特開 2022-174412 電気光学装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022174412

(43)【公開日】2022-11-24

(54)【発明の名称】電気光学装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1343 20060101AFI20221116BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20221116BHJP

【ＦＩ】

G02F1/1343

G02F1/1333 505

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021080195

(22)【出願日】2021-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】谷 俊樹

【テーマコード（参考）】

2H092

2H190

【Ｆターム（参考）】

2H092GA13

2H092GA16

2H092GA20

2H092HA02

2H092MA01

2H092NA25

2H190HA07

2H190HB03

2H190HC01

2H190HD00

2H190JB02

2H190LA21

(57)【要約】

【課題】耐光性が向上すると共に、隣り合う画素電極間の横電界の影響が低減される電気光学装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】液晶装置１００は、複数の画素電極１５と、隣り合う画素電極１５の間に設けられると共に、複数の画素電極１５の側面に沿って設けられる保護層１９と、を備え、保護層１９の厚さは、各画素電極１５の厚さよりも薄い。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１画素電極と、
前記第１画素電極と隣り合う第２画素電極と、
前記第１画素電極と前記第２画素電極との間に設けられると共に、前記第１画素電極および前記第２画素電極の側面に沿って設けられる保護層と、を備え、
前記保護層の厚さは、前記第１画素電極の厚さおよび前記第２画素電極の厚さよりも薄い、電気光学装置。

【請求項2】

前記第１画素電極および前記第２画素電極と前記保護層とは、平面視にて重ならない、請求項１に記載の電気光学装置。

【請求項3】

前記保護層は、原子堆積法によって設けられる、請求項１または請求項２に記載の電気光学装置。

【請求項4】

前記保護層は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気光学装置。

【請求項5】

前記第１画素電極および前記第２画素電極と対向する対向電極と、
前記対向電極を覆うように設けられた配向層と、を備え、
前記配向層は、前記対向電極に接して設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気光学装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気光学装置を備える電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気光学装置および電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光変調装置として液晶装置などの電気光学装置を用いたプロジェクターが知られていた。プロジェクターでは、液晶装置に入射する光束密度が直視型の液晶装置に比べて大きくなる。そこで、液晶装置の耐光性を確保するために、隣り合う画素電極の間に保護層を設ける場合がある。例えば、特許文献１には、プロジェクターのライトバルブとして、隣り合う画素電極の間に窒化シリコンを含む保護層を設けた液晶装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－１７５４９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の液晶装置では、画素の微細化を進めると、隣り合う画素電極間で横電界の影響を受け易くなるという課題があった。詳しくは、隣り合う画素電極の間が窒化シリコンを含む保護層で埋められて、隣り合う画素電極と窒化シリコンを含む保護層との液晶層側の面が平坦化されている。そのため、画素の微細化によって画素電極間の距離が短くなると、隣の画素電極の影響を無視できなくなる可能性があった。すなわち、耐光性が向上すると共に、隣り合う画素電極間において横電界の影響が低減される電気光学装置が求められていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

電気光学装置は、第１画素電極と、前記第１画素電極と隣り合う第２画素電極と、前記第１画素電極と前記第２画素電極との間に設けられると共に、前記第１画素電極および前記第２画素電極の側面に沿って設けられる保護層と、を備え、前記保護層の厚さは、前記第１画素電極の厚さおよび前記第２画素電極の厚さよりも薄い。

【0006】

電子機器は、上記の電気光学装置を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る電気光学装置としての液晶装置の構成を示す概略平面図。

【図2】液晶装置の構成を示す概略断面図。

【図3】液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。

【図4】保護層などの構成を示す概略断面図。

【図5】第２実施形態に係る電子機器としての投射型表示装置の構成を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の各図においては、必要に応じて相互に直交する座標軸としてＸＹＺ軸を付し、各矢印が指す方向を＋方向とし、＋方向と反対の方向を－方向とする。＋Ｚ方向を上方、－Ｚ方向を下方ということもあり、＋Ｚ方向から見ることを平面視あるいは平面的という。また、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。

【0009】

なお、基板上に設けられる層などの構造物の厚さとは、特に断りがない限り、基板の法線方向であるＺ軸に沿う方向における距離を指す。

【0010】

１．第１実施形態
本実施形態では、電気光学装置として薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を備えたアクティブ駆動型の液晶装置を例示する。本実施形態に係る電気光学装置としての液晶装置１００の構成について、図１から図３を参照して説明する。図２は、図１の線分Ｈ－Ｈ’を含み、ＹＺ平面に沿う断面である。図２では、図示の便宜上、液晶層に含まれる液晶の大きさや数を実際とは異ならせている。

【0011】

図１に示すように、液晶装置１００は、素子基板１０、対向基板２０、および後述する液晶層を備える。素子基板１０と対向基板２０とは、略矩形であって、対向基板２０の外縁に沿って設けられるシール材６０を介して重ねられて接合される。シール材６０の内側には、複数の画素Ｐを含む表示領域Ｅが設けられる。複数の画素Ｐは、Ｘ軸およびＹ軸に沿ってマトリクス状に配列される。

【0012】

素子基板１０は、データ線駆動回路１０１、２つの走査線駆動回路１０２、検査回路１０３、および複数の外部接続用端子１０４を有する。素子基板１０は平面的に対向基板２０よりも大きい。素子基板１０には、対向基板２０と重ならない領域に複数の外部接続用端子１０４が設けられ、複数の外部接続用端子１０４とシール材６０との間にデータ線駆動回路１０１が設けられる。

【0013】

シール材６０と表示領域Ｅとの間には、表示領域Ｅを囲む見切り部２４が設けられる。見切り部２４は、略矩形であって、２辺がＹ軸に沿い、他の２辺がＸ軸に沿う。Ｙ軸に沿う上記２辺には、各々走査線駆動回路１０２が平面的に重ねられて設けられる。２つの走査線駆動回路１０２は、配線１０７を介して電気的に接続される。Ｘ軸に沿う上記２辺のうち、＋Ｙ方向の１辺には検査回路１０３が平面的に重ねられて設けられる。検査回路１０３は、後述するデータ線と電気的に接続される。

【0014】

データ線駆動回路１０１および２つの走査線駆動回路１０２は、外部接続用端子１０４と電気的に接続される。対向基板２０の四隅には上下導通部１０６が設けられる。

【0015】

図２に示すように、素子基板１０と対向基板２０とはＺ軸に沿う方向に対向する。素子基板１０と対向基板２０とは、シール材６０によって離隔される。液晶層５０は、素子基板１０と対向基板２０との間に設けられ、これらの２つの基板とシール材６０とに囲まれる。液晶層５０は液晶５０ａを含む。液晶５０ａは正または負の誘電異方性を有する。本実施形態では負の誘電異方性を有する液晶５０ａを採用する。

【0016】

素子基板１０は、基板本体としての基板１０ｓ、トランジスターとしてのＴＦＴ３０を含む配線層、複数の画素電極１５、および配向層１８を有し、これらの構成が基板１０ｓから液晶層５０に向かって上記の順に設けられる。配向層１８は、複数の画素電極１５と液晶層５０との間に設けられる。なお、配向層１８の－Ｚ方向には、後述する保護層が設けられる。

【0017】

対向基板２０は、基板本体としての基板２０ｓ、見切り部２４、絶縁層２５、対向電極２１、および配向層２２を有し、これらが基板２０ｓから液晶層５０に向かって上記の順に設けられる。配向層２２は、対向電極２１と液晶層５０との間に設けられる。

【0018】

画素電極１５は、平面的に見切り部２４と重なる領域に設けられてもよい。見切り部２４は遮光性を有するため、見切り部２４と平面的に重なる領域の画素電極１５は、液晶装置１００の表示には寄与しない。

【0019】

複数の画素電極１５および対向電極２１は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明性を有する導電層を含んで成る。複数の画素電極１５は、該導電層を形成した後、パターニングによって設けられる。

【0020】

配向層１８，２２は液晶装置１００の光学設計に基づいて選定される。配向層１８，２２としては、酸化シリコンなどの無機配向層、ポリイミドなどの有機配向層が採用される。本実施形態では、配向層１８，２２は、斜方蒸着によって形成された酸化シリコンの柱状構造体を含む。配向層１８，２２は、複数層から成ってもよく、Ｚ軸に沿う方向から形成された蒸着層を含んでもよい。配向層１８，２２は、負の誘電異方性を有する液晶５０ａを略垂直配向させる。

【0021】

基板１０ｓ，２０ｓには、例えば、ガラス基板や石英基板などの透光性および絶縁性を有する平板が採用される。本明細書において透光性とは、可視光の透過率が５０％以上であることをいう。

【0022】

液晶装置１００は、透過型であって、対向基板２０から光Ｌが入射し、液晶層５０を介して素子基板１０から出射する。光Ｌは液晶層５０を透過する際に、液晶５０ａの配向状態に応じて変調される。液晶装置１００に対する光Ｌの入射方向は、上記に限定されず、素子基板１０から光Ｌが入射する構成であってもよい。また、液晶装置１００は、透過型であることに限定されず、反射型であってもよい。液晶装置１００には、ノーマリーホワイトモードやノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。液晶装置１００は、光Ｌの入射側と出射側とに偏光素子を備えてもよい。

【0023】

図３に示すように、液晶装置１００は、互いに絶縁された信号配線として、データ線６、走査線３および容量線８を各々複数有する。走査線３はＸ軸に沿う方向に延在し、データ線６および容量線８はＹ軸に沿う方向に延在する。容量素子１６はＴＦＴ３０と電気的に接続される。容量線８は、Ｙ軸に沿う構成に限定されず、Ｘ軸に沿う構成であってもよい。

【0024】

画素電極１５、ＴＦＴ３０および容量素子１６は、走査線３とデータ線６および容量線８とによって区分された領域に画素Ｐごと設けられる。すなわち、画素電極１５は、複数の画素Ｐの各々に対応して設けられる。走査線３、データ線６および容量線８などの信号配線類は、上述の配線層に設けられる。

【0025】

走査線３は、スイッチング素子であるＴＦＴ３０のゲートに対応する。データ線６は、ＴＦＴ３０のデータ線側ソースドレイン領域に対応する。走査線３は、同一行に設けられたＴＦＴ３０のオン、オフを一斉に制御する。画素電極１５は、ＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域に対応する。

【0026】

データ線６は、上述のデータ線駆動回路１０１に電気的に接続され、データ線駆動回路１０１から供給される画像信号を画素Ｐに供給する。画像信号は、各データ線６へ線順次に供給されてもよく、隣り合う複数のデータ線６へグループごとに供給されてもよい。

【0027】

走査線３は、上述の走査線駆動回路１０２に電気的に接続され、走査線駆動回路１０２から供給される走査信号を画素Ｐに供給する。走査信号は、走査線３へ所定のタイミングにてパルス的に線順次で供給される。

【0028】

走査信号の入力によりＴＦＴ３０が一定期間オン状態とされ、画像信号が所定のタイミングで画素電極１５に印加される。画像信号は、画素電極１５を介して液晶層５０に所定レベルで書き込まれ、画素電極１５と液晶層５０を挟んだ対向電極２１との間で一定期間保持される。このとき、画像信号に応じて印加される電圧によって、液晶５０ａの配向状態が変化する。保持された画像信号がリークするのを防ぐため、画素電極１５と対向電極２１との間に設けられた液晶容量に対して、容量素子１６が電気的に並列接続される。容量素子１６は、ＴＦＴ３０と容量線８との間の層に設けられる。

【0029】

上述したように、複数の画素ＰはＸ軸およびＹ軸に沿ってマトリクス状に設けられる。そして、複数の画素電極１５もＸ軸およびＹ軸に沿ってマトリクス状に設けられる。本発明の第１画素電極とは、複数の画素電極１５のうちのいずれかの画素電極１５である。本発明の第２画素電極とは、第１画素電極である画素電極１５に対して、平面視において隣り合う画素電極１５である。第１画素電極である画素電極１５と、第２画素電極である画素電極１５とが隣り合う方向とは、Ｘ軸に沿う方向、Ｙ軸に沿う方向、およびＸ軸とＹ軸とに平面的に交差する方向である。

【0030】

液晶装置１００における保護層などの構成について、図４を参照して説明する。図４では、図２に示した断面において、－Ｙ方向のシール材６０および液晶層５０を含む領域を拡大している。なお、図４では、液晶装置１００における一部の構成の図示を省略している。

【0031】

図４に示すように、素子基板１０は保護層１９を備える。保護層１９は、複数の画素電極１５が設けられる下地の層の上方に設けられる。詳しくは、保護層１９は、第１画素電極である画素電極１５と、第２画素電極である画素電極１５との間に設けられる。また、保護層１９は、複数の画素電極１５の各々において、Ｚ軸に沿う側面に沿って設けられる。換言すれば、個々の画素電極１５において、ＸＹ平面に沿う面以外には保護層１９が設けられる。

【0032】

配向層１８は、各画素電極１５の上方の面と、保護層１９の＋Ｚ方向の端部とを覆って設けられる。保護層１９と複数の画素電極１５とは平面視にて重ならず、各画素電極１５と配向層１８との間に保護層１９は介在しない。そのため、液晶装置１００において、液晶５０ａの応答性が確保されて所望の表示特性を維持することができる。なお、配向層１８を設ける際の斜方蒸着の方向によっては、保護層１９の画素電極１５の側面に沿う部分および隣り合う画素電極１５の間に設けられた部分の一部に配向層１８が設けられないことがある。

【0033】

保護層１９は、少なくとも、隣り合う画素電極１５の間と、各画素電極１５のＺ軸に沿う側面に沿って設けられればよい。本実施形態では、シール材６０と平面的に重なる領域の保護層１９を省略しているが、これに限定されない。保護層１９は、最もシール材６０寄りの画素電極１５からシール材６０と重なる領域まで設けられてもよい。

【0034】

保護層１９の厚さは、各々の画素電極１５の厚さよりも薄い。各画素電極１５のＺ軸に沿う側面における、Ｙ軸に沿う方向の保護層１９の厚さも、同様に各画素電極１５のＺ軸に沿う方向の厚さよりも薄い。例えば、保護層１９の厚さは約１～２０ｎｍであり、画素電極１５の厚さは約５０～２００ｎｍである。保護層１９や画素電極１５の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）によって測定することが可能である。

【0035】

保護層１９の形成には公知の製造方法が採用される。具体的には、気相薄膜形成法によって、下地、画素電極１５の上方および側面に成膜した後に、フォトリソグラフィー法によるパターニングを施して保護層１９としてもよい。特に、比較的に薄くかつ緻密な保護層１９が得られる点から、保護層１９は原子堆積法によって設けられることが好ましい。保護層１９が薄くかつ緻密であることにより、隣り合う画素電極１５の間の横電界の影響をさらに低減すると共に、耐光性をより向上させることができる。なお、原子堆積法により形成された層と、プラズマＣＶＤ法等の他の成膜方法により形成された層と、の構造または特性の相違は、測定や分析に基づく解析によって特定することは困難である。

【0036】

保護層１９には、液晶装置１００の耐光性に寄与する公知の材料が採用される。耐光性の向上および製造の容易さやコストの点から、保護層１９は酸化シリコンや窒化シリコンを含むことが好ましい。

【0037】

対向基板２０の対向電極２１は、複数の画素電極１５と液晶層５０を隔てて対向する。配向層２２は、対向電極２１を覆うように、対向電極２１に接して設けられる。対向電極２１と液晶層５０との間には、素子基板１０の保護層１９に相当する層は介在しない。これにより、液晶装置１００において、液晶５０ａの応答性が確保されて所望の表示特性を維持することができる。

【0038】

本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

【0039】

液晶装置１００の耐光性を向上させると共に、隣り合う画素電極１５において横電界の影響を低減することができる。詳しくは、隣り合う画素電極１５の間と、各々の画素電極１５の側面とに、保護層１９が設けられる。これにより、液晶装置１００の耐光性が向上する。また、保護層１９の厚さが各画素電極１５の厚さよりも薄いため、隣り合う画素電極１５の間が保護層１９で埋まらない。これにより、隣り合う画素電極１５の間に窪みが生じて、隣り合う画素電極１５の間の横電界の影響が低減される。以上により、耐光性が向上し、隣り合う画素電極１５の間で横電界の影響が低減される液晶装置１００を提供することができる。

【0040】

２．第２実施形態
本実施形態に係る電子機器として投射型表示装置１０００を例示する。

【0041】

図５に示すように、投射型表示装置１０００は、ランプユニット１００１、色分離光学系のダイクロイックミラー１０１１，１０１２、３個の液晶装置１Ｂ，１Ｇ，１Ｒ、反射ミラー１１１１，１１１２，１１１３、リレーレンズ１１２１，１１２２，１１２３、色合成光学系のダイクロイックプリズム１１３０、投射光学系の投射レンズ１１４０を備える。

【0042】

ランプユニット１００１は、例えば、放電型の光源である。光源の方式はこれに限定されず、発光ダイオード、レーザーなどの固体光源を採用してもよい。

【0043】

ランプユニット１００１から出射された光は、ダイクロイックミラー１０１１，１０１２によって、各々異なる波長域の３色の色光に分離される。３色の色光とは、略赤色の赤色光Ｒ、略緑色の緑色光Ｇ、略青色の青色光Ｂである。

【0044】

ダイクロイックミラー１０１１は、赤色光Ｒを透過し、赤色光Ｒよりも波長が短い、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを反射する。ダイクロイックミラー１０１１を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー１１１１で反射し、液晶装置１Ｒに入射する。ダイクロイックミラー１０１１で反射した緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー１０１２で反射した後、液晶装置１Ｇに入射する。ダイクロイックミラー１０１１で反射した青色光Ｂは、ダイクロイックミラー１０１２を透過して、リレーレンズ系１１２０へ入射する。

【0045】

リレーレンズ系１１２０は、リレーレンズ１１２１，１１２２，１１２３、反射ミラー１１１２，１１１３を有する。青色光Ｂは、緑色光Ｇや赤色光Ｒと比べて光路が長いため、光束が大きくなりやすい。そのため、リレーレンズ１１２２を用いて光束の拡大を抑える。リレーレンズ系１１２０に入射した青色光Ｂは、リレーレンズ１１２１によって収束しつつ反射ミラー１１１２で反射して、リレーレンズ１１２２の近傍で収束する。そして、青色光Ｂは、反射ミラー１１１３およびリレーレンズ１１２３を経て、液晶装置１Ｂに入射する。

【0046】

投射型表示装置１０００における、光変調装置である液晶装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂには、上記実施形態の電気光学装置としての液晶装置１００が適用される。液晶装置１００は、液晶装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに対して１つ以上に適用されればよく、全てに適用されることがより好ましい。

【0047】

液晶装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのそれぞれは、投射型表示装置１０００の上位回路と電気的に接続される。したがって、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの階調レベルを指定する各画像信号が外部回路から上位回路に供給されて処理されると、液晶装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが駆動されて各色光が変調される。

【0048】

液晶装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで変調された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、ダイクロイックプリズム１１３０に３方向から入射する。ダイクロイックプリズム１１３０は、入射した赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを合成する。ダイクロイックプリズム１１３０では、赤色光Ｒおよび青色光Ｂが９０度に反射し、緑色光Ｇが透過する。これにより、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、カラー画像を表示する表示光として合成されて投射レンズ１１４０に入射する。

【0049】

投射レンズ１１４０は、投射型表示装置１０００の外側を向いて設けられる。表示光は、投射レンズ１１４０を介して拡大されて出射され、投射対象であるスクリーン１２００に投射画像が投射される。

【0050】

本実施形態では、電子機器として投射型表示装置１０００を例示したが、これに限定されない。本発明の電気光学装置は、例えば、投射型のＨＵＤ（Head-Up Display）、直視型のＨＭＤ（Head Mounted Display）、パーソナルコンピューター、デジタルカメラ、液晶テレビなどの電子機器に適用されてもよい。

【0051】

本実施形態によれば、液晶装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいて、耐光性が向上すると共に、隣り合う画素電極１５において横電界の影響が低減される。そのため、信頼性および投射画像の品質に優れる投射型表示装置１０００を提供することができる。

【符号の説明】

【0052】

１Ｂ，１Ｇ，１Ｒ…液晶装置、１９…保護層、２１…対向電極、２２…配向層、１００…電気光学装置としての液晶装置、１０００…電子機器としての投射型表示装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】