JP6702368B2 - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶装置および電子機器に関するものである。
液晶装置は、一対の基板の間に液晶層が保持された液晶パネルを備えており、液晶パネルに光が入射すると、液晶層に用いた液晶材料等が光化学反応を起こし、イオン性不純物が発生することがある。また、液晶装置の製造過程で、シール材等から液晶層にイオン性不純物が侵入することもある。一方、液晶装置を駆動した際に液晶分子の配向状態が変化して液晶層に流動が発生すると、イオン性不純物が画素領域の端部に凝集し、画像の焼き付き(シミ)等といった表示品位の低下が発生する。そこで、特許文献1には、画素領域とシール材との間に第1電極を設けるとともに、第1電極とシール材との間に第2電極を設け、第1電極と第2電極に位相の異なる交流信号を印加することによって、画素領域内のイオン性不純物を画素領域の外側に掃き出す技術が提案されている。
特開2015−1634号公報
特許文献1に記載の技術において、第1電極と第2電極に位相の異なる交流信号を印加してイオン性不純物を画素領域の外側に掃き出す際、移動度が低いイオン性不純物が第1電極および第2電極の電位変化に追従できず、イオン性不純物を画素領域の外側に掃引できないという問題点がある。特に、特許文献1に記載の態様では、複数の画素電極のうち、画素領域の端部で第1電極と隣り合う画素電極と第1電極との間隔が、第1電極と第2電極との間隔よりも大きいため、移動度が低いイオン性不純物が画素領域の外側に掃引できないという問題が発生しやすい。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、移動度が低いイオン性不純物を画素領域から外側に掃き出すことのできる液晶装置、および電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶装置は、第1基板と、シール材を介して前記第1基板と貼り合わされた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間の前記シール材で囲まれた空間内に配置された液晶層と、前記第1基板の画素領域に設けられた複数の画素電極と、前記第1基板および前記第2基板のうちの一方の基板に設けられ、平面視で前記画素領域と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzの第1信号が供給される第1電極と、前記一方の基板に設けられ、平面視で前記第1電極と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzであるとともに前記第1信号と異なる位相の第2信号が供給される第2電極と、を備え、前記複数の画素電極のうち、前記第1電極と隣り合う画素電極と前記第1電極との間隔である第1間隔が、前記第1電極と前記第2電極との間隔である第2間隔以下であり、前記第1間隔および前記第2間隔は、前記複数の画素電極のうち、隣り合う2つの画素電極の間隔より広いことを特徴とする。
また、第1基板と、シール材を介して前記第1基板と貼り合わされた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間の前記シール材で囲まれた空間内に配置された液晶層と、前記第1基板の画素領域に設けられた複数の画素電極と、前記第1基板および前記第2基板のうちの一方の基板に設けられ、平面視で前記画素領域と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzの第1信号が供給される第1電極と、前記一方の基板に設けられ、平面視で前記第1電極と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzであるとともに前記第1信号と異なる位相の第2信号が供給される第2電極と、を備え、前記複数の画素電極のうち、前記第1電極と隣り合う画素電極と前記第1電極との間隔である第1間隔が、前記第1電極と前記第2電極との間隔である第2間隔以下であり、前記第1信号および前記第2信号の最大電圧振幅の1/2倍に相当する電圧は、前記画素電極と共通電極との間に印加される最大電圧以下であることを特徴とする。

本発明では、画素領域とシール材との間に第1電極が設けられているとともに、第1電極とシール材との間に第2電極が設けられており、第1電極および第2電極には、位相の異なる信号が印加される。従って、画素領域内のイオン性不純物を第1電極に引き寄せた後、さらに、第2電極に引き寄せることができるので、画素領域の外側にイオン性不純物を掃き出すことができる。また、画素電極と第1電極との間隔(第1間隔)が、第1電極と第2電極との間隔(第2間隔)以下であるため、第1電極および第2電極に印加する信号の周波数を過度に低くしなくても、移動度の低いイオン性不純物を画素領域から第1電極に向けてイオン性不純物を掃き出すことができる。
本発明の実施形態1に係る液晶装置の平面構成を模式的に示す説明図。 図1に示す液晶装置をH−H′線に沿って切断した様子を模式的に示す断面図。 図1に示す液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 図3に示す画素の構造を模式的に示す断面図。 図1に示す液晶装置におけるイオン性不純物の挙動を模式的に示す説明図。 図1に示す液晶装置における画素領域の説明図。 図6のA−A’線に沿って液晶パネルを切断した様子を模式的に示す断面図。 図7に示すイオントラップ機構で用いられる信号の第1例を示す説明図。 図7に示すイオントラップ機構で用いられる信号の第2例を示す説明図。 図7に示すイオントラップ機構で用いられる信号の第3例を示す説明図。 液晶層中におけるイオン性不純物の移動度と温度との関係を示すグラフ。 図8等に示す信号を生成するための構成を示す回路図。 図6に示すイオントラップ電極の構成とイオン性不純物の掃引効果との関係を示す説明図。 本発明の実施形態2に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施形態3に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施形態4に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施形態5に係る液晶装置の説明図。 本発明を適用した電子機器(投射型表示装置)の第1構成例を示す説明図。 本発明を適用した電子機器(投射型表示装置)の第2構成例を示す説明図。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、使用する図面では、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。また、以下の説明において、第1基板10の一方面10sに形成された膜等を説明する際、上層とは第1基板10とは反対側を意味し、下層とは第1基板10の側を意味する。第2基板20の一方面20sに形成された膜等を説明する際、上層とは第2基板20とは反対側を意味し、下層とは第2基板20の側を意味する。また、平面視とは、第1基板10および第2基板20に対する法線方向からみた様子を意味する。また、以下の説明では、トランジスターの一例として、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor;TFT30)を画素スイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置100を中心に説明する。かかる液晶装置100は、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調手段(液晶ライトバルブ)等として好適に用いることができる。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1に係る液晶装置100の平面構成を模式的に示す説明図である。図2は、図1に示す液晶装置100をH−H′線に沿って切断した様子を模式的に示す断面図である。図1および図2に示す液晶装置100は、第1基板10と、第1基板10に対向する第2基板20とを有しており、第1基板10と第2基板20とは、枠状のシール材40を介して貼り合わされている。また、第1基板10と第2基板20との間のうち、シール材40で囲まれた空間内には液晶層50が保持されている。第1基板10および第2基板20は、例えば、石英基板やガラス基板等の透光性基板からなる。
第1基板10は第2基板20よりも大きく、シール材40は、第2基板20の外縁に沿って配置されている。液晶層50は、正または負の誘電異方性を有する液晶材料からなる。シール材40は、例えば、熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂等の接着剤からなり、第1基板10と第2基板20との間隔を一定に保持するためのスペーサー(図示せず)を含んでいる。
シール材40で囲まれた領域内には、画素Pがマトリクス状に複数配列された画素領域Eが設けられており、第2基板20には、シール材40と画素領域Eとの間に画素領域Eの周りを囲む見切り部21が設けられている。見切り部21は、金属あるいは金属酸化物等からなる遮光層によって構成されている。図示を省略するが、遮光層は、第2基板20に対して、隣り合う画素Pの境界部分に平面視で重なるブラックマトリックスとして構成されることもある。
第1基板10の第2基板20と対向する一方面10sにおいて、シール材40と画素領域Eとの間には、1つの辺に沿って複数の端子104が配列されており、端子104と画素領域Eとの間にデータ線駆動回路101が設けられている。第1基板10の一方面10sにおいて、シール材40と画素領域Eとの間には、端子104が配列された辺と隣り合う2辺の各々に沿って走査線駆動回路102が設けられ、端子104が配列された辺と対向する辺に沿って検査回路103が設けられている。第1基板10の一方面10sにおいて、シール材40と検査回路103との間には、2つの走査線駆動回路102を繋ぐ複数の配線105が設けられている。データ線駆動回路101、および走査線駆動回路102に繋がる複数の配線は各々、複数の端子104に接続されている。以下、端子104が配列されている方向をX方向とし、X方向に直交する方向をY方向として説明する。なお、検査回路103は、データ線駆動回路101と画素領域Eとの間に設けてもよい。
第1基板10の一方面10s側では、複数の画素P毎に配置された画素電極15と、画素電極15を覆う第1配向膜18とが設けられている。また、図示を省略するが、第1基板10の液晶層50側の一方面10s側には、後述する画素スイッチング素子や配線等が設けられている。画素電極15は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電膜からなる。
第2基板20の第1基板10と対向する一方面20s側には、見切り部21と、見切り部21を覆う平坦化膜22と、平坦化膜22を覆う共通電極23と、共通電極23を覆う第2配向膜24とが設けられている。見切り部21は、平面視において、画素領域Eの周りを囲むととともに、走査線駆動回路102および検査回路103と重っている。従って、第2基板20側から走査線駆動回路102等に入射しようとする光を遮蔽することにより、光による誤動作を防止している。また、見切り部21は、不必要な迷光が画素領域Eに入射することを防止し、表示される画像のコントラストを高めている。平坦化膜22は、例えば酸化シリコン等の無機材料からなる。
共通電極23は、ITO等の透光性導電膜からなり、第2基板20に設けられた上下導通部106に電気的に接続されている。上下導通部106は、第1基板10に設けられた配線を介して端子104に電気的に接続されている。
第1配向膜18、および第2配向膜24は、液晶装置100の光学設計に基づいて選定される。第1配向膜18、および第2配向膜24は、気相成長法によって成膜されたSiOx(酸化シリコン)等の無機配向膜からなり、負の誘電異方性を有する液晶分子を略垂直配向させる。第1配向膜18、および第2配向膜24は、表面がラビングされたポリイミド等の有機配向膜からなる場合もあり、有機配向膜は、正の誘電異方性を有する液晶分子を略水平配向させる。
本形態の液晶装置100は透過型であって、液晶パネル110に対する光の入射側、および出射側の各々に配置される偏光素子の光学設計に応じて、電圧無印加状態で画素Pの透過率が最大となるノーマリーホワイトモードや、電圧無印加状態で画素Pの透過率が最小となるノーマリーブラックモードの液晶装置として構成される。本実施形態では、第1配向膜18、および第2配向膜24として無機配向膜を用い、液晶層50に負の誘電異方性を有する液晶材料を用いることによって、ノーマリーブラックモードの光学設計が適用された例を中心に説明する。
(電気的な構成)
図3は、図1に示す液晶装置100の電気的な構成を示す等価回路図である。図3に示すように、液晶装置100は、少なくとも画素領域EにおいてX方向に延在する複数の走査線3aと、Y方向に延在する複数のデータ線6aとを有しており、走査線3aとデータ線6aとは、第1基板10において、互いに絶縁された状態にある。本実施形態において、第1基板10は、データ線6aに沿って延在する容量線3bを有している。また、複数の走査線3aと複数のデータ線6aとの各交差に対応して画素Pが設けられている。複数の画素Pは各々、画素電極15、TFT30、および蓄積容量16を備えている。走査線3aはTFT30のゲートに電気的に接続され、データ線6aはTFT30のソースに電気的に接続されている。画素電極15はTFT30のドレインに電気的に接続されている。
データ線6aは、図1に示すデータ線駆動回路101に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号D1、D2、…、Dnを画素Pに供給する。走査線3aは、図1に示す走査線駆動回路102に接続されており、走査線駆動回路102から供給される走査信号SC1、SC2、…、SCmを順次、画素Pに供給する。データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路102は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングで線順次で供給する。
液晶装置100では、スイッチング素子であるTFT30が走査信号SC1〜SCmの入力によりオン状態とされる期間、データ線6aから供給される画像信号D1〜Dnが所定のタイミングで画素電極15に書き込まれる。画素電極15を介して液晶層50に書き込まれた所定レベルの画像信号D1〜Dnは、画素電極15と液晶層50を介して対向配置された共通電極23との間で一定期間保持される。画像信号D1〜Dnの周波数は例えば60Hzである。本実施形態においては、画素電極15と液晶層50との間に保持された画像信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極15と共通電極23との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量16が接続されている。蓄積容量16は、TFT30のドレインと容量線3bとの間に設けられている。
図1に示す検査回路103にはデータ線6aが接続されており、液晶装置100の製造過程において、上記画像信号を検出することによって、液晶装置100の動作欠陥などを確認するのに用いられる。従って、図3では、検査回路103の図示を省略してある。なお、図1には、画素領域Eの外側に形成される周辺回路として、データ線駆動回路101、走査線駆動回路102、および検査回路103を示してあるが、周辺回路として、上記画像信号をサンプリングしてデータ線6aに供給するサンプリング回路や、データ線6aに所定電圧レベルのプリチャージ信号を上記画像信号D1〜Dnに先行して供給するプリチャージ回路等が設けられる場合もある。
(画素Pの構成)
図4は、図3に示す画素Pの構造を模式的に示す断面図である。図4に示すように、第1基板10の一方面10sには、走査線3aが形成される。走査線3aは、例えばAl(アルミニウム)、Ti(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)等の遮光層からなる。
走査線3aの上層には酸化シリコン等からなる第1絶縁膜11a(下地絶縁膜)が形成され、第1絶縁膜11aの上層に半導体層30aが形成されている。半導体層30aは、多結晶シリコン膜からなる。半導体層30aは、酸化シリコン等からなる第2絶縁膜(ゲート絶縁膜)11bによって覆われており、第2絶縁膜11bの上層にはゲート電極30gが形成される。
ゲート電極30gの上層には酸化シリコン等からなる第3絶縁膜11cが形成されており、第2絶縁膜11bおよび第3絶縁膜11cには、半導体層30aのソース領域およびドレイン領域に到るコンタクトホールCNT1、CNT2が形成される。第3絶縁膜11cの上層には、コンタクトホールCNT1、CNT2を介して半導体層30aに接続するデータ線6a(ソース電極)、および第1中継電極6b(ドレイン電極)が形成される。このようにしてTFT30が構成される。本実施形態において、TFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有している。
データ線6aおよび第1中継電極6bの上層側には酸化シリコン等からなる第1層間絶縁膜12aが形成される。第1層間絶縁膜12aの表面は、化学的機械的研磨処理(Chemical Mechanical Polishing:CMP処理)等によって平坦化されている。第1層間絶縁膜12aには、第1中継電極6bに到るコンタクトホールCNT3が形成されており、第1層間絶縁膜12aの上層には、配線7aと、コンタクトホールCNT3を介して第1中継電極6bに電気的に接続される第2中継電極7bとが形成される。配線7aは、TFT30の半導体層30aやデータ線6aと平面視で重なるように形成されており、固定電位が印加されたシールド層として機能する。
配線7aおよび第2中継電極7bの上層側には酸化シリコン等からなる第2層間絶縁膜13aが形成される。第2層間絶縁膜13aの表面は、CMP処理等によって平坦化されている。第2層間絶縁膜13aには、第2中継電極7bに到るコンタクトホールCNT4が形成される。
第2層間絶縁膜13aの上層には、遮光性の金属等によって、第1容量電極16aおよび第3中継電極16dが形成される。第1容量電極16aは複数の画素Pに跨るように形成された容量線3bであり、固定電位が供給される。第1容量電極16aおよび第3中継電極16dの上層には、第1容量電極16aの外縁および第3中継電極16dの外縁等を覆うように絶縁膜13bが形成される。第1容量電極16aおよび絶縁膜13bの上層側には誘電体層16bが形成される。誘電体層16bは、シリコン窒化膜や、酸化ハフニウム(HfO2)、アルミナ(Al23)、酸化タンタル(Ta25)等からなる。誘電体層16bの上層には、窒化チタン(TiN)等からなる第2容量電極16cが形成され、第1容量電極16a、誘電体層16b、および第2容量電極16cによって蓄積容量16が構成される。第2容量電極16cは、誘電体層16bおよび絶縁膜13bの除去部分を介して第3中継電極16dに電気的に接続されている。
第2容量電極16cの上層側には酸化シリコン等からなる第4層間絶縁膜14aが形成され、第4層間絶縁膜14aの表面は、CMP処理等によって平坦化されている。第4層間絶縁膜14aには、第2容量電極16cに到達するコンタクトホールCNT5が形成されている。第4層間絶縁膜14aの上層にはITO等の透光性導電膜からなる画素電極15が形成され、画素電極15は、コンタクトホールCNT5を介して第2容量電極16cに電気的に接続されている。
このように構成した液晶装置100では、第1基板10の一方面10s側に、複数の配線が形成されており、配線間を絶縁する絶縁膜や層間絶縁膜の符号を用いて配線部を表すこととする。すなわち、第1絶縁膜11a、第2絶縁膜11b、および第3絶縁膜11cを括って配線層11と称する。配線層11の代表的な配線は走査線3aである。配線層12の代表的な配線はデータ線6aである。第2層間絶縁膜13a、絶縁膜13b、および誘電体層16bを括って配線層13と称し、配線層13の代表的な配線は配線7aである。同じく、配線層14の代表的な配線は、第1容量電極16aとしての容量線3bである。
(液晶層50等の構成)
第1配向膜18および第2配向膜24は、無機配向膜であって、酸化シリコン等の無機材料を斜め蒸着して柱状に成長させたカラム18a、24aの集合体からなる。従って、液晶層50において、液晶分子LCは、第1基板10および第2基板20に対する法線方向に対して、3°〜5°のプレチルト角度θpを有して略垂直配向(VA;Vertical Alignment)する。液晶分子LCは、画素電極15と共通電極23との間に駆動信号が印加された際、画素電極15と共通電極23との間に生ずる電界方向によって傾きが変化する。
(イオン性不純物の挙動)
図5は、図1に示す液晶装置100におけるイオン性不純物の挙動を模式的に示す説明図であり、図5には、液晶装置100を第2基板20側から見た様子を示してある。図5において、第1基板10に第1配向膜18を形成する際の斜め蒸着方向は、例えば、破線の矢印A1で示す方位であり、Y方向に角度θaの角度を成す方向である。第2基板20に第2配向膜24を形成する際の斜め蒸着方向は、例えば、実線の矢印A2で示す方位であり、Y方向に角度θaの角度を成す方向である。角度θaは例えば45度である。第1基板10に第1配向膜18を形成する際の斜め蒸着の方位と、第2基板20に第2配向膜24を形成する際の斜め蒸着の方位は逆向きである。
このように構成した液晶装置100において、液晶層50を駆動すると、図4に矢印Bで示すように、液晶分子LCが振動し、図5に示す破線あるいは実線の矢印A1、A2で示した斜め蒸着方向に液晶分子LCのフローが生ずる。従って、液晶層50にイオン性不純物が含まれていると、イオン性不純物は、液晶分子LCのフローに沿って画素領域Eの角部E0に向かって移動し、偏在しようとする。イオン性不純物が偏在している領域では、液晶層50の絶縁抵抗が低下し、駆動電位の低下を招く。その結果、角部E0では表示ムラや通電による焼き付き現象が発生することになる。特に、第1配向膜18および第2配向膜24に無機配向膜を用いた場合には、無機配向膜がイオン性不純物を吸着し易いので、有機配向膜に比べて表示ムラや焼き付き現象が発生しやすい。そこで、本実施形態の液晶装置100には、以下に説明するように、イオン性不純物の偏在を防止するイオントラップ機構130が構成されている。
(イオントラップ機構130等の説明)
図6は、図1に示す液晶装置100における画素領域Eの説明図である。図7は、図6のA−A’線に沿って液晶パネル110を切断した様子を模式的に示す断面図である。図6および図7に示すように、本実施形態の液晶装置100の画素領域Eは複数の画素PがX方向およびY方向に配置されており、複数の画素Pは各々、TFT30に電気的に接続された画素電極15を有している。画素Pおよび画素電極15は、平面的な形状、大きさや配置ピッチ等が同一である。
本実施形態において、画素領域Eは、複数の画素Pのうち、表示に直接寄与する表示画素P0が配置された表示領域E1を有し、表示領域E1の周りには、複数の画素Pのうち、表示に直接寄与しない複数のダミー画素DPを有するダミー画素領域E2を有している。以下の説明では、複数の画素電極15のうち、表示画素P0に設けられた画素電極15を有効画素電極150とし、ダミー画素DPに設けられた画素電極15をダミー画素電極151とする。図6に示す態様では、ダミー画素領域E2にX方向において表示領域E1を挟んで2個ずつ、Y方向において表示領域E1を挟んで2個ずつのダミー画素DPが配置されている。但し、ダミー画素領域E2におけるダミー画素DPの配置数はこれに限定されるものではなく、X方向およびY方向の各々において、表示領域E1を挟んで少なくとも1個ずつのダミー画素DPが配置されていればよい。また、3個ずつ以上でもよく、X方向とY方向とにおける配置数が異なっていてもよい。
本実施形態では、ダミー画素領域E2を電子見切り部120として機能させる。より具体的には、ダミー画素電極151は各々、下層側に設けられたTFT30に電気的に接続されており、液晶装置100がノーマリーブラックモードの場合、表示領域E1の画素Pの表示状態に関わらず、常にダミー画素DPの透過率が変化しない程度の交流電位が印加される。従って、電子見切り部120の全域が黒表示となる。なお、図1および図2を参照して説明した見切り部21は、シール材40とダミー画素領域E2との間に位置するため、ダミー画素領域E2(電子見切り部120)は、見切り部21とともに、液晶装置100のON・OFFに依存しない見切りとして機能する。
このように構成した液晶装置100にイオントラップ機構130を構成するにあたって、第1基板10および第2基板20のうちの一方の基板には、平面視で画素領域Eとシール材40とに挟まれた領域に第1信号Vaが供給される第1電極131と、平面視で第1電極131とシール材40とに挟まれた領域で第1信号Vaと異なる位相の第2信号Vbが供給される第2電極132とが設けられている。また、前記一方の基板には、平面視で第2電極132とシール材40とに挟まれた領域で第1信号Vaおよび第2信号Vbと異なる位相の第3信号Vcが供給される第3電極133が設けられている。本実施形態において、第1電極131、第2電極132および第3電極133は各々、第1基板10の側に画素領域Eを平面視で囲む四角形の枠状に形成されている。
第1電極131のX方向に延在する部分の両端付近には、Y方向に延在する一対の引き回し配線135の一方端が電気的に接続され、引き回し配線135の他方端は、第1基板10に形成された端子104に電気的に接続されている。一対の引き回し配線135が電気的に接続された端子104については、他の端子104と区別するため、端子104(It1)と表す。第2電極132のX方向に延在する部分の両端付近には、Y方向に延在する一対の引き回し配線136の一方端が電気的に接続され、引き回し配線136の他方端は、第1基板10に形成された端子104に電気的に接続されている。一対の引き回し配線136が電気的に接続された端子104については、他の端子104と区別するため、端子104(It2)と表す。第3電極133のX方向に延在する部分の両端付近には、Y方向に延在する一対の引き回し配線137の一方端が電気的に接続され、引き回し配線137の他方端は、第1基板10に形成された端子104に電気的に接続されている。一対の引き回し配線137が電気的に接続された端子104については、他の端子104と区別するため、端子104(It3)と表す。
このようにして、第1電極131、第2電極132、第3電極133、引き回し配線135、136、137、および端子104(It1、It2、It3)によってイオントラップ機構130が構成されている。イオントラップ機構130では、端子104(It1)から第1電極131に第1信号Vaが供給され、端子104(It2)から第2電極132に第2信号Vbが供給され、端子104(It3)から第3電極133に第3信号Vcが供給される。
本実施形態では、第1電極131、第2電極132、および第3電極133に供給される信号が、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の位置によってばらつくことを抑制するために、2つの端子104(It1、It2、It3)から信号を供給する構成としたが、これに限定されるものではない。端子104(It1、It2、It3)が各々、1つでもよいし、3つ以上であってもよい。また、第1電極131、第2電極132、および第3電極133は、平面視で電気的に閉じられた四角形の電極である態様に限定されず、一方の端に引き回し配線135、136、137が接続され、他方の端が開放された状態(オープン)であってもよい。
なお、図7に示すように、第1基板10の一方面10s側には複数の配線層11〜14が設けられており、画素電極15、第1電極131、第2電極132、および第3電極133は各々、第4層間絶縁膜14aの上層に形成されている。本実施形態においては、画素電極15、第1電極131、第2電極132、および第3電極133は、画素電極15を形成する工程で、同一の透光性導電膜(例えば、ITO膜)をパターニングすることによって形成される。また、引き回し配線135、136、137は、配線層11〜14と同様な構成によって端子104(It1、It2、It3)に電気的に接続されている。
(イオントラップ機構130の動作)
イオントラップ機構130では、第1電極131に第1信号Vaが供給されるとともに、第2電極132には、第1信号Vaと位相の異なる第2信号Vbが供給される。また、第3電極133には、第1信号Vaおよび第2信号Vbと位相の異なる第3信号Vcが供給される。より具体的には、第1電極131、第2電極132、および第3電極133には、隣り合う電極間に生ずる電界(電気力線)の方向が画素領域Eに近い第1電極131から第2電極132の方向に移動し、さらに、第2電極132から第3電極133の方向に移動するように交流信号が与えられる。交流信号は、共通電極23に与えられる共通電位(LCCOM)を基準電位として、高電位と低電位とに遷移する信号である。正極性(+)または負極性(−)のイオン性不純物は、上記の電界方向の第1電極131から第3電極133への移動に伴ってダミー画素領域E2から見切り領域E3に掃き寄せられる。
かかる動作は画像を表示している期間、あるいは画像の表示を休止している期間のいずれに実施してもよい。
(液晶装置100の駆動方法)
図8は、図7に示すイオントラップ機構130で用いられる信号の第1例を示す説明図である。図9は、図7に示すイオントラップ機構130で用いられる信号の第2例を示す説明図である。図10は、図7に示すイオントラップ機構130で用いられる信号の第3例を示す説明図である。
本実施形態の液晶装置100においては、例えば、図8に示すように、第1電極131、第2電極132、第3電極133の各々に矩形波の交流信号を印加する。具体的には、第1電極131、第2電極132、第3電極133の各々に、周波数が同一で位相が異なる交流信号(第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vc)を供給する。より具体的には、第1電極131に供給される第1信号Vaが正極性(+)または基準電位から負極性(−)に遷移してから、基準電位または正極性(+)に遷移する前に、第2電極132に供給される第2信号Vbが正極性(+)または基準電位から負極性(−)に遷移する。また、第2信号Vbが負極性(−)に遷移してから、基準電位または正極性(+)に遷移する前に、第3電極133に印加される第3信号Vcが正極性(+)または基準電位から負極性(−)に遷移する。また、第1電極131に印加される第1信号Vaが負極性(−)または基準電位から正極性(+)に遷移してから、基準電位または負極性(−)に遷移する前に、第2電極132に印加される第2信号Vbが負極性(−)または基準電位から正極性(+)に遷移する。また、第2信号Vbが負極性(−)または基準電位から正極性(+)に遷移してから、基準電位または負極性(−)に遷移する前に、第3電極133に印加される第3信号Vcが負極性(−)または基準電位から正極性(+)に遷移する。
ここで、第1電極131に与えられた交流信号(第1信号Va)に対して、第2電極132に与えられた交流信号(第2信号Vb)は、時間軸tにおいてΔt時間だけ遅れている。同様に、第2電極132に与えられた交流信号(第2信号Vb)に対して、第3電極133に与えられた交流信号(第3信号Vc)は、時間軸tにおいてΔt時間だけ遅れている。例えば、Δt時間を1/3周期とすれば、第1電極131、第2電極132、第3電極133の各々に与えられた交流信号は、互いに1/3周期だけ位相がずれることとなる。言い換えれば、第1電極131、第2電極132、第3電極133の各々の電位が互いに位相がずれた状態となる最大の位相のずれ量Δtは、交流信号の1周期を電極の数nで除した値となる。
なお、図8に示した矩形波の交流信号は、基準電位を0Vとして、高電位(5V)と低電位(−5V)とに遷移するものであるが、基準電位、高電位、低電位の設定は、これに限定されるものではない。
かかるイオントラップ機構130では、図8に示す時間t0から時間t1において、第1電極131に供給される第1信号Vaが5Vの正極性(+)のとき、第1電極131に隣り合う第2電極132に供給の第2信号Vbは、−5Vの負極性となる。従って、第1電極131と第2電極132との間には、図7に示すように、第1電極131から第2電極132に向う電界(実線で示した電気力線)が生ずる。
また、時間t1から時間t2において、第2電極132に供給される第2信号Vbが5Vの正極性(+)のとき、第2電極132に隣り合う第3電極133に供給される第3電位が−5Vの負極性(−)となる。従って、第2電極132と第3電極133との間には、図7に示すように、第2電極132から第3電極133に向う電界が生ずる。
また、時間t2から時間t3において、第3電極133に供給される第3信号Vcが5Vの正極性(+)のとき、第3電極133に隣り合う第2電極132に供給される第2信号Vbが5Vの正極性(+)から−5の負極性(−)に遷移する。従って、時間t0から時間t3の交流信号における1周期に相当する時間内において、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の電極間における電界の分布が、第1電極131から第3電極133へ時間的にスクロールされる。このような交流信号による電界の発生のさせ方を「電界のスクロール」と呼ぶこととする。
ここで、イオン性不純物は、正極性(+)を有するものと、負極性(−)を有するものとが存在する可能性があるが、第1電極131の第1電位の極性に対応して正極性(+)または負極性(−)のイオン性不純物が第1電極131に引き寄せられることになる。第1電極131に引き寄せられたイオン性不純物をそのまま滞留させておくと、次第にイオン性不純物が蓄積されて、電子見切り部120や表示領域E1の表示に影響を及ぼすおそれがあるので、第1電極131に引き寄せられたイオン性不純物を逐次、第2電極132や第3電極133に移動させる。
本実施形態では、上述したように、第1電極131、第2電極132、および第3電極133に互いに位相がずれた交流信号を印加することで、電極間に生ずる電界の分布を第1電極131から第2電極132を経由して第3電極133へスクロールさせている。これによって、第1電極131に引き寄せられた正極性(+)または負極性(−)のイオン性不純物を、第2電極132を経由して第3電極133へ移動させることができる。従って、第1電極131、第2電極132、および第3電極133は各々、イオントラップ電極である。
また、電界のスクロールに伴って確実にイオン性不純物を第3電極133に掃き寄せるためには、イオン性不純物の移動速度を考慮して交流信号の周波数を決める必要がある。イオン性不純物の移動速度よりも電界のスクロールの速度が速いと、イオン性不純物が電界のスクロールに付いて行けずに、イオン性不純物を掃き寄せる効果が低下するおそれがある。
本発明者は、イオントラップ機構130における好ましい交流信号の周波数f(Hz)を以下のように導き出した。まず、イオン性不純物の液晶層中の移動速度v(m/s)は、数式(1)に示すように、隣り合うイオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極)の電界強度e(V/m)と、イオン性不純物の移動度μ(m2/V・s)との積で与えられる。
v=e・μ・・・(1)
また、電界強度e(V/m)は、数式(2)で示すように、隣り合うイオントラップ電極間の電位差Vnをイオントラップ電極の配置ピッチp(m)で除した値である。
e=Vn/p・・・(2)
また、隣り合うイオントラップ電極間の電位差Vnは、交流信号における実効電圧VEの2倍に相当することから、次の数式(3)が導かれる。
e=2VE/p・・・(3)となる。
なお、図7に示すように、矩形波の交流信号における実効電圧VEは、矩形波の基準電位に対する電位に相当し、本実施形態では5Vである。
数式(3)を数式(1)に当てはめることにより、イオン性不純物の移動速度v(m/s)は、数式(4)となる。
v=2μVE/p・・・(4)
従って、隣り合うイオントラップ電極間をイオン性不純物が移動する時間tdは、数式(5)に示すように、隣り合うイオントラップ電極の配置ピッチpをイオン性不純物の移動速度vで除した値となる。
td=p/v=p2/2μVE・・・(5)
従って、好ましい周波数f(Hz)は、隣り合うイオントラップ電極間をイオン性不純物が移動する時間tdに合わせて電界をスクロールすることで求められる。電界のスクロール時間は交流信号の位相差Δtに相当するので、前述したようにΔtを1/n周期とすると、好ましい周波数f(Hz)は次の数式(6)によって導かれる。nはイオントラップ電極の数である。
f=1/n/td=2μVE/np2・・・(6)
また、前述したように、隣り合うイオントラップ電極に印加される交流信号の位相差Δtを1/3周期とすると、イオントラップ機構130における隣り合うイオントラップ電極間の電位差Vnは、0Vを基準電位として5Vと−5Vとに遷移する矩形波の交流信号の場合、10Vとなる。また、イオントラップ機構130におけるイオントラップ電極の配置ピッチpを8μmとし、イオン性不純物の移動度μを2.2×10-10(m2/V・s)すると、好ましい周波数fは、数式(6)によれば、およそ12Hzとなる。なお、イオン性不純物の移動度μの値は、例えば、A.Sawada,A.Manabe and S.Naemura,“A Comparative Study on the Attributes of Ions in Nematic and Isotropic Phases”,JPn.J.Appl Phys Vol.40,p220−p224(2001)に記載されている。
交流信号の周波数fを12Hzよりも大きくすると電界のスクロールにイオン性不純物が付いて行けなくなるので、周波数fは12Hzと同じか12Hzよりも小さいことが好ましい。また、周波数fをあまりに小さくするとイオントラップ電極間に直流が印加される状態となって、例えば液晶の分解や、焼き付き、シミなどの表示不良が起るなど好ましくない。
イオントラップ電極に印加する交流信号は、図8に示した矩形波の交流信号に限定されない。例えば、図9に示すような矩形波としてもよい。図8の矩形波の交流信号は、電位が正極性(+)である時間と負極性(−)である時間が同じであるが、例えば、図9に示すように、電位が正極性(+)である時間t4よりも電位が負極性(−)である時間t5の方が長い設定の交流信号としてもよい。液晶装置100の製造工程によれば、液晶層50に正極性(+)及び負極性(−)のイオン性不純物が含まれるおそれがあり、正極性(+)のイオン性不純物のほうが負極性(−)のイオン性不純物に比べて、表示品位を低下させることが知られている。従って、イオントラップ電極の各々に電位が負極性(−)である時間t5が長い設定の交流信号を印加することで、正極性(+)のイオン性不純物を効果的に掃き寄せることが可能となる。
また、矩形波の交流信号は、図8および図9に示したように、例えば0Vを基準電位として、5Vと−5Vの2値の電位間で振幅させてもよいが、異なる3値以上の電位を遷移するように波形を設定してもよい。これによれば、イオントラップ機構130の第1電極131から第2電極132を経て第3電極133へ円滑にイオン性不純物を移動させることが可能である。また、図8および図9に示した矩形波の交流信号だけでなく、三角波の交流信号も採用することができる。
図10に示す態様では、イオントラップ電極の各々に印加される交流信号は、1周期の時間内において互いに位相が異なる正弦波である。但し、正弦波のようなアナログ信号を生成するアナログ回路に比べて、矩形波を生成するデジタル回路の方が回路構成を簡略化できる。
また、同じ周波数の交流信号であれば、第1電極131、第2電極132、第3電極133に印加される交流信号の振幅の大きさ、つまり基準電位に対して正極性の最大電位と、負極性の最大電位とを必ずしも同じにしなくてもよい。例えば、第1電極131には、前述したように、0Vを基準電位として、5Vと−5Vとの間で振幅する交流信号を与える。これに対して、第2電極132には、0Vを基準電位として、7.5Vと−7.5Vとの間で振幅する交流信号を与え、第3電極133には、0Vを基準電位として、10Vと−10Vとの間で振幅する交流信号を与える。このように3つのイオントラップ電極に印加される交流信号の振幅の大きさを画素領域Eからイオントラップ電極が遠ざかるほど大きくすることで、イオン性不純物を効果的に掃き寄せることが可能である。
(交流信号の周波数f)
図11は、液晶層中におけるイオン性不純物の移動度と温度との関係を示すグラフである。図11に示すグラフは、前述した文献に記載されたイオン性不純物の移動度μの値を参照して得られたものである。
画素Pを駆動することによって前述したように液晶層50中に液晶分子LCのフロー(流れ)が生じ、イオン性不純物は、このフロー(流れ)によって画素領域Eを移動する。フロー(流れ)の速度は画素Pを駆動する駆動信号の周波数に依存すると考えられる。このフロー(流れ)によって移動するイオン性不純物を画素領域Eからイオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)に確実に引き寄せるには、イオントラップ電極間に生ずる電界の移動をゆっくりとしたほうがよい。つまり、イオントラップ電極に印加される交流信号の周波数f(Hz)は、画素Pを駆動する駆動信号の周波数よりも小さいことが好ましい。
一方、イオン性不純物の移動度μ(移動速度v)は温度に依存する。それ故、液晶装置100が実際に駆動されるときの温度が常温よりも高ければ、周波数fを12Hzよりも大きく設定してもイオン性不純物を掃き寄せる効果が得られる。
図11に示すように、温度が25℃のときのイオン性不純物の移動度μの値は、およそ2.2×10-10(m2/V・s)であり、logμの値は、−9.6となる。これに対して、温度が60℃のときのイオン性不純物の移動度μの値は、およそ2.2×10-9(m2/V・s)であり、logμの値は−8.7となる。つまり、25℃に対して60℃のイオン性不純物の移動度μはおよそ10倍になる。60℃の温度に着目するのは、液晶装置100を後述する投射型表示装置のライトバルブとして使用するときの温度を考慮したものである。
前述した数式(6)に、n=3、VE=5V、p=8μm、温度が60℃のμ=2.2×10-9(m2/V・s)を当てはめると、最適な周波数fは、およそ113Hzとなる。この状態では、イオントラップ電極に印加される交流信号の最適な周波数fが、本実施形態の駆動周波数である60Hzよりも大きくなるがイオン性不純物の掃き寄せ効果を得ることができると考えられる。言い換えれば、駆動周波数を交流信号の最適な周波数fよりも大きな例えば120Hzとすれば、より効果的にイオン性不純物を掃き寄せられると考えられる。
(交流信号の供給)
図12は、図8等に示す信号を生成するための構成を示す回路図である。上記実施形態では、図6に示すように、外部から3つの端子104(It1、It2、It3)を介してイオントラップ機構130の第1電極131、第2電極132、第3電極133の各々に周波数が同じで位相がずれた交流信号を印加したが、周波数が同じで位相がずれた交流信号を印加する方法(手段)は、これに限定されない。
例えば、図12に示すように、液晶装置100は、引き回し配線135と引き回し配線136との間に設けられた遅延素子171と、引き回し配線136と引き回し配線137との間に設けられた遅延素子171とを含む遅延回路17を備える構成としてもよい。遅延素子171は、例えば容量素子(C)とインダクタ素子(L)とを含む回路構成や、抵抗(R)と容量素子(C)とを含む回路構成が挙げられる。このような遅延回路17によれば、端子104(It1)に第1信号Vaを供給することにより、引き回し配線135を経由して第1電極131に第1交流信号が印加される。また、第1信号Vaが遅延素子171を経由して引き回し配線136に伝わることにより、第1信号Vaに対して位相がずれた第2信号Vbが引き回し配線136を経由して第2電極132に印加される。また、第2信号Vbが遅延素子171を経由して引き回し配線137に伝わることにより、第2信号Vbに対して位相がずれた第3信号Vcが引き回し配線137を経由して第3電極133に印加される。かかる態様によれば、第1信号Vaだけを外部回路で生成して、端子104(It1)に供給すればよいので、装置全体の回路構成を簡略化できる。
(イオントラップ電極の詳細構成)
図13は、図6に示すイオントラップ電極の構成とイオン性不純物の掃引効果との関係を示す説明図であり、図13には、各電極間距離の比、および信号の周波数を変化させた場合のイオン性不純物の掃引効果を示してある。図13には、第1電極131と画素電極15との間隔S0を第1電極131と第2電極132との間隔S1で割った値を0.5〜4まで変化させ、信号の周波数を0.1Hzから10Hzまで変化させた際のイオン性不純物の掃引効果を電気泳動シミュレーターで評価した結果を示してある。図13において、イオン性不純物に対して十分な掃引効果が得られた条件には「○」を付し、イオン性不純物に対する掃引効果が不十分である条件には「×」を付してある。ここで、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)の配置ピッチは4μmであり、イオントラップ電極の幅、およびイオントラップ電極の間隔はいずれも2μmである。
図6および図7に示すように、本実施形態において、第1電極131、第2電極132、第3電極133は、X方向に等間隔で配置されている。また、図示を省略するが、第1電極131、第2電極132、第3電極133は、Y方向においても等間隔で配置されている。第1電極131、第2電極132、および第3電極133のX方向の幅L1は、例えば4μmであり、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の平面視におけるX方向のピッチは、例えば8μmである。従って、第1電極131と第2電極132との平面におけるX方向の間隔S1(第2間隔)、および第2電極132と第3電極133との平面視におけるX方向の間隔S2(第3間隔)はいずれも、4μmである。また、第1電極131、第2電極132、および第3電極133のY方向の幅は、例えば4μmであり、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の平面視におけるY方向のピッチは、例えば8μmである。従って、第1電極131と第2電極132との平面におけるY方向の間隔(第2間隔)、および第2電極132と第3電極133との平面視におけるY方向の間隔(第3間隔)はいずれも、4μmである
ここで、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)の配置ピッチを8μmよりも小さくすると、好ましい周波数fを大きくすることができる。また、イオントラップ電極の数を3本からさらに増やせば、イオン性不純物を画素領域Eからより遠くに掃引することができる。
また、図13に示すように、信号の周波数を0.1Hzから10Hz変化させるとともに、第1電極131と画素電極15との間隔S0(第1間隔)を第1電極131と第2電極132との間隔S1(=第2電極132と第3電極133との間隔S2)で割った値を0.5〜4まで変化させると、比(S0/S1)が小さい程、十分な掃引効果を得ることのできる周波数の上限が高い。例えば、比(S0/S1)が0.5〜1.0である場合、信号の周波数が0.1Hz〜5Hzで十分な掃引効果を得ることができるのに対して、比(S0/S1)が2.0である場合、信号の周波数が0.1Hz〜2Hzでしか十分な掃引効果を得ることができず、比(S0/S1)が4.0である場合、信号の周波数が0.1Hzでしか十分な掃引効果を得ることができない。従って、比(S0/S1)を1以下にすれば、比較的高い周波数でも十分な掃引効果を得ることができる。
それ故、本実施形態においては、複数の画素電極15のうち、第1電極131とX方向で隣り合う画素電極15と、第1電極131との平面視におけるX方向の間隔S0は、第1電極131と第2電極132との平面視におけるX方向の間隔S1(=第2電極132と第3電極133との平面視におけるX方向の間隔S2)以下に設定されている。また、複数の画素電極15のうち、第1電極131とY方向で隣り合う画素電極15と、第1電極131との平面視におけるY方向の間隔は、第1電極131と第2電極132との平面視におけるY方向の間隔S1(=第2電極132と第3電極133との平面視におけるY方向の間隔S2)以下に設定されている。
本実施形態において、画素電極15と第1電極131との平面視におけるX方向の間隔S0は、第1電極131と第2電極132との平面視におけるX方向の間隔S1(=第2電極132と第3電極133との平面視におけるX方向の間隔S2)と等しい。また、画素電極15と第1電極131との平面視におけるY方向の間隔は、第1電極131と第2電極132との平面視におけるY方向の間隔(=第2電極132と第3電極133との平面視におけるY方向の間隔)と等しい。ここで、間隔が等しいとは、設計値が等しいことを意味し、工程内でのばらつきを考慮すると、±10%の差がある場合も、間隔が等しいとの定義に含まれる。
本形態において、第1電極131と第2電極132との平面視におけるX方向の間隔S1、および第2電極132と第3電極133との平面視におけるX方向の間隔S2は、X方向で隣り合う画素電極15の間隔S3より広い。従って、画素電極15と第1電極131との平面視におけるX方向の間隔S0は、X方向で隣り合う画素電極15の間隔S3より広い。また、第1電極131と第2電極132との平面視におけるY方向の間隔、および第2電極132と第3電極133との平面視におけるY方向の間隔は、Y方向で隣り合う画素電極15の間隔より広い。従って、画素電極15と第1電極131との平面視におけるY方向の間隔は、Y方向で隣り合う画素電極15の間隔より広い。
例えば、X方向およびY方向のいずれにおいても、第1電極131と画素電極15との間隔S0(第1間隔)は1μmであり、第1電極131と第2電極132との間隔S1、および第2電極132と第2電極132との間隔S2も1μmである。また、X方向およびY方向のいずれにおいても、隣り合う画素電極15の間隔は、0.6μmである。第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vcの周波数は1Hzであり、位相が120°ずつずれている。また、第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vcの最大電圧振幅の1/2倍に相当する電圧は、画素電極15と共通電極23との間に印加される最大電圧以下である。例えば、第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vcの最大電圧振幅は10Vであり、画素電極15と共通電極23との間に印加される最大電圧は5Vであり、第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vcの最大電圧振幅の1/2倍に相当する電圧は、画素電極15と共通電極23との間に印加される最大電圧と等しい。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本実施形態の液晶装置100では、画素領域Eとシール材40との間に第1電極131、第2電極132、および第3電極133を備えたイオントラップ機構130が設けられ、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の各々には、互いに位相がずれた交流信号が印加される。例えば、第1電極131、第2電極132、および第3電極133には、同じ周波数であって、1周期に相当する時間内で互いに位相がずれた交流信号が印加される。これにより、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の間に生ずる電界の分布が第1電極131から第3電極133へスクロールされ、当該電界のスクロールによって液晶層50中のイオン性不純物が画素領域Eから外側の見切り領域E3へ掃き出される。
また、第1電極131と画素電極15との間隔S0は、第1電極131と第2電極132との間隔S1、および第2電極132と第3電極133との間隔S2以下である。より具体的には、第1電極131と画素電極15との間隔S0は、第1電極131と第2電極132との間隔S1、および第2電極132と第3電極133との間隔S2と等しい。従って、移動度が低いイオン性不純物であっても、画素領域Eから第1電極131に引き寄せられる。従って、画素領域Eからイオン性不純物を適正に掃き出すことができるので、イオン性不純物が表示の品位を低下させにくい。また、第1電極131および第2電極132に印加する信号の周波数を過度に低くしなくても、移動度の低いイオン性不純物を画素領域Eから第1電極131に向けてイオン性不純物を掃き出すことができるので、電気分解等の電極反応が発生しにくい。
また、本実施形態では、第1電極131と画素電極15との間隔S0が、第1電極131と第2電極132との間隔S1、および第2電極132と第3電極133との間隔S2以下であるが、第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vcの最大電圧振幅の1/2に相当する電圧は、画素電極15と共通電極23との間に印加される最大電圧以下である、このため、第1電極131と画素電極15との間に印加される電圧によって発生する液晶分子の配向不良が小さい。従って、第1電極131と画素電極15との間隔S0を狭めてイオン性不純物の掃き出しを効率よく行う構成であっても、画素領域Eの外周部での光の漏れが問題となりにくい。特に、第1信号Va、第2信号Vb、および第3信号Vcの最大電圧振幅の1/2倍に相当する電圧が、画素電極15と共通電極23との間に印加される最大電圧と等しければ、第1電極131と画素電極15との間隔S0を狭めてイオン性不純物の掃き出しをより確実に行うことができ、その場合でも、画素領域Eの外周部での光の漏れが問題となりにくい。
[実施形態2]
図14は、本発明の実施形態2に係る液晶装置100の説明図であり、画素領域Eの外側に形成したイオントラップ用の電極等の構成を模式的に示す説明図である。従って、図14は、実施形態1で参照した図7に対応する。また、本形態および以下に説明する実施形態の基本的な構成は、実施形態1と同様であるため、対応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。
図14に示すように、本実施形態では、第2基板20に設けた共通電極23が、画素領域Eと平面視で重なる領域の全域にベタに設けられているが、共通電極23の外縁は、平面視で画素領域Eと第1電極131との間に位置する。従って、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)と平面視で重なる部分には共通電極23がほとんど設けられていない。従って、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)と共通電極23との間に電界が生じ難いので、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の間に生ずる電界のスクロールによって、イオン性不純物を画素領域Eの外側(見切り領域E3)に効率よく掃き出すことができる。
この場合、例えば、共通電極23の外縁の一部から延在する引き出し配線(図示せず)を設け、引き出し配線を介して共通電極23を上下導通部106と電気的に接続した構造を採用すれば、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)と共通電極23とが平面的に重なる面積を極めて狭くすることができる。
また、第1電極131、第2電極132、および第3電極133に部分的な途切れ部分を設け、途切れ部分と平面視で重なる部分で引き出し配線を延在させてもよい。
また、共通電極23のうち、第1電極131、第2電極132、および第3電極133が設けられた領域に形成された部分の上層に適度な厚さの絶縁膜を設け、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)と共通電極23との間に電界が生じ難い態様としてもよい。
[実施形態3]
図15は、本発明の実施形態3に係る液晶装置100の説明図であり、画素Pの構造を模式的に示す断面図である。従って、図15は、実施形態1で参照した図4に対応する。実施形態1に係る液晶装置100が透過型であるのに対して、本実施形態の液晶装置100は反射型である。従って、画素電極15は、例えば、光反射性を有するAl(アルミニウム)やAlを含む合金等からなる。ここで、画素電極15を覆うように無機絶縁膜19が形成されており、無機絶縁膜19の上層に第1配向膜18が形成されている。
また、第2基板20では、共通電極23を覆うように無機絶縁膜25が形成されており、無機絶縁膜25の上層に第2配向膜24が形成されている。無機絶縁膜19、25は、例えば酸化シリコンからなる。
かかる構成によれば、無機絶縁膜19、25が無い場合と違って、仕事関数の違いに起因して共通電位(LCCOM)が変動(シフト)するといった不具合が発生しにくい。また、第1電極131、第2電極132、および第3電極133も、画素電極15と同様、無機絶縁膜19によって覆われる。この場合でも、第1電極131、第2電極132、および第3電極133には交流信号が印加されるので、直流電位が印加される場合に比べて、無機絶縁膜19が存在することに起因する電位の低下が起こり難い。従って、イオン性不純物を画素領域Eから見切り領域E3へ確実に掃き寄せることが可能な反射型の液晶装置100を実現することができる。
[実施形態4]
図16は、本発明の実施形態4に係る液晶装置100の説明図であり、画素Pの構造を模式的に示す断面図である。従って、図16は、実施形態1で参照した図4に対応する。実施形態1では、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)が第1基板10に設けられていたが、本実施形態では、第2基板20にイオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)が設けられている。ここで、第1電極131、第2電極132、および第3電極133は共通電極23と同様、平坦化膜22の上層に形成されている。このため、図示を省略するが、第1電極131、第2電極132、および第3電極133は、第2配向膜24によって覆われている。また、共通電極23は、画素領域Eと平面視で重なる領域の全域に設けられているが、共通電極23の外縁は、平面視で画素領域Eと第1電極131との間に位置する。
かかる構成の場合、共通電極23の外縁の一部から延在する引き出し配線(図示せず)を設け、引き出し配線を介して共通電極23を上下導通部106と電気的に接続する。また、第1電極131、第2電極132、および第3電極133に対しても引き出し配線(図示せず)を設け、引き出し配線を介して、第1電極131、第2電極132、および第3電極133を各々、上下導通部106とは別の上下導通部に電気的に接続する。
[実施形態5]
図17は、本発明の実施形態5に係る液晶装置100の説明図であり、画素Pの構造を模式的に示す断面図である。従って、図17は、実施形態1で参照した図4に対応する。実施形態1では、共通電極23が第2基板20に設けられていたが、本実施形態においては、画素電極15および共通電極23がいずれも第1基板10に形成されている。より具体的には、第1基板10の配線層14には、共通電極23が形成されており、共通電極23と画素電極15との間には、絶縁層140が設けられている。また、画素電極15には、スリット状の開口部が形成されており、画素電極15と共通電極23とは開口部を介して液晶層50に駆動電圧を横電界として印加する。すなわち、液晶装置100は、FFS(Fringe Field Switching)方式の液晶パネル110を有している。
本実施形態でも、実施形態1と同様、画素領域Eとシール材40との間の領域には、イオントラップ電極(第1電極131、第2電極132、および第3電極133)が設けられており、第1電極131、第2電極132、および第3電極133に位相の異なる信号を供給すると、画素領域Eのイオン性不純物は、第1電極131、第2電極132、および第3電極133によって画素領域Eの外側に掃き出される。
本実施形態では、第1電極131、第2電極132、および第3電極133の下層側にも共通電極23が設けられている。従って、第1電極131、第2電極132、および第3電極133に位相の異なる信号を供給すると、第1電極131、第2電極132、および第3電極133と共通電極23との間の横電界によっても、画素領域Eのイオン性不純物は画素領域Eの外側に掃き出される。
[電子機器の構成]
(投射型表示装置の第1構成例)
図18は、本発明を適用した電子機器(投射型表示装置)の第1構成例を示す説明図である。図18に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104、1105と、3つの反射ミラー1106、1107、1108と、5つのリレーレンズ1201、1202、1203、1204、1205と、3つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ1210、1220、1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。偏光照明装置1100は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から出射された偏光光束のうち、赤色光(R)を反射させ、緑色光(G)と青色光(B)とを透過させる。もう1つのダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射させ、青色光(B)を透過させる。ダイクロイックミラー1104で反射した赤色光(R)は、反射ミラー1106で反射した後にリレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201、1202、1203と2つの反射ミラー1107、1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
液晶ライトバルブ1210、1220、1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ1210、1220、1230に入射した色光は、画像情報(画像信号)に基づいて変調され、クロスダイクロイックプリズム1206に向けて出射される。クロスダイクロイックプリズム1206は、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
液晶ライトバルブ1210は、上述したイオントラップ機構130を有する液晶装置100が適用されたものであり、液晶パネル110の色光の入射側と出射側とにクロスニコルに配置された一対の偏光素子が隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ1220、1230も同様である。
このような投射型表示装置1000によれば、液晶ライトバルブ1210、1220、1230として、実施形態1等に係る液晶装置100が用いられているので、イオン性不純物に起因する表示不具合が改善され、優れた表示品質を有する投射型表示装置1000を提供することができる。
(投射型表示装置の第2構成例)
図19は、本発明を適用した電子機器(投射型表示装置)の第2構成例を示す説明図である。図19に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置2000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置2100と、3つのダイクロイックミラー2111、2112、2115と、2つの反射ミラー2113、2114と、3つの光変調手段としての反射型の液晶ライトバルブ2250、2260、2270と、クロスダイクロイックプリズム2206と、投射レンズ2207とを備えている。偏光照明装置2100は、ハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプニット2101と、インテグレーターレンズ2102と、偏光変換素子2103とから概略されている。
偏光照明装置2100から出射された偏光光束は、互いに直交して配置されたダイクロイックミラー2111とダイクロイックミラー2112とに入射する。光分離素子としてのダイクロイックミラー2111は、入射した偏光光束のうち赤色光(R)を反射する。もう一方の光分離素子としてのダイクロイックミラー2112は、入射した偏光光束のうち緑色光(G)と青色光(B)とを反射する。反射した赤色光(R)は反射ミラー2113により再び反射され、液晶ライトバルブ2250に入射する。一方、反射した緑色光(G)と青色光(B)とは反射ミラー2114により再び反射して光分離素子としてのダイクロイックミラー2115に入射する。ダイクロイックミラー2115は緑色光(G)を反射し、青色光(B)を透過する。反射した緑色光(G)は液晶ライトバルブ2260に入射する。透過した青色光(B)は液晶ライトバルブ2270に入射する。
液晶ライトバルブ2250は、反射型の液晶パネル2251と、反射型偏光素子としてのワイヤーグリッド偏光板2253とを備えている。液晶ライトバルブ2250は、ワイヤーグリッド偏光板2253によって反射した赤色光(R)がクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に垂直に入射するように配置されている。また、ワイヤーグリッド偏光板2253の偏光度を補う補助偏光板2254が液晶ライトバルブ2250における赤色光(R)の入射側に配置され、もう1つの補助偏光板2255が赤色光(R)の出射側においてクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に沿って配置されている。なお、反射型偏光素子として偏光ビームスプリッターを用いた場合には、一対の補助偏光板2254、2255を省略することも可能である。
このような反射型の液晶ライトバルブ2250の構成と各構成の配置は、他の反射型の液晶ライトバルブ2260、2270においても同じである。つまり、液晶ライトバルブ2260は、反射型の液晶パネル2261と、ワイヤーグリッド偏光板2263とを有し、ワイヤーグリッド偏光板2263に対する緑色光(G)の入射側に補助偏光板2264が配置され、ワイヤーグリッド偏光板2263の緑色光(G)の出射側においてクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に沿ってもう1つの補助偏光板2265が配置されている。
液晶ライトバルブ2270は、反射型の液晶パネル2271と、ワイヤーグリッド偏光板2273とを有し、ワイヤーグリッド偏光板2273に対する青色光(B)の入射側に補助偏光板2274が配置され、ワイヤーグリッド偏光板2273の青色光(B)の出射側においてクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に沿ってもう1つの補助偏光板2275が配置されている。
液晶ライトバルブ2250、2260、2270に入射した各色光は、画像情報に基づいて変調され、再びワイヤーグリッド偏光板2253、2263、2273を経由してクロスダイクロイックプリズム2206に入射する。クロスダイクロイックプリズム2206では、各色光が合成され、合成された光は投射レンズ2207によってスクリーン2300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
本実施形態では、液晶ライトバルブ2250、2260、2270として、実施形態3に係る反射型の液晶装置100が用いられている。このような投射型表示装置2000によれば、反射型の液晶装置100を液晶ライトバルブ2250、2260、2270に用いているので、明るい画像を投射可能である。また、イオン性不純物に起因する表示不具合が改善されているので、優れた表示品質を有する反射型の投射型表示装置2000を提供できる。
[他の実施形態]
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨ある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液晶装置の駆動方法、及び該液晶装置を適用す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。例えば、上記実施形態に係る液晶装置100では、ダミー画素領域E2が見切り部21と表示領域E1の間に設けられていたが、ダミー画素領域E2が見切り部21と平面視で重なっている場合に本発明を適用してもよい。また、見切り部21と表示領域E1の間にダミー画素領域E2が設けられていない場合に本発明を適用してもよい。
また、本発明に係る液晶装置100を適用可能な電子機器は、投射型表示装置に限定されず、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)や直視型のHMD(ヘッドマウントディスプレイ)、電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、POSなどの情報端末機器の表示部として好適に用いることができる。
3a…走査線、6a…データ線、10…第1基板、15…画素電極、17…遅延回路、18…第1配向膜、20…第2基板、21…見切り部、23…共通電極、24…第2配向膜、30…TFT、40…シール材、50…液晶層、100…液晶装置、104…端子、106…上下導通部、110、2251、2261、2271…液晶パネル、120…電子見切り部、130…イオントラップ機構、131…第1電極、132…第2電極、133…第3電極、150…有効画素電極、151…ダミー画素電極、171…遅延素子、1000、2000…投射型表示装置、1100、2100…偏光照明装置、1207、2207…投射レンズ、1210、1220、1230、2250、2260、2270…液晶ライトバルブ、E…画素領域、E1…表示領域、E2…ダミー画素領域、E3…見切り領域、L…システム光軸、P…画素、P0…表示画素、S0…間隔(第1間隔)、S1…間隔(第2間隔)、S2(第3間隔)、S3…間隔、LC…液晶分子、DP…ダミー画素、Va…第1信号、Vb…第2信号、Vc…第3信号。

Claims (12)

  1. 第1基板と、
    シール材を介して前記第1基板と貼り合わされた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間の前記シール材で囲まれた空間内に配置された液晶層と、
    前記第1基板の画素領域に設けられた複数の画素電極と、
    前記第1基板および前記第2基板のうちの一方の基板に設けられ、平面視で前記画素領域と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzの第1信号が供給される第1電極と、
    前記一方の基板に設けられ、平面視で前記第1電極と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzであるとともに前記第1信号と異なる位相の第2信号が供給される第2電極と、
    を備え、
    前記複数の画素電極のうち、前記第1電極と隣り合う画素電極と前記第1電極との間隔である第1間隔が、前記第1電極と前記第2電極との間隔である第2間隔以下であり、
    前記第1間隔および前記第2間隔は、前記複数の画素電極のうち、隣り合う2つの画素電極の間隔より広いことを特徴とする液晶装置。
  2. 請求項1に記載の液晶装置において、
    前記第1間隔と前記第2間隔とが等しいことを特徴とする液晶装置。
  3. 第1基板と、
    シール材を介して前記第1基板と貼り合わされた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間の前記シール材で囲まれた空間内に配置された液晶層と、
    前記第1基板の画素領域に設けられた複数の画素電極と、
    前記第1基板および前記第2基板のうちの一方の基板に設けられ、平面視で前記画素領域と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzの第1信号が供給される第1電極と、
    前記一方の基板に設けられ、平面視で前記第1電極と前記シール材とに挟まれた領域で周波数が0.1Hz〜5Hzであるとともに前記第1信号と異なる位相の第2信号が供給される第2電極と、
    を備え、
    前記複数の画素電極のうち、前記第1電極と隣り合う画素電極と前記第1電極との間隔である第1間隔が、前記第1電極と前記第2電極との間隔である第2間隔以下であり、
    前記第1信号および前記第2信号の最大電圧振幅の1/2倍に相当する電圧は、前記画素電極と共通電極との間に印加される最大電圧以下であることを特徴とする液晶装置。
  4. 請求項3に記載の液晶装置において、
    前記第1信号および前記第2信号の最大電圧振幅の1/2倍に相当する電圧は、前記画素電極と前記共通電極との間に印加される最大電圧と等しいことを特徴とする液晶装置。
  5. 請求項1から4までの何れか一項に記載の液晶装置において、
    前記第1信号と前記第2信号とは、同一波形の交流信号であることを特徴とする液晶装置。
  6. 請求項1から5までの何れか一項に記載の液晶装置において、
    前記一方の基板は前記第1基板であることを特徴とする液晶装置。
  7. 請求項6に記載の液晶装置において、
    前記第2基板に共通電極が設けられていることを特徴とする液晶装置。
  8. 請求項7に記載の液晶装置において、
    前記共通電極は、前記画素領域と平面視で重なる領域に設けられ、
    前記共通電極の外縁は、平面視で前記画素領域と前記第1電極との間に位置することを特徴とする液晶装置。
  9. 請求項1から8までの何れか一項に記載の液晶装置において、
    前記一方の基板には、平面視で前記第2電極と前記シール材とに挟まれた領域で前記第1信号および第2信号と異なる位相の第3信号が供給される第3電極が設けられていることを特徴とする液晶装置。
  10. 請求項9に記載の液晶装置において、
    前記第1信号、前記第2信号、および前記第3信号は、同一周波数の交流信号であり、
    前記第1信号が正極性または基準電位から負極性に遷移してから、前記基準電位または正極性に遷移する前に、前記第2信号が正極性または前記基準電位から負極性に遷移し、
    前記第2信号が負極性に遷移してから、前記基準電位または正極性に遷移する前に、前記第3信号が正極性または前記基準電位から負極性に遷移し、
    前記第1信号が負極性または前記基準電位から正極性に遷移してから、前記基準電位または負極性に遷移する前に、前記第2信号が負極性または前記基準電位から正極性に遷移し、
    前記第2信号が負極性または前記基準電位から正極性に遷移してから、前記基準電位または負極性に遷移する前に、前記第3信号が負極性または前記基準電位から正極性に遷移することを特徴とする液晶装置。
  11. 請求項9または10に記載の液晶装置において、
    前記第2電極と前記第3電極との間隔である第3間隔は、前記第2間隔と等しいことを特徴とする液晶装置。
  12. 請求項1から11までの何れか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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