i・・溝、30・・画素トランジスター、50・・液晶層、80・・シール材、81・・ギャップ材、82・・接着剤部分、86・・基板間導通材、87・・導電粒子、88・・樹脂部分、100・・液晶装置

Claims (9)

  1. 複数の画素電極を一方面に備えた素子基板と、
    前記素子基板と液晶層を介して対向するように配置された対向基板と、
    前記素子基板と前記対向基板との間隔を制御するギャップ材を含んで前記素子基板と前記対向基板とを貼り合わせるシール材と、
    前記シール材の外側に設けられた、導電粒子と樹脂を含んだ基板間導通材と、
    を含み、
    前記素子基板に用いた素子基板側基板本体、および前記対向基板に用いた対向基板側基板本体のうちの少なくとも一方の基板本体は、前記シール材及び前記基板間導通材と重なる領域に設けられ、当該シール材及び当該基板間導通材と重なる領域における前記一方の基板本体と他方の基板本体との間隔を前記シール材により囲まれた領域における前記一方の基板本体と前記他方の基板本体との間隔より大きくする段差部を有し、
    前記段差部は、前記対向基板側基板本体の外周縁から離間した内側に設けられた溝により構成され、
    前記シール材と前記基板間導通材は、前記溝の中で隣り合うように配置されることを特徴とする液晶装置。
  2. 前記段差部は、前記対向基板側基板本体に配置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。
  3. 前記対向基板は、遮光部材を含み、
    前記遮光部材の外側に、前記溝が配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。
  4. 前記導電粒子は、プラスチックビーズと、前記プラスチックビーズの表面に配置された金属層と、を含む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。
  5. 前記段差部の側面は、テーパー面になっていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の液晶装置。
  6. 前記段差部は、前記一方の基板本体に対するエッチングにより形成されてなることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の液晶装置。
  7. 前記素子基板および前記対向基板のうちの一方の基板は、他方の基板から入射した光を当該他方の基板に向けて反射する反射層を備えていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の反射型の液晶装置。
  8. 請求項1乃至7の何れか一項に記載の液晶装置を備えていることを特徴とする電子機器。
  9. 前記液晶装置に光を供給する光源部と、前記液晶装置によって光変調された光を投射する投射光学系と、を有していることを特徴とする請求項8に記載の電子機器。
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