JP2000019562A

JP2000019562A - 光学的変調素子

Info

Publication number: JP2000019562A
Application number: JP23339698A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Hirohide Munakata; 博英棟方; Takahiro Hachisu; 高弘蜂巣; Yutaka Inaba; 豊稲葉; Takashi Enomoto; 隆榎本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: JP3332863B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学的変調素子の静電容量を削減、スイッチ
ング特性の改善、上下電極ショートによる欠陥防止を図
る。【解決手段】各画素の情報電極７と走査電極４を一方
の透明基板１上に形成し、他方の透明基板１１上には、
情報電極７と走査電極４に対向する画素毎に独立した共
通電極１７を形成し、情報電極７と走査電極４は、樹脂
層８を介して、互いに直交するマトリクス状に立体配線
し、マトリクス駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、文字や画像を表示
するための表示装置を構成する光学的変調素子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶素子としては、例えばストラ
イプ状の電極を組み合わせた単純マトリクス型のものが
用いられてきた。その一例を図１４に示す。図中１、１
１は透明基板で、一方の基板１にはＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の各フィルタ１３ａ〜１３ｃからなる
カラーフィルタとブラックマトリクス１２、さらに保護
層１４が形成され、その上に、ストライプ状の電極１４
２が形成されている。他方の基板１１上には上記ストラ
イプ電極１４２に直交する方向のストライプ電極１４５
が形成されており、ストライプ電極１４２、１４５には
それぞれ低抵抗配線１４１、１４４が配され、電極上に
は配向膜１４３、１４６が形成されている。このような
構成の電極基板を間隙にスペーサー１５を配してシール
材（図示しない）にて貼り合わせてセルを構成し、該セ
ル内に液晶１６を注入する。

【０００３】このような液晶素子の構成については、例
えば「液晶−応用編」（倍風館発行）第９０頁、図３−
６に記載されている。

【０００４】通常、上記のような液晶素子においては、
直交するストライプ電極１４２、１４５の一方に走査信
号を入力し、他方に情報信号を入力する。

【０００５】液晶素子の表示画面サイズが拡大するに従
って、画素数が増加し、走査信号線数、情報信号線数も
拡大する。例えば、ＶＧＡ規格では走査信号線数４８
０、情報信号線数６００だが、ＸＧＡ規格では走査信号
線数７６８、情報信号線数１０２４となり、ＳＸＧＡ規
格では走査信号線数１０２４、情報信号線数１２８０に
なっている。このように大画面化すると、電極間容量の
増加をもたらし、充電電流量も増加してくるため、駆動
ＩＣの電流容量をより大きくしなければならない。この
問題は、強誘電性液晶を用いたＳＳＦＬＣ（表面安定化
強誘電性液晶）型表示素子ではさらに顕著となる。その
理由は、下記（１）、（２）の通りである。

【０００６】（１）強誘電性液晶素子の電極間の厚みは
１〜２μｍと通常のネマチック液晶素子のセル厚の数分
の一であり、電極間容量は通常のネマチック液晶素子よ
り大きくなる。これは、Ｎ．Ａ．クラークらが提唱した
ＳＳＦＬＣ型素子においては、基板の拘束量により強誘
電性液晶が本来持っているねじれ状態を解消し、双安定
性を実現するためにはセル厚を薄く設定する必要がある
ためである（詳しくは、Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ等、ＭＣＬ
Ｃ、１９８３、Ｖｏｌ．９４，ｐ２１３〜２３４）。

【０００７】（２）強誘電性液晶は自発分極を持ち、そ
れに対して外部電場が作用することで双安定な二状態を
スイッチングさせるため、スイッチング時に分極反転電
流が流れる。この分極反転電流は自発分極が大きくなれ
ばなるほど多く流れる。一方、スイッチング速度を速く
しようとすると（パネルの線順次走査周波数を高くしよ
うとすると）、より大きな自発分極が必要となってい
る。

【０００８】上記（１）、（２）の影響は、入力電圧波
形の伝搬遅延やパネル内の発熱量、パネル内の温度分布
に影響する。

【０００９】パネル内の発熱は、該パネルの容量に比例
し、非選択信号による液晶の揺らぎ時の電流量にも比例
する。非選択信号の印加（非選択画素に選択ラインの情
報信号が印加されること）が自発分極と作用することで
自発分極に比例した電流が流れる。このパネルの容量に
よる発熱分と自発分極の揺らぎによる発熱分は自発分極
が３５ｎＣ／ｃｍ² の大きさの時にほぼ同レベルの寄与
がある。また発熱は駆動周波数とも密接な関係があり、
駆動周波数が低いほど、言い換えれば駆動パルス幅が長
ければ長いほど自発分極の揺らぎによる電流消費量は大
きくなってくる。このようなパネル内の発熱分布は強誘
電性液晶のしきい値の温度変化がネマチック液晶と異な
り大きい（強誘電性液晶の場合、約１〜２℃でしきい値
が約１割変動する）ので、表示品質に大きく影響する。

【００１０】また、従来のセル構成においては、対向す
る２枚の電極基板のそれぞれに電極配線が形成されてい
るため、各々の基板から電極配線を引き出さなくてはな
らず、液晶注入やＩＣ実装、さらにはセルのパネル匡体
への組み込みにも問題を生じていた。この問題に関して
は、ネマチック液晶を用いた素子においても同様に、実
装基板が両基板にまたがるという問題点がある。このよ
うな問題は、時計表示などの走査信号線数が少ない場合
では、走査電極配線を銀ペースト等の導電体によって情
報電極側基板に落とすなどの手段により解消されていた
が、前記したＢＧＡ、ＸＧＡ、ＳＸＧＡなどの表示画素
数の多い基板では一方の基板側の配線を他方の基板に落
として同一基板上で実装することは実質不可能であっ
た。

【００１１】また、強誘電性液晶素子の場合には、自発
分極が形成する液晶セル内の電場によって液晶セル内の
イオン性不純物が上下の電極基板上に偏在する現象が起
きる（ＹｕｔａｋａＩｎａｂａｅｔａｌ．，Ｆｅ
ｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，１９８８，Ｖｏｌ．８５，
ｐｐ２５５−２６４）。このようなイオン性不純物の偏
在によってイオンが形成する電場が自発分極が作り出す
内部電場と釣り合うように形成される。ところが、外部
電場によって液晶の自発分極が反転させられた場合にも
イオン電場は即時に解消されることはなく、液晶のスイ
ッチングを阻害する働きをすることが知られている。こ
のようなスイッチング阻害現象を緩和するためには、
液晶中のイオン性不純物自体を減らす、電極上の誘電
膜の誘電率を大きくする、自発分極の小さなものを使
う、高抵抗の導電材料により上下基板間を接続する、
などの方法がある。

【００１２】さらに、強誘電性液晶は、スメクチック相
状態で用いられるため液晶構造の規則性が高く液晶変形
の自由度が低いため、液晶配向（スメクチック層構造）
が壊れ易いという問題がある。この層構造の破壊は、対
向するガラス基板の横方向（セル厚と直交する方向）の
ずれが原因の一つと考えられているが、セルへの変形力
の印加され易さは液晶セルが両基板を実装していること
も原因であると考えられている。この問題に対しては、
対向する２枚の電極基板を接着ビーズを用いて強固に接
着する方法が有効であった。しかしこの方法では、セル
の変形量が極度に抑えられるために液晶注入時の体積収
縮や低温放置時に発生する液晶材料の体積収縮によるセ
ル内の液晶未注入部分の発生を伴い易いという問題があ
った。

【００１３】さらにまた、上下基板それぞれに電極配線
が有り、液晶層を挟んで対向しているというセル構成に
は、上下電極間でショートを発生し易いという問題点が
あった。特に、強誘電性液晶素子の場合には、前述のよ
うにセル厚が１〜２μｍと通常のネマチック液晶素子の
セル厚の数分の一であることから、上下電極間の電気的
ショートエラーを発生し易かった。液晶セルにおける上
下電極のショートの原因は、液晶製造プロセス内に存在
するステンレス装置の削りかすや液晶パネル保管用カセ
ットのアルミニウムの削りかすなどであるが、セル厚の
薄い強誘電性液晶素子では特に影響が大きかった。単純
マトリクス構成の場合、上下電極のショートが発生する
と、ショート箇所を含むライン状欠陥となるため、表示
品質に致命的な悪影響を与えることになった。この点
は、ＴＦＴアクティブマトリクス型のネマチック液晶素
子とは決定的な違いとなっていた。このような問題は、
液晶素子の歩留に大きく関係し、延ては液晶素子のコス
トに大きく影響していた。

【００１４】また、反強誘電性液晶も自発分極を有する
液晶であり、当該液晶を用いた液晶素子には、特開平２
−１５３３２２号公報に開示されたようなヒステリシス
特性を持つものと、特開平８−３２８０４６号公報に開
示されたようなしきい値がなく中間配向状態を示すもの
とが知られている。当該２種の反強誘電性液晶素子の電
圧−透過率特性例を図２５に示す。図中（ａ）は上記ヒ
ステリシス特性を持つタイプであり、（ｂ）が中間配向
状態を示すタイプである。

【００１５】具体的には、図２５（ａ）の液晶素子にお
いては、印加電圧が０の状態で第１の光透過率状態を示
し、絶対値において各極性の所定の第１のしきい値（＋
Ｖ₁或いは−Ｖ₁）以上の電圧を印加することによって、
第２の光透過率状態にスイッチングし、該第２の光透過
状態において、絶対値において各極性の所定の第２のし
きい値（＋Ｖ₂或いは−Ｖ₂）以下の電圧を印加すること
によって、上記第２の光透過状態にスイッチングする。
従って、印加電圧が０の時に最暗状態となるように一対
の偏光板によって液晶素子を挟持することにより、白・
黒二値表示が可能となる。

【００１６】また、図２５（ｂ）の液晶素子において
は、液晶材料や素子構成を適宜選択することによって、
液晶が、電圧無印加での配向状態（第一の配向状態とす
る）にあるときは第一の透過率を示し、液晶に第一の極
性（例えば正極性側）の電圧を加えたときには、液晶分
子が第一の配向状態から一方の方向にチルトし、所定の
電圧値Ｖ₃で第二の配向状態となり第二の透過率を示
し、また第一の極性とは逆の第二の極性（例えば負極
性）の電圧を加えたときには、液晶分子が第一の配向状
態から他方の方向へチルトし、所定の電圧−Ｖ₃で第三
の配向状態となり第二の透過率を示し、印加電圧値に応
じて第一の透過率と第二の透過率との間で連続的に透過
率が変化する電圧−透過率特性を示す。従って、上記第
１の透過率の時が最暗状態となるように一対の偏光板で
当該液晶素子を挟持すると、黒〜白間で印加された電圧
値に対応して連続した中間調を表示することができる。

【００１７】強誘電性液晶や反強誘電性液晶は自発分極
を持つために、ネマチック液晶に比べて応答速度が速
く、高速駆動が可能である。しかしながら、自発分極の
反転に要する電流を外部から供給する必要があることか
ら、駆動回路から見た時の負荷が大きいという問題があ
る。特に、自発分極が大きい場合にはこの問題が深刻に
なる。以下に、実際の数値を挙げて説明する。

【００１８】通常のＴＮ型液晶素子では、液晶層を挟む
電極間の静電容量は２ｎＦ／ｃｍ²前後である。１画素
の大きさを７０μｍ×２１０μｍとすると、１画素当た
りの静電容量は約０．３ｐＦ（＝Ｃとする）で、これを
１０Ｖ（＝Ｖとする）で駆動する場合に必要な充電電荷
量は、Ｑ＝ＣＶ＝３ｐＣである。

【００１９】強誘電性液晶や反強誘電性液晶を用いた液
晶素子では、ＴＮ型液晶素子に比べてセル厚（液晶層
厚）が１／４〜１／５になり比誘電率もＴＮ型液晶の典
型的な材料に比べやはり１／４〜１／５程度である。従
って静電容量はＴＮ型液晶素子と同程度になる。駆動電
圧は応答速度にもよるが、通常１０Ｖ〜２０Ｖなので必
要な充電電荷量もＴＮ型液晶と同程度かせいぜい２倍で
ある。しかしながら、強誘電性液晶や反強誘電性液晶で
は、上記とほぼ同じ充電電荷に加えて、自発分極の大き
さＰｓを１００ｎＣ／ｃｍ²とすると、これを完全に反
転させるためにＱ＝２Ｐｓ・Ｓ＝２９ｐＣ（Ｓは１画素
の面積）の電荷が必要となる。即ち、自発分極が１００
ｎＣ／ｃｍ²程度の液晶を用いた場合、同じセル構成で
駆動する場合に必要な電荷量はＴＮ型液晶の約１０倍必
要となる。従って、このような自発分極の大きな液晶を
用いたアクティブマトリクス方式の液晶素子をＴＮ型液
晶素子と同じ時間で駆動する場合には、必要な電流量が
１０倍以上となり、画素のスイッチング素子の駆動能力
がＴＮ型液晶素子に比べて１０倍以上高くなければなら
ない。

【００２０】アクティブマトリクス方式の液晶素子にお
いて、スイッチング素子としては通常薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）が用いられるが、駆動能力即ちゲートオン時
のソース・ドレイン間のコンダクタンスを大きくするに
は、開口率を犠牲にしてＴＦＴのサイズを大きくしなけ
ればならない。しかしながら、１０倍以上にすることは
非現実的である。

【００２１】特に、図２５（ｂ）に示した電圧−透過率
特性を有する液晶素子については、アクティブマトリク
ス駆動により連続的な中間調を表示することができる
が、現状では自発分極が１００ｎＣ／ｃｍ²以上のもの
しか得られていないため、通常のＴＦＴによるアクティ
ブマトリクス駆動は困難であった。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術に鑑みて、液晶素子の大画面化、表示品質及び
歩留向上とコストダウンを図ることにあり、より具体的
には、液晶素子の静電容量を削減、スイッチング特性の
改善、上下電極ショートによる欠陥の表示への影響抑
制、液晶素子の強度向上、を図ることにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明では、複数の画素を有し、各画素毎に第１電
極を設けた第１の基板と、各画素毎に第１電極に対向配
置された第２電極を設けた第２の基板との間に光学的変
調物質を挟持してなり、各画素において、第１電極が電
気的に独立した複数の領域からなり、第１電極と第２電
極によって、直列接続された複数のキャパシタンスが形
成される光学的変調素子とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明は、一対の電極基板を対向
配置し、該基板間に光学的変調物質を挟持してなる光学
的変調素子であって、複数の画素を有し、各画素毎に一
方の基板上に走査電極と情報電極を有し且つ他方の基板
上に該走査電極と情報電極に対向する共通電極（対向電
極）を有し、上記走査電極及び情報電極が、それぞれ、
互いに直交するマトリクス状に共通配線されていること
を特徴とする光学的変調素子である。

【００２５】即ち、本発明の光学的変調素子は、一方の
基板上にマトリクス電極を作り込み、各画素毎に対応す
る共通電極を他方の基板に形成することによって、前記
した静電容量を大幅に削減することができ、液晶素子の
大画面化を図ることができる。また、共通電極は配線の
引き出しが不要であるため、駆動ＩＣの実装が一方の基
板のみで良く、また、他方の基板として樹脂基板を用い
ることができ、素子の軽量化や耐衝撃性の向上を図るこ
とができる。またさらに、上下電極間でショートを生じ
ても、ショート箇所の欠陥だけで済むため、点欠陥とな
り、表示への影響をアクティブマトリクス型と同レベル
に抑えることができる。

【００２６】以下に本発明の電極構成について説明す
る。図２は本発明の手段とその作用を説明するための一
画素の電極構成を示す断面模式図である。図中２１、２
２はガラス基板で、基板２１上には電極２３，２４が、
基板２２上には該電極２３，２４に対向する共通電極
（又は対向電極）２６が形成され、それぞれに配向膜２
５、２７が形成されて、両基板間に液晶が配置される。
液晶としては、ネマチック液晶や反強誘電性液晶等でも
機能するが、ここでは便宜上強誘電性液晶について説明
する。

【００２７】強誘電性液晶は自発分極を持ち、該自発分
極の方向と液晶分子の配列方向に一定の関連があるため
に光学素子として用いられるものであるが、例えば、図
２において、電極２３と電極２４間に、電極２３を正極
とする電界を印加すると、強誘電性液晶の自発分極の双
極子は図２中の矢印Ａ、Ｂのように配向する。即ち、共
通電極２６を基準にして考えると電極２３上と電極２４
上では液晶にかかる電界方向が逆になる。電界としては
一方の電極から共通電極へ、共通電極から他方の電極へ
向かう二つの電界領域が一つの画素内に形成される。従
って、Ａ、Ｂを白または黒のいずれかの状態に設定でき
れば、同じ基板上にマトリクス状に配線した電極群で複
数の画素を良好にマトリクス駆動することができる。

【００２８】上記共通電極２６に電気力線が入る方向の
電界を「＋」とすると、電極２３に「＋」電界が印加さ
れる時には電極２４には「−」方向の電界が印加される
ことになる。この状態で両電極上に「黒」状態を形成す
るには、図３に示すような配向処理を施す必要がある。
図３中、３３は電極２３上の配向膜のラビング方向、３
４は電極２４上の配向膜のラビング方向、３５、３６は
それぞれ偏光子の配置方向である。ＳＳＦＬＣの強誘電
性液晶の双安定状態をＵ１、Ｕ２と表記すると、Ｕ１と
Ｕ２は平均分子軸方向（光軸）がチルト角の２倍だけ異
なることになる。ＳＳＦＬＣの強誘電性液晶のチルト角
をθとすると、電極２３上のラビング方向３３を基準と
して電極２４上のラビング方向３４を２θもしくは２θ
＋１８０°の方向にずらせることにより、電極２３上の
液晶分子が「＋」電界の印加によってＵ１配置をとり、
一方電極２４上の液晶分子は「−」の電界が印加される
のでＵ２分子配置をとるが、電極２３と電極２４のラビ
ング方向〜層法線方向を上述のように２θもしくは２θ
＋１８０°ずらすことにより、電極２３のＵ１の分子軸
と電極２４のＵ２の分子軸は同一方向に揃うことにな
り、同一の偏光子の配置（３５，３６）で黒状態を実現
することができる。

【００２９】逆に、電極２３を負極とする電界を印加す
ると、電極２３上の液晶分子はＵ２、電極２４上の液晶
分子はＵ１配置をそれぞれとる。どちらの配置もラビン
グ偏光子の吸収軸ないし透過軸から一定角度傾くことに
なるため、偏光子を光が透過し、いずれも白状態を表示
する。この時、電極２３、２４上でそれぞれ液晶分子が
逆方向に傾いているため、従来の同一方向に反転する電
極構成に比べると視野角特性が改善される。

【００３０】以上のように、一画素領域に電界を形成す
る一対の電極を同一基板に形成した構成によって、良好
に二値表示を行なうことができる。従って、複数の画素
について、一方の電極を走査電極、他方の電極を情報電
極として互いの直交する方向にマトリクス配線すること
によって、従来の対面電極構成の単純マトリクス型液晶
素子と同様のマトリクス駆動（時分割駆動等）を行なう
ことができる。

【００３１】本発明においては、上記電極構成をとるこ
とにより、一画素の電極面積が実質半分になり、液晶層
厚は実質２倍になるため、同一面積の画素でもその静電
容量を四分の一に減少させることができ、印加電圧波形
の伝搬遅延を小さくすることができる。また、共通電極
が画素毎に独立しているため、共通電極と情報電極また
は走査電極との間で金属片等によりショートを発生した
としても、表示不良はショート箇所の画素のみに留ま
り、点欠陥となる。またさらに、一方の基板にのみ電極
配線を行なうため、他方の基板の構成が極めて単純なも
のとなり、基板の製造歩留が向上して素子のコストダウ
ンが実現する。また、他方の基板には金属配線を用いな
いことにより、さらに素子のコストダウンが図られる。

【００３２】また、液晶素子には、駆動波形に重畳され
るＤＣオフセット電圧に関して通常５０〜２００ｍＶ程
度が印加されることがあるが、強誘電性液晶のように電
圧の極性によって反転する素子の場合にはその影響が大
きく、双安定なスイッチングを妨げることがある。しか
しながら本発明においては、情報電極と走査電極によっ
て電界を印加される液晶層厚が実質２倍になることで、
液晶層に印加される電圧が、ＤＣオフセット電圧値の半
分に減少し、スイッチング特性への影響が低減される。

【００３３】図１は、本発明の光学的変調素子の一実施
形態の断面模式図である。図中、１，１１は透明基板、
１２はブラックマトリクス、１３はＲ、Ｇ、Ｂの各フィ
ルタ１３ａ〜１３ｃからなるカラーフィルタ、１４は保
護膜、４は走査電極、７は情報電極、５及び６は情報電
極７の低抵抗化のための金属配線、８は走査電極４と情
報電極７をマトリクス状に立体配線するための樹脂層、
１７は各画素毎に独立する共通電極、９及び１９は配向
膜、１６はカイラルスメクチック液晶、１５はスペーサ
ーである。尚、走査電極４についても、後述するよう
に、低抵抗化のための金属配線が形成されている。

【００３４】本発明において、共通電極１７はフローテ
ィング電極であるため、透明基板１１は電極配線の引き
出し結線を行なう必要がない。強誘電性液晶の液晶配向
の破壊の原因として考えられているセルへの変形力の印
加され易さは、液晶セルが両基板を実装していることに
も原因があると考えられているが、本発明では一方の基
板のみを実装するため、当該問題が解消される。

【００３５】また、透明基板１、１１としては通常ガラ
ス基板を用いるが、透明基板１１には樹脂基板を用いる
ことができる。樹脂基板はガラス基板に比べて変形し易
く、駆動ＩＣ実装などによりセル厚の変形を生じ易いた
め、従来のＩＣ実装を要する基板には用いることができ
なかった。しかしながら、本発明では透明基板１１は実
装されないため、樹脂基板を用いることが可能である。
樹脂基板は変形が容易であるため、セル全体の振動を吸
収する働きがあり、上下基板共にガラス基板で構成した
場合に比べてセル全体の耐衝撃性を改善することができ
る。従って、従来のような上下基板接着ビーズを用いな
くても耐衝撃性が得られ、液晶注入時の体積収縮や低温
放置時に発生する液晶材料の体積収縮によるセル内の液
晶未注入部分の発生を伴わないという利点が得られる。

【００３６】上記樹脂基板としては、ポリエステル、ポ
リサルファイド、ポリカーボネイドなどからなる基板を
好ましく用いることができる。このうち、ポリエステル
は延伸性があるので、延伸してフィルム化できるが、ポ
リサルファイド、ポリカーボネイトなどはキャスティン
グ法が用いられる。いずれも１００℃以上の耐熱性があ
り（ポリエステル、ポリサルファイドは約１８０℃まで
の耐熱性がある）、ポリサルファイド、ポリカーボネイ
トは特に透光性が高い。また、樹脂基板として偏光板を
用いることも可能である。

【００３７】本実施形態において、透明基板１上に形成
されるブラックマトリクス１２及びカラーフィルタ１
３、及びカラーフィルタ１３の表面平坦化を兼ねた保護
膜１４については、従来のカラー表示の液晶素子で用い
られているものを用いることができ、特に限定されな
い。また、白黒二値表示の場合には、当該カラーフィル
タを形成する必要はない。

【００３８】本発明において、同一基板上に形成された
情報電極７と走査電極４は樹脂層８を用いて立体的にマ
トリクス配線されている。図４に本発明の素子における
電極構成を示す。図中（ａ）は透明基板１側の電極構
成、（ｂ）は透明基板１１側の電極構成である。図５は
これらの電極基板を貼り合わせた状態を示す平面図であ
あり、図中５１はシール材、５２は液晶注入口を示す。
また、図６は図４（ａ）の各断面を示す図であり、図６
（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−
Ｂ’断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ’断面図、（ｄ）はＤ−
Ｄ’断面図である。

【００３９】本実施形態においては、情報電極７及び走
査電極４はそれぞれ低抵抗化のための金属配線５、６及
び２、３を付されており、情報電極７は図４の横方向に
樹脂層８上で共通に配線され、一方走査電極４は樹脂層
８の下側に形成した下金属配線２により縦方向に共通に
配線されている。

【００４０】図７は本実施形態の透明基板１側の電極の
製造工程を示す平面模式図である。先ず、透明基板１上
に下金属配線２、５を形成する（図７（ａ））。次に、
下金属配線２上には走査電極４に連絡するため部分的な
上金属配線３を、下金属配線５上には同じパターンで上
金属配線６を形成する（図７（ｂ））。各金属配線間を
樹脂層８で埋める（図７（ｃ））。

【００４１】上記下金属配線２、５の厚さは、好ましく
は５００Å〜５０００Åであり、ＭｏＴａ合金や、Ａｌ
合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などにより形成される。また、上
金属配線３、６は、下金属配線２、５よりも厚膜で、Ｃ
ｕやＡｌ合金、Ｃｕ合金などにより好ましくは１μｍ〜
２μｍの厚さで形成される。

【００４２】また、樹脂層８は、好ましくは特開平８−
７６１０１号公報に記載された方法でＵＶ硬化型樹脂で
形成する。この方法によれば、上金属配線３、６表面に
樹脂を付着させることなく露出させて平坦な表面の樹脂
層８を形成することができる。

【００４３】図７（ｃ）の工程に引き続き、情報電極７
及び走査電極４を形成すると同時に、それぞれ樹脂層８
表面に露出していた上金属配線６、４と接続する（図４
（ａ））。情報電極７については、低抵抗化のために、
さらに図４の横方向に各画素の情報電極７を共通に接続
する金属配線を設けても良い。その素材としては、銅や
Ａｌ合金等が好ましく用いられ、厚みは１００Å〜２０
００Åで形成される。また、透明基板１１上には各画素
毎の共通電極１７を直接形成する（図４（ｂ））。尚、
図４〜図７においては便宜状、カラーフィルタ１３やブ
ラックマトリクス１２、保護膜１４については省略し
た。

【００４４】上記したように、低抵抗化のための金属配
線と樹脂層を用いることにより、情報電極７と走査電極
４を立体的にマトリクス配線することができる。尚、図
１の断面は、図４におけるＤ−Ｄ’断面に相当する。

【００４５】本発明において、情報電極７及び走査電極
４としては、通常用いられているＩＴＯ等透明導電体が
好ましく用いられ、厚さは好ましくは５００Å〜１５０
０Åである。また、ＩＴＯ以外にも、例えば導電性粒子
を分散させた樹脂等導電性樹脂膜を用いることもでき
る。このような樹脂膜は塗布により形成し得るため、Ｉ
ＯＴなどのように真空スパッタ成膜、エッチングが不要
で製造コストの削減を図ることができる。

【００４６】本発明において、配向膜９、１９として
は、従来用いられていたポリアミド、ポリイミド、ＰＶ
Ａ、ナイロン等を好ましく用いることができる。但し、
前記した通り、情報電極７上と走査電極４上ではラビン
グ方向が異なるため、２回のラビング工程を行なう必要
がある。具体的には、先ず配向膜９全面を一方向にラビ
ング処理した後、図８に示すように一方の電極を覆うレ
ジスト８１を形成してもう一方向にラビング処理すれば
良い。また、配向膜１９については、対向する側の配向
膜のラビング方向に合わせて、同様に２回ラビング処理
してラビング方向の異なる領域を形成する。

【００４７】また、本発明においては、配向膜１９とし
てある程度の導電性をもつ配向膜を用いることにより、
強誘電性液晶のスイッチング特性を改善することができ
る。自発分極を原因とする反電場の影響の緩和に関し
て、その原理は明らかではないが、自発分極に由来する
内部電場による電極上のイオンの偏在を解消し易くなる
のではないかと考えられる。液晶がイオンの偏在を伴っ
て配向している（反電場を形成している）安定な状態か
ら、もう一方の安定状態に反転すると、該反転以前の電
極上のイオン配置は不安定なものとなる。この時電極上
のイオン配置を速やかに解消できなければ、逆に反転状
態が不安定なものとなり完全な反転が妨げられるが、こ
のようなイオン偏在を解消するために電極上の導電性が
関係があると考えられている。

【００４８】上記、導電性配向膜としては、シート抵抗
値が１×１０¹³Ω／□以下のものであればその効果が得
られ、例えば酸化錫などの導電性粒子を分散させたポリ
イミド、ポリアミド等の樹脂膜や、シリコン酸化物母材
中にＳｎＯ_x の酸化物超微粒子を分散させた無機膜など
が好適に用いられる。また、このような導電性配向膜で
共通電極１７を形成し、配向膜１９を形成しない構成に
おいても、同様の効果を得ることができる。

【００４９】上述のような構造の液晶素子では、走査電
極４、情報電極７に対し、一般的な単純マトリックス駆
動方式、特に時分割駆動方式を用いて（例えば、図９に
示すような走査信号（ａ）、情報信号（ｂ）、（ｃ）に
より）駆動することができる。

【００５０】本発明において用いられる光学的変調物質
としては、カイラルスメクチック相を示す液晶、強誘電
性液晶、反強誘電性液晶、また双安定型ネマチック液晶
が好ましく用いられる。

【００５１】また、その他にもネマチック液晶をＯＣＢ
モードで用いることができる。ＯＣＢモードは、基板と
の界面において液晶分子がプレチルト角を有し、液晶層
の基板の法線方向の中央部における液晶分子が該法線方
向に平行である、ベンド配向状態をとるモードである。
ＯＣＢモードにおいては、上下基板に水平配向膜を形成
し、互いのラビング方向が平行或いはほぼ平行になるよ
うに配置することによって、液晶分子に、基板との界面
においてプレチルト角を有し且つ上記ラビング方向（ラ
ビング方向が上下基板で交差する場合には平均ラビング
方向）に平行に配置したスプレイ配向をとらせる。この
状態で所定のベンド電圧を液晶層に印加すると、液晶層
の基板法線方向中央部の液晶分子が該法線に平行に配向
し、順次基板に近づくに連れて該基板との界面に位置す
る液晶分子のプレチルト角に近づくベンド配向をとる。
このベンド配向は上記ベンド電圧よりも低い保持電圧に
よって維持することができ、該保持電圧よりも高い所定
の電圧を液晶層に印加すると基板との界面付近を除く液
晶層の大部分で液晶分子が基板法線方向に平行に配向す
る。該配向とベンド配向との間の応答時間は速く、且つ
中間状態もとり得るため、保持電圧を低電圧側として印
加電圧を変化させることによって階調表示を行なうこと
ができる。

【００５２】上記実施形態においては、アクティブ素子
としてＴＦＴを用いたが、ＭＩＭ等の２端子素子を用い
ることも可能である。

【００５３】本発明は、互いに直交する複数の走査信号
線と情報信号線、及び該信号線の交点を１画素として、
各画素毎に画素電極とスイッチング素子を設けた第１の
基板と、各画素毎に電気的に独立した対向電極を設けた
第２の基板との間に自発分極を有する液晶を挟持してな
り、各画素において、上記画素電極が電気的に独立した
複数の領域からなり、該画素電極と対向電極によって、
直列接続された複数のキャパシタンスが上記スイッチン
グ素子の負荷として形成されていることを特徴とする液
晶素子である。

【００５４】特に本発明は、液晶が、電圧無印加で第一
の配向状態にあり、該配向状態では第一の透過率を示
し、該液晶に第一の極性の電圧を加えたときには、液晶
分子が第一の配向状態から一方の方向の第二の配向状態
にチルトし、所定の電圧値Ｖ₀で第二の透過率を示し、
且つ第一の極性とは逆の第二の極性の電圧を加えたとき
には、液晶分子が第一の配向状態から他方の方向の第三
の配向状態にチルトし、所定の電圧値−Ｖ₀で第二の透
過率を示し、印加電圧に応じて第一の透過率と第二の透
過率との間で連続的に透過率が変化する電圧−透過率特
性を示すように液晶材料や素子構成を設定することによ
って、良好な階調表示を行うことが可能となる。

【００５５】

【実施例】［実施例１］本発明第１の実施例として、図
１に示した構成の強誘電性液晶素子を作製した。共通電
極側の基板１１としてガラス基板を用い、基板加熱を行
なわずにスパッタ法でＩＴＯ膜を成膜し、膜厚７０ｎｍ
の共通電極１７を形成した。また、マトリクス電極側の
基板１としては、ガラス基板を用い、膜厚１．５μｍの
顔料系カラーフィルタ１３、ブラックマトリクス１２を
形成し、その上にＰＡ−１０００Ｃ（商品名、宇部興産
社製、ポリマー分：１０％、溶剤：Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン）を用いて１．５μｍの厚みの保護膜１４を形
成した。

【００５６】上記保護膜１４を形成した基板上にＭｏＴ
ａ合金を２００ｎｍの厚さでスパッタ成膜し、硝酸、酢
酸、リン酸の混合液（通称、混酸）で図７（ａ）の如く
パターニングを行ない、下金属配線２、５を形成した
後、銅をスパッタ法により１μｍの厚みに成膜し、塩化
第二銅溶液で図７（ｂ）の如くパターニングして上金属
配線３、６を形成した。

【００５７】上記金属配線を形成した基板に特開平８−
７６１０１号公報記載の方法によりＵＶ硬化型樹脂によ
る平坦化処理を施した。具体的には、上記金属配線基板
にＵＶ照射オゾン処理を５分間行なった後、シランカッ
プリング剤（商品名：Ａ−１７４、日本ユニカー社製）
をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で３．７５％に希
釈したものをスピンコートし、１００℃で２０分間熱処
理を行ない、密着処理を施した。この基板をオーブン中
で６０℃に加熱し、同時に、ガラス製の型基板、ＵＶ硬
化型樹脂の入ったディスペンサーも６０℃に加熱した。
加熱時間は２０分とした。オーブンから取り出した金属
配線配線基板上にディスペンサーによりアクリル系ＵＶ
硬化型樹脂（ペンタエリスールトリアクリレート：ネオ
ペンチルグリコールジアクリレート：ヒドロキシシクロ
ヘキシルフェニルケトン＝５０：５０：２）を滴下し、
直ちに平滑型基板を貼り合わせて予め６０℃に加熱して
おいたプレス機によって２０Ｋｇ／ｃｍ² の圧力を３分
間加えた。上記金属配線基板と平滑型基板を貼り合わせ
てからプレスを開始するまでの時間は２分間であった。
この後、中心波長３６５ｎｍのＵＶ光（光強度：２００
ｍＪ／ｃｍ² ）を照射し、ＵＶ硬化型樹脂を光硬化し
た。離型治具を用いて型基板を離型し、イソプロパノー
ル溶液中で超音波洗浄し、未硬化のＵＶ硬化型樹脂を除
去し、金属配線埋込み基板８を得た。

【００５８】上記金属配線埋込み基板８上にＩＴＯを厚
さ７０ｎｍにスパッタ成膜し、図４（ａ）の如くパター
ニングして情報電極７及び走査電極４を形成すると同時
に、それぞれ金属配線を連絡してマトリクス電極とし
た。

【００５９】上記マトリクス電極上にポリイミド系の配
向膜９を１０ｎｍの厚みで形成し、全面を一方向にラビ
ング処理した後、図８の如く一方の電極のみをレジスト
で覆い、上記ラビング処理の方向からチルト角の２倍だ
け回転させた方向にラビング処理を施した。また、前記
共通電極１７を形成した基板１１にも、同様のポリイミ
ド系配向膜を形成し、上下基板でラビング方向が同じに
なるように同様に２回ラビング処理を施した。

【００６０】上記上下基板を、ＳｉＯ₂ からなるスペー
サー１５（粒径約２．３μｍ）及びエポキシ樹脂接着ビ
ーズ（粒径５μｍ）を介して図５に示すように重ねて貼
り合わせ、セルギャップが２．１μｍの液晶セルを作製
し、下記組成のカイラルスメクチック液晶Ａ（強誘電性
液晶）を注入して液晶素子を得た。

【００６１】

【化１】

【００６２】尚、上記物性については下記の測定法によ
り測定した。

【００６３】〔チルト角Θ〕±３０〜±５０Ｖ、１〜１
００ＨｚのＡＣ（交流）を液晶素子の上下基板間に電極
を介して印加しながら、直交クロスニコル下、その間に
配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させると同時
に、フォトマル（浜松フォトニクス社製）で光学応答を
検知しながら、第１の消光位（透過率が最も低くなる位
置）及び第２の消光位を求める。そしてこの時の第１の
消光位から第２の消光位までの角度の１／２をチルト角
Θとする。

【００６４】〔自発分極Ｐｓ〕自発分極Ｐｓは、Ｋ．ミ
ヤサト他「三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接
測定方法」（日本応用物理学会誌２２、１０号（６６
１）１９８３、”ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈｏｄｗｉｔ
ｈＴｒｉａｎｇｕｌａｒＷａｖｅｓｆｏｒＭｅａ
ｓｕｒｉｎｇＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＰｏｌａｒｉ
ｚａｔｉｏｎｉｎＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉ
ｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ
ｂｙＫ．Ｍｉｙａｓａｔｏｅｔａｌ．（Ｊａ
ｐ．Ｊ．ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ．１０，Ｌ６
６１（１９８３）））によって測定した。

【００６５】上記液晶素子を動作温度３８℃とし、図９
に示した駆動波形を用いて駆動した。図９においてＶ₁
＝２１．０Ｖ、Ｖ₂ ＝−２１．０Ｖ、Ｖ₃ ＝９．０Ｖ、
Ｖ₄＝−９．０Ｖ、Ｖ₅ ＝９．０Ｖ、パルス幅（ΔＴ）
＝９．３μｓで良好な駆動を示した。また、Ｖ₁ ＝２
９．０Ｖ、Ｖ₂ ＝−２９．０Ｖ、Ｖ₃ ＝１２．０Ｖ、Ｖ
₄ ＝−１２．０Ｖ、Ｖ₅ ＝１２．０Ｖ、パルス幅（Δ
Ｔ）＝７．０μｓでも良好な駆動を示した。

【００６６】［実施例２］本発明第２の実施例として、
双安定性を有するネマチック液晶を用いて液晶素子を作
製した。この原理的な内容は特公平１−１５１８１８号
公報に、また駆動法については特開平６−２３０７５１
号公報にそれぞれ詳述されている。液晶材料としては、
市販の液晶材料（商品名：ＫＮ−４０００、チッソ社
製）に光学活性物質を添加してネマチック液晶のヘリカ
ルピッチを３．４μｍに調整した。

【００６７】また、セルとしては、実施例１と同じ電極
構成に、配向膜として日産化学社製のＳＥ３１４０を２
０ｎｍの厚さに形成し、上下基板で反平行になるように
ラビング処理を施した。ラビング方向は、実施例１で行
なったラビング方向の中間方向１種類とした。プレチル
ト角は（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．ｖｏｌ．１１９（１９８０）
Ｎｏ．ＳｈｏｒｔＮｏｔｅｓ２０３１に記載のクリス
タルローテーション法に準じて測定）約４°、セル厚は
２．１μｍに設定した。

【００６８】上記液晶素子を、図１０に示す駆動波形で
駆動した。図１０（ａ）〜（ｄ）が走査信号線に印加さ
れる走査信号で、図１０（ｅ）が情報信号線に印加され
る情報信号である。リセットパルス電圧Ｖ₁ ＝±２０
Ｖ、書込み電圧Ｖ₂ ＝±２．５Ｖ、情報信号電圧Ｖ₃ ＝
±１．５Ｖで所望の情報を書き込むことができ、クロス
トークのない良好な画質が得られた。

【００６９】［実施例３］本発明第３の実施例として、
反強誘電性液晶を用いた液晶素子を作製した。液晶材料
としては、チッソ社製のＣＳ４０００を用いた。またセ
ルは実施例１のセル構成においてセルギャップを１．５
μｍとしてらせんピッチを抑制し、強誘電性配向状態と
反強誘電性配向状態を安定に実現した。上下基板上の配
向膜としては東レ社製のＬＰ−６４を用い、その膜厚を
１０ｎｍとしてラビング方向は実施例２と同様に、上下
基板で反平行で且つ実施例１のラビング方向の中間方向
とした。

【００７０】本実施例の液晶素子を、動作温度３０℃で
図１１に示した駆動波形で駆動したところ、良好な画質
が得られた。図１１（ａ）が走査信号線に印加される走
査信号で、図１１（ｂ），（ｃ）が情報信号線に印加さ
れる情報信号である。尚、図１１において、Ｖ₁ ＝２０
Ｖ、Ｖ₂ ＝１２Ｖ、Ｖ₃ ＝４Ｖ、パルス幅（ΔＴ）＝２
５０μｓに設定した。

【００７１】［実施例４］本発明第４の実施例として、
共通電極１７側の配向膜１９としてシリコン樹脂中にア
ンチモンをドーピングした、酸化錫導電性粒子（径５〜
１０ｎｍ）を分散させた導電性配向膜を膜厚２００ｎｍ
に形成した。尚、該導電性配向膜の表面エネルギーは、
２７〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍに調整した。また、ラビング
方向が上下基板で同一方向になるようにラビング処理を
施した。

【００７２】一方マトリクス電極側基板については実施
例１と同様にして形成し、上下基板を実施例１と同様に
して貼り合わせ、同じカイラルスメクチック液晶Ａを注
入して液晶素子を得た。この液晶素子を図９の駆動波形
で駆動した。尚、図９において、Ｖ₁ ＝３０．０Ｖ、Ｖ
₂ ＝−３０．０Ｖ、Ｖ₃ ＝１２．０Ｖ、Ｖ₄ ＝−１２．
０Ｖ、Ｖ₅ ＝１２．０Ｖ、パルス幅２２．４μｓと設定
した。

【００７３】本実施例における導電性配向膜の抵抗値と
駆動の関係を表１に示す。

【００７４】

【表１】

【００７５】尚、シート抵抗値は、特開平８−２６２４
７７号公報に記載の膜のシート方向の抵抗測定方法を用
いて行った（同公報の図７）。

【００７６】［実施例５］本発明第５の実施例として、
図１２に示す構成の液晶素子を作製した。即ち、実施例
４において用いた導電性配向膜材料で情報電極７、走査
電極４、共通電極１７を形成した（シート抵抗値：１×
１０⁸ Ω／□）。尚、各電極は、レジストをパターニン
グしておき、リフトオフ法により形成した。また、共通
電極１７側の配向膜は省略した。このように、ＩＴＯを
用いないことによって、真空スパッタ成膜、エッチング
工程が不要になり、コストダウンを図ることができる。

【００７７】また、共通配線されている情報電極７の該
共通配線部分を通して連続する金属配線１２１を２００
ｎｍの厚みの銅配線により付したものである。これによ
り、情報電極の伝搬遅延は実施例１の約５０分の１と格
段に小さくすることができ、波形遅延による表示むらの
ない良好な画像表示ができる。

【００７８】［実施例６］本発明第６の実施例として、
実施例１→実施例２と同様の変更事項を実施例４に加え
てネマチック液晶素子を作製した。この液晶素子を実施
例４と同じ駆動波形で駆動したところ、所望の情報を書
き込むことができ、クロストークのない良好な画質が得
られた。

【００７９】［実施例７］本発明第７の実施例として、
実施例１→実施例３と同様の変更事項を実施例４に加え
て反強誘電性液晶素子を作製した。但し、情報電極７上
の配向膜９の厚みは６ｎｍとした。この液晶素子を実施
例４と同じ駆動波形で駆動したところ、良好な画質が得
られた。

【００８０】［実施例８］本発明第８の実施例として、
図１の構成において透明基板１１として樹脂基板を用い
て液晶素子を作製した。

【００８１】本実施例においては、厚みが０．１ｍｍの
ポリエステルフィルムを用い、基板加熱を行なわずにＩ
ＴＯ膜１７を７０ｎｍの厚さでスパッタ成膜し、シリコ
ン樹脂中にアンチモンをドーピングした、酸化錫導電性
粒子（径５〜１０ｎｍ）を分散させた導電性配向膜１９
を膜厚２００ｎｍに形成した。尚、該導電性配向膜の表
面エネルギーは、２７〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍに調整し
た。

【００８２】一方マトリクス電極側基板については実施
例１と同様にして形成し、配向膜にその領域により２方
向のラビング処理を施した。上下基板を実施例１と同様
にして貼り合わせ、同じカイラルスメクチック液晶Ａを
注入して液晶素子を得た。この液晶素子を実施例１と同
じ駆動波形で駆動したところ、良好に駆動した。

【００８３】［実施例９］本発明第９の実施例として、
図１５に示す構成の液晶素子を作製した。

【００８４】実施例８と同じ樹脂基板上にフォトレジス
トで共通電極形状のネガパターンを形成し、その上から
ＳｉＯ_x からなるシリコン酸化物母材中に、ＳｎＯ_x の
酸化物超微粒子を分散した溶液をスピンコートし、１２
０℃に焼成して膜厚４０ｎｍの導電性無機膜を得、上記
レジストを除去して共通電極を得た。この膜の表面エネ
ルギーは２７〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍに調整し、抵抗値は
６×１０⁸ Ω／□とした。

【００８５】上下基板間接着ビーズを用いずに、その他
の構成は実施例１と同様にして、液晶素子を作製し、実
施例１と同様に駆動した。本実施例の液晶素子は、接着
ビーズを用いていないものの、セル作製〜液晶注入〜セ
ル駆動表示の各プロセスにおいて、液晶配向の破壊によ
る不良を発生することはなかった。

【００８６】［実施例１０］本発明第１０の実施例とし
て、図１３に示す共通電極側基板に偏光板を用いた構成
の液晶素子を作製した。図１３中、１３１と１３３は樹
脂基板、１３２は延伸ＰＶＡフィルムである。

【００８７】本実施例において、偏光板はヨウ素染色Ｐ
ＶＡ樹脂を延伸したもの（厚み２０μｍ）に保護フィル
ム（厚み１００μｍ）を１μｍ厚乃接着層を介して貼り
合わせたものである。保護フィルムとしては、トリアセ
テートやポリエステルが用いられるが、本実施例ではト
リアセテートを用いた。

【００８８】その他の構成は実施例８と同様にして、液
晶素子を作製した。但し、偏光板の光学特性上の耐熱性
は１００℃以上あると考えられるものの、液晶注入温度
は９０℃に設定した。

【００８９】上記液晶素子を実施例８と同様に駆動した
ところ、良好な表示が得られた。

【００９０】このように偏光板を片側の基板として用い
ることにより、１５インチサイズの液晶素子において、
約５００ｇの軽量化と、約１０００円のコストダウンを
図ることができる。

【００９１】［実施例１１］本発明第１１の実施例とし
て、実施例１→実施例２と同様の変更事項を実施例８に
加えてネマチック液晶素子を作製した。この液晶素子を
実施例８と同じ駆動波形で駆動したところ、所望の情報
を書き込むことができ、クロストークのない良好な画質
が得られた。

【００９２】［実施例１２］本発明第１２の実施例とし
て、実施例１→実施例３と同様の変更事項を実施例８に
加えて反強誘電性液晶素子を作製した。この液晶素子を
実施例８と同じ駆動波形で駆動したところ、良好な画質
が得られた。

【００９３】［実施例１３］本発明の液晶素子の一実施
例の電極構成例を図１６に、図１６中のＡ−Ａ’断面を
図１７にそれぞれ示す。図１６、１７は１画素分の構成
を模式的に示す図であり、図１６については便宜上、主
要部材のみ示している。図１６、１７中、２１１は走査
信号線、２１２は情報信号線、２１３は第１の画素電
極、２１４は第２の画素電極、２１５は基準電圧信号
線、２１６は対向電極、２２１及び２３１は基板、２２
２はゲート電極、２２３は半導体層、２２４はソース電
極、２２５はドレイン電極、２２６はゲート絶縁膜、２
２７はＴＦＴ、２２８及び２３２は保護膜、２２９及び
２３３は配向膜、２３０は液晶である。尚、本発明にお
いては、本発明にかかる電極構成を有していれば、各部
材の素材、形状、製法等については、一般の液晶素子、
特にアクティブマトリクス方式の液晶素子の技術を適用
することができる。

【００９４】本実施例においては、スイッチング素子と
してＴＦＴを用い、画素電極を第１の画素電極２１３と
第２の画素電極２１４に分割することで電気的に独立し
た複数の領域を形成している。第１の画素電極２１３は
ＴＦＴ２２７のドレイン電極２２５に接続され、液晶２
３０を挟んで対向電極２１６との間にキャパシタンスを
形成している。一方、第２の画素電極２１４は基準電圧
信号線２１５に接続され、やはり液晶２３０を挟んで対
向電極２１６との間にキャパシタンスを形成している。
対向電極２１６は画素毎に絶縁され、フローティング状
態とし、第１及び第２の画素電極が形成するキャパシタ
ンスは対向電極２１６が共通電極となっているため、Ｔ
ＦＴ２２７の負荷としてこれらキャパシタンスが直列に
接続されていることになる。

【００９５】従って、本実施例の１画素の等価回路は図
１８（ａ）のようになる。図１８（ａ）の各結線に付さ
れた符号は図１６、１７の符号に対応している。これに
対して、従来の構成の等価回路は図１８（ｂ）である。
ここで、図１８（ａ）の構成では第１の画素電極２１３
と第２の画素電極２１４の面積が同一で、図１８（ｂ）
の構成の画素電極はこれらを合わせた面積で、当該画素
電極と対向電極で形成されるキャパシタンスの容量をＣ
とする。本実施例において、ＴＦＴ２２７から見た負荷
容量は、Ｃ／２が直列に２個接続されているので、合成
容量としてはＣ／４となり、従来の構成の１／４とな
る。但し、情報信号線２１２より与える駆動電圧は、従
来の電圧値Ｖの２倍にしなければならない。

【００９６】ここで、液晶として自発分極を有する強誘
電性液晶或いは反強誘電性液晶を用いた場合に、全ての
液晶分子の自発分極が一方に向いた状態から、完全に他
方に向けるためには、キャパシタンスを充電させるため
に必要な電荷＝（Ｃ／４）×２Ｖ＝ＣＶ／２と、自発分
極の反転に費やされる電荷＝２Ｐｓ・Ｓ／２＝Ｐｓ・Ｓ
となり、いずれも従来の半分になる。特に、自発分極の
反転に必要な電荷量が半分になるため、Ｐｓ＝１００ｎ
Ｃ／ｃｍ²の液晶を用いた場合でも、ＴＦＴに必要な駆
動能力はＴＮ型液晶を用いた場合の５倍程度ですむ。

【００９７】本発明においては、上記のように画素電極
を分割して、直列に接続された複数のキャパシタンスを
形成することにより、駆動回路から見たＴＦＴの負荷が
軽くなり、ＴＦＴに必要とされる駆動能力が小さくて済
む。その結果、画素の開口率を高くして画面全体を明る
くすることができる。

【００９８】図１９に本実施例の液晶素子を駆動する信
号の電圧波形と印加タイミングを示す。図中Ｇ₁〜Ｇ₃は
走査信号線に印加される走査信号の電圧波形、Ｓ₁は情
報信号線に印加される情報信号の電圧波形、Ｂは基準電
圧信号線の電位（基準電位）、１Ｆは１フレーム走査期
間、１Ｈは１ライン走査期間である。基準電位は図１９
のように一定でも良いが、図２０に示すように、フレー
ム毎に変えても良い。これは従来の液晶素子においてフ
レーム毎に極性を反転する駆動法と同じ駆動形態であ
る。

【００９９】図１９または図２０において、走査信号線
に順次Ｖ_gの駆動電圧が与えられると、マトリクス状に
配列した該当ラインの画素のＴＦＴのゲートが順次オン
状態となり、情報信号線に印加された情報信号に応じて
各画素のキャパシタンスが充電される。ここで、ソース
電極に印加された情報信号の電位をＶ_s、基準電位をＶ₀
とすると、各キャパシタンスには（Ｖ_s−Ｖ₀）／２の電
圧がかかり、該電圧に応じた液晶の自発分極量だけの電
荷を消費して配向状態を変化させる。

【０１００】本実施例の液晶素子において、電圧−透過
率特性が図２５（ａ）のヒステリシスを持つ液晶パネル
の場合、明状態を表示するには、絶対値において第１の
しきい値（＋Ｖ₁または−Ｖ₁）以上の電圧を上記（Ｖ_s
−Ｖ₀）／２として設定し、暗状態を表示するには絶対
値において第２のしきい値（＋Ｖ₂または−Ｖ₂）以下の
電圧を上記（Ｖ_s−Ｖ₀）／２として設定する。また、自
発分極を有するスメクチック液晶を用いた図２５（ｂ）
の電圧−透過率特性を示す液晶パネルの場合には、階調
に応じて絶対値において飽和しきい値（＋Ｖ₃または−
Ｖ₃）以下の任意の電圧を上記（Ｖ_s−Ｖ₀）／２として
設定する。

【０１０１】尚、本実施例の様に画素電極を２分して直
列にキャパシタンスを接続した場合には、第１の画素電
極２１３の領域と第２の画素電極２１４の領域とでは液
晶２３０に印加される電界の方向が逆向きとなる。反強
誘電性液晶においては、明状態の光軸はスメクチック軸
方向に対して左右にチルトした二つの方向をとり、これ
を一定周期毎に切り替えて交流駆動するが、これがフリ
ッカとして視認されることがある。従来、これを防ぐ方
法として１行毎に駆動極性を正負逆にするいわゆる１Ｈ
反転駆動法が提案されている（特開平４−１８２６９４
号公報）が、通常のアクティブマトリクス方式では対向
電極が共通なためにソース電圧を正負交互に与えなけれ
ばならず、ソース（情報信号）ドライバＩＣに高電圧出
力のものが求められていた。本実施例では、１画素内で
正負２方向が存在するので、１Ｈ反転の必要がなく、ソ
ースドライバＩＣの低電圧化が容易になるという利点も
ある。

【０１０２】［実施例１４］上記実施例１３において
は、基準電位を情報信号線に平行に配設した基準電圧信
号線から与えたが、これを隣接ラインの走査信号線で代
行することもできる。その電極構成を図２１に示す。図
中、２６１は隣接ラインの走査信号線であり、ゲート絶
縁膜に設けたコンタクトホール２６２を介して第２の画
素電極２１４に接続されている。

【０１０３】本実施例においては、基準電位は非選択走
査信号電位であるが、必要に応じてゲートがオンしない
範囲で図２０のように、基準電位を一定周期で変化させ
ることが可能である。

【０１０４】［実施例１５］図２２に本発明の別の実施
例の液晶素子の１画素の電極構成を模式的に示す。本実
施形態は、画素電極を１：２の面積比に分割し、図２２
に示した位置関係で、対向電極も２：１の面積比に分割
する。即ち、両電極で画素が３つの領域に区分され、個
々が直列に容量接続するように形成する。この場合、フ
ローティング状態の第２の画素電極２１４、及び、第１
と第２の画素電極２１３、２１４の両方に対向するフロ
ーティング状態の第１の対向電極２７１はいずれもどこ
にも接続されず、第２の画素電極２１４に対向する第２
の対向電極２７２を全画素に亘って共通に接続し、外部
の基準電位端子（不図示）に接続する。図２３は対向電
極２７１、２７２の形状を３×５画素に亘って示したも
のである。

【０１０５】本実施例の１画素の等価回路を図２４に示
す。図２４において、基準電位を接地電位にしてある
が、任意の電位を与えることができ、さらに、図２０の
ように、一定周期で変化させることもできる。

【０１０６】本実施例において、各キャパシタンスの面
積は、画素全体の１／３であるため、充電電荷量と反転
電荷量はいずれも従来の１／３になる。従って、スイッ
チング素子（ＴＦＴ）の必要駆動能力も１／３で済む。
但し、情報信号の振幅は３倍にしなければならないが、
これはソースドライバの電源電圧を高くし、ドライバＩ
Ｃの耐圧を高くすることで対処することができる。

【０１０７】［実施例１６］以上の実施例において、液
晶は反強誘電性を示す物質であるが、本発明は強誘電性
液晶にも適用できる。図２６はその例を示す。電極の構
造は実施例１３と同じで、液晶材料として

【０１０８】

【化２】

【０１０９】の混合液晶を用いる。上記液晶は、等方相
からカイラルネマチック（Ｎ^*）相を経てカイラルスメ
クチックＣ（ＳｍＣ^*）相に転移するもので、スメクチ
ックＡ相を持たない。このような液晶はＳｍＣ^*相にお
いて図２６のようにラビング方向３１０から傾いたスメ
クチック層３１１、３１２をなし、ラビング方向と液晶
分子のなす角度はおよそチルト角（θ）の２倍に等し
い。ラビング方向から傾く方向は３１１と３１２の左右
２通りあるが、これはＮ^*相からＳｍＣ^*相に転移する際
に電界を印加することで選択することができる。本実施
例に用いた液晶では、図２６の紙面手前を向く電界を印
加すると３１１の層が実現され、向こう向きの電界を印
加すると３１２の層が実現される。従ってＮ^*→ＳｍＣ^*
の相転移の前後でＴＦＴのゲートを開き、ソース信号ラ
インに＋１２Ｖの電圧を加えると図２６のように上の領
域は全面３１１の層方向、下の領域は全面３１２の層方
向になる。

【０１１０】このような処理をしてＳｍＣ^*相に降温し
た液晶セルは、ＴＦＴにつながる第１電極２１１に正の
電圧を与えたときは図２６の３１３、３１４に示すよう
に液晶分子がほぼラビング方向３１０を向き、負の電圧
を与えたときは３１５、３１６のようにラビング方向に
対してチルト角（θ）の４倍の角度をなす方向を向く。
なお、３１５と３１６の液晶分子位置は通常不安定であ
って、電界を切ると液晶分子は短時間（数１０μ秒）で
ラビング方向の位置３１３と３１４に戻る。このセルを
一対の直交する偏光板で挟み、偏向軸をラビング方向に
あわせると、負電圧に対して光透過、零または正電圧に
対して光遮断の状態となる。また、弱い電圧に対しては
液晶は３１５や３１６の位置まで到達せず、中間的な位
置にとどまるので中間調を表示することもできる。正電
圧の場合は電圧の大きさによらず液晶分子はラビング方
向を向いているので透過率は零である。

【０１１１】図２７はこのセルをＴＦＴアクティブマト
リクス表示素子として用いる場合の駆動電圧の印加タイ
ミングを示すもので、Ｖ_Gがゲート電圧、Ｖ_Sがソース電
圧、Ｖ_LCが液晶に印加される電圧、Ｉがそれに対する液
晶の透過率である。液晶に加わる電圧の時間平均値がＤ
Ｃ成分を持たないようにするため、ソース電極には、１
フレーム毎にほぼ絶対値が等しく逆極性の電圧が与えら
れる。負電圧が与えられるフレームでは、液晶が電圧値
に応じた透過率を示して画像が表示され、正電圧が与え
られるフレームでは透過率は零となり、表示には寄与し
ない。

【０１１２】本発明の電極構造によらず、従来のような
１画素あたり１電極の表示素子に本実施例の液晶を用い
た場合は、液晶分子のラビング方向からの傾きが図２６
の３１５または３１６のいずれか１方向だけになり、明
状態の分子方向に応じた視角依存性が現れる。本発明の
構造をとると、１画素が２つの分子方向で構成されるの
でそれが平均化されて視角特性が向上する。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると以
下のような効果が得られる。（１）素子の静電容量を大幅に削減して、入力電圧波形
の遅延や素子の発熱を抑制して表示品質を向上すること
ができる。（２）上下電極でのショートが点欠陥に留まるため、表
示品質の改善或いは歩留の向上を図り、コストダウンが
実現する。（３）一方の基板のみに電極配線の引出が必要であるた
め、他方の基板構成が単純になり、製造歩留が向上する
とともに、他方の基板は実装しないため、パネル匡体へ
の組み込み等実装に伴う問題が低減される。（４）共通電極側の表面層を導電性配向膜で形成するこ
とにより、強誘電性液晶素子におけるスイッチング特性
を向上してより良好な表示が実現される。（５）共通電極側基板に樹脂基板を用いることができる
ため、軽量化と強度の向上を図ることができ、さらには
液晶の注入不良を防止することができる。また、偏光板
を基板として併用することもでき、さらなるコストダウ
ンを図ることができる。（６）アクティブマトリクス方式のスイッチング素子に
かかる負荷が低減されるため、より駆動能力の低いスイ
ッチング素子を用いることが可能となり、自発分極を有
する液晶をアクティブマトリクス方式で高速駆動するこ
とが可能となる。さらに本発明においては、液晶とし
て、印加される電圧値に応じて連続的に透過率が変化す
る液晶を用いることにより、アクティブマトリクス方式
で所望の階調表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的変調素子の一実施形態の断面模
式図である。

【図２】本発明の電極構成の作用の説明図である。

【図３】本発明におけるラビング方向の説明図である。

【図４】本発明における電極構成を示す平面模式図で有
る。

【図５】図４に示した電極基板を貼り合わせた状態を示
す平面模式図である。

【図６】図４に示した電極基板の断面模式図である。

【図７】図４に示した電極基板の製造工程を示す平面模
式図である。

【図８】本発明にかかるラビング処理の一工程を示す平
面模式図である。

【図９】本発明の実施例１で用いた駆動波形を示す図で
ある。

【図１０】本発明の実施例２で用いた駆動波形を示す図
である。

【図１１】本発明の実施例３で用いた駆動波形を示す図
である。

【図１２】本発明の実施例５の液晶素子の断面模式図で
ある。

【図１３】本発明の実施例１３の液晶素子の断面模式図
である。

【図１４】従来の液晶素子の断面模式図である。

【図１５】本発明の実施例９の液晶素子の断面模式図で
ある。

【図１６】本発明の実施例１３の液晶素子の１画素の電
極構成を模式的に示す平面図である。

【図１７】図１６のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１８】本発明の実施例１３及び従来の液晶素子の１
画素の等価回路である。

【図１９】本発明の実施例１３の液晶素子の駆動タイミ
ングチャートである。

【図２０】本発明の実施例１３の液晶素子の別の駆動タ
イミングチャートである。

【図２１】本発明の実施例１４の液晶素子の１画素の電
極構成を模式的に示す平面図である。

【図２２】本発明の実施例１５の液晶素子の１画素の電
極構成を模式的に示す平面図である。

【図２３】本発明の実施例１５の液晶素子の対向電極形
状を示す平面図である。

【図２４】本発明の実施例１５の液晶素子の１画素の等
価回路である。

【図２５】本発明の液晶素子の電圧−透過率特性例を示
す図である。

【図２６】本発明の液晶素子を示す図である。

【図２７】本発明の実施例１６の駆動電圧の印加タイミ
ングを示す図である。

【符号の説明】

１，１１透明基板２，５下金属配線３，６上金属配線４走査電極７情報電極８樹脂層９，１９配向膜１２ブラックマトリクス１３カラーフィルタ１３ａ〜１３ｃフィルタ１４保護膜１５スペーサー１６カイラルスメクチック液晶１７共通電極２１，２２ガラス基板２３，２４電極２５，２６配向膜３３，３４ラビング方向３５，３６偏光子方向５１シール材５２液晶注入口８１レジスト１２１金属配線１３１，１３３樹脂基板１３２延伸ＰＶＡフィルム１４１，１４４低抵抗配線１４２，１４５ストライプ電極２１１走査信号線２１２情報信号線２１３第１の画素電極２１４第２の画素電極２１５基準電圧信号線２１６対向電極２２１、２３１基板２２２ゲート電極２２３半導体層２２４ソース電極２２５ドレイン電極２２６ゲート絶縁膜２２７ＴＦＴ２２８、２３２保護膜２２９、２３３配向膜２３０液晶２６１隣接ラインの走査信号線２６２コンタクトホール２７１第１の対向電極２７２第２の対向電極

【手続補正書】

【提出日】平成１０年８月２１日（１９９８．８．２
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１５

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蜂巣高弘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者稲葉豊東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者榎本隆東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 HA03 HB07X HC06 HD03 HD05 HD12 KA13 KA14 KA15 LA04 LA15 MA05 MB01 2H092 GA05 HA28 JA03 JA24 JB05 JB24 JB27 JB36 JB52 JB56 JB57 JB58 JB65 KB05 KB25 MA05 MA10 NA01 NA07 NA16 NA22 NA23 NA27 NA28 NA29 PA01 PA02 PA03 PA06 PA08 PA11 QA12 QA13 QA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を有し、各画素毎に第１電極
を設けた第１の基板と、各画素毎に第１電極に対向配置
された第２電極を設けた第２の基板との間に光学的変調
物質を挟持してなり、各画素において、第１電極が電気
的に独立した複数の領域からなり、第１電極と第２電極
によって、直列接続された複数のキャパシタンスが形成
されていることを特徴とする光学的変調素子。
【請求項２】互いに直交する複数の走査電極と情報電
極、及び該電極の交点を１画素として、各画素毎に該走
査電極と該情報電極を設けた第１の基板と、各画素毎に
該走査電極と該情報電極に対向し且つ各画素毎に電気的
に独立した対向電極を設けた第２の基板との間に光学的
変調物質を挟持してなり、各画素において、該走査電極
と該対向電極と該情報電極によって、直列接続された複
数のキャパシタンスが形成されている請求項１に記載の
光学的変調素子。
【請求項３】上記対向電極上に導電性配向膜が形成さ
れている請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項４】上記対向電極が上記光学的変調物質に接
している請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項５】上記対向電極、走査電極及び情報電極が
導電性樹脂層からなる請求項２に記載の光学的変調素
子。
【請求項６】上記対向電極側の基板が樹脂基板である
請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項７】上記樹脂基板が偏光板である請求項６に
記載の光学的変調素子。
【請求項８】上記走査電極と情報電極の配線部分が、
絶縁層を介して立体配線されている請求項２に記載の光
学的変調素子。
【請求項９】上記走査電極と情報電極に、低抵抗物質
からなる配線部分が付されている請求項２に記載の光学
的変調素子。
【請求項１０】上記対向電極がフローティング電極で
ある請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項１１】上記光学的変調物質が強誘電性液晶で
ある請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項１２】上記光学的変調物質が反強誘電性液晶
である請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項１３】上記光学的変調物質が双安定型ネマチ
ック液晶である請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項１４】上記光学的変調素子が液晶であり、第
１の極性の電圧を加えたときには、前記走査電極内の液
晶分子と前記情報電極内の液晶分子のなす角度がチルト
角の２倍である明状態の第１の透過率を示し、第１の極
性の電圧と逆極性の第２の極性の電圧を加えたときに
は、前記走査電極内の液晶分子及び前記情報電極内の液
晶分子のなす角度が０°である暗状態の第２の透過状態
を示す請求項２に記載の光学的変調素子。
【請求項１５】上記液晶が強誘電性液晶であり、上記
角度がチルト角の２倍である請求項２に記載の光学的変
調素子。
【請求項１６】互いに直交する複数の走査信号線と情
報信号線、及び該信号線の交点を１画素として、各画素
毎に画素電極とスイッチング素子を設けた第１の基板
と、各画素毎に電気的に独立した対向電極を設けた第２
の基板との間に光学的変調物質を挟持してなり、各画素
において、上記画素電極が電気的に独立した複数の領域
からなり、該画素電極と対向電極によって、直列接続さ
れた複数のキャパシタンスが上記スイッチング素子の負
荷として形成されている請求項１に記載の光学的変調素
子。
【請求項１７】上記対向電極が、画素毎に電気的に独
立した複数の領域からなり、上記直列接続されたキャパ
シタンスが３以上である請求項１６に記載の光学的変調
素子。
【請求項１８】上記スイッチング素子が、薄膜トラン
ジスタである請求項１６に記載の光学的変調素子。
【請求項１９】上記光学的変調物質が、反強誘電性液
晶である請求項１６に記載の光学的変調素子。
【請求項２０】上記光学的変調物質が液晶であり、電
圧無印加で第一の配向状態にあり、該配向状態では第一
の透過率を示し、該液晶に第一の極性の電圧を加えたと
きには、液晶分子が第一の配向状態から一方の方向の第
二の配向状態にチルトし、所定の電圧値Ｖ₀で第二の透
過率を示し、且つ第一の極性とは逆の第二の極性の電圧
を加えたときには、液晶分子が第一の配向状態から他方
の方向の第三の配向状態にチルトし、所定の電圧値−Ｖ
₀で第二の透過率を示し、印加電圧に応じて第一の透過
率と第二の透過率との間で連続的に透過率が変化する電
圧−透過率特性を示す請求項１６に記載の光学的変調素
子。
【請求項２１】前記画素電極が電気的に独立した２つ
の領域からなり、一方の領域の画素電極が前記スイッチ
ング素子に電気接続されており、他方の領域の画素電極
が基準電圧信号線に電気接続されている請求項１６に記
載の光学的変調素子。
【請求項２２】前記画素電極が電気的に独立した２つ
の領域からなり、一方の領域の画素電極が前記スイッチ
ング素子に電気接続されており、他方の領域の画素電極
が該スイッチング素子に電気接続されていない走査信号
線に電気接続されている請求項１６に記載の光学的変調
素子。
【請求項２３】上記光学的変調素子が液晶であり、前
記画素電極が電気的に独立した２つの領域からなり、電
圧無印加又は第１の極性の電圧を加えたときには、前記
一方の領域内の液晶分子と前記他方の領域内の液晶分子
のなす角度が所定の角度である明状態の第１の透過率を
示し、第１の極性の電圧と逆極性の第２の極性の電圧を
加えたときには、前記一方の領域内の液晶分子及び前記
他方の領域内の液晶分子のなす角度が０°である暗状態
の第２の透過状態を示し、印加電圧に応じて第１の透過
率と第２の透過率との間で連続的に透過率が変化する電
圧−透過率特性を示す請求項１６に記載の光学的変調素
子。
【請求項２４】上記液晶が、スメクチック液晶であ
り、上記角度がチルト角の４倍である請求項２３に記載
の光学的変調素子。