JP3377415B2 - 液晶表示装置、及びその駆動方法 - Google Patents

液晶表示装置、及びその駆動方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、テレビ
ジョンセット、パーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサまたはＯＡ機器等に用いられる液晶表示装置、及び
その駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、薄型軽量である特長を
生かし、たとえば、テレビジョンセット、パーソナルコ
ンピュータ、ワードプロセッサまたはＯＡ機器等に用い
られている。これらに用いられる液晶表示装置の多く
は、液晶分子が屈折率異方性とともに誘電率異方性を有
していることを利用している。つまり、液晶層に電圧を
印加しその電場により光学変調を実施するものである。
【０００３】前記液晶層に電圧を印加する方法として
は、後で詳述するが、マトリクス状に配線されたゲート
ラインとソースラインとを形成すると共に、ゲートライ
ンとソースラインとで囲まれた領域にそれぞれ画素電極
と薄膜トランジスタとを形成し、薄膜トランジスタで画
素電極の電圧を制御する方法がある。
【０００４】上記の典型的な従来の液晶表示装置につい
て説明する。
【０００５】図１５は、典型的な従来の液晶表示装置の
断面図である。図１６は、典型的な従来の液晶表示装置
に用いるマトリクス基板の平面図である。図１７は、図
１６のＤ−Ｄ’における断面図である。
【０００６】この液晶表示装置は、図１５に示すよう
に、一対のガラスなどの透光性基板で形成されたマトリ
クス基板４１と対向基板４２の間に、液晶が充填されて
なる液晶層４３が設けられた構成となっている。
【０００７】一方のマトリクス基板４１上には、図１６
に示すようにマトリクス状に形成されたソースライン４
４及びゲートライン４５、薄膜トランジスタ４６、画素
電極４７が設けられている。この画素電極４７には、薄
膜トランジスタ４６を介してソースライン４４から電圧
が印加される。
【０００８】他方の対向基板４２上には、画素電極に対
応した開口部が設けられている遮光膜（図示せず）、カ
ラーフィルター（図示せず）、平面状の対向電極（図示
せず）が形成されている。
【０００９】薄膜トランジスタ４６の断面構造を図１７
に示す。ゲートライン４５より分岐したゲート電極４８
の上に、絶縁層４９を挟んで半導体層５０が形成され、
その上にソース電極５１とドレイン電極５２とが形成さ
れている。
【００１０】このように、現在広く実用化している液晶
表示装置は、液晶の誘電率異方性を利用したものであ
る。
【００１１】これに対して、液晶が磁化率の異方性をも
有していることを利用し、磁場を利用した液晶表示装置
についても提案されている（特開平７−６４１１８）。
この液晶表示装置は、図１８に示すように、一方の基板
上に強磁性体５３を配置した一対の基板５４で液晶層５
５を挟み、強磁性体５３で挟まれた領域の液晶層５５
を、外部の磁場印加手段５６で強磁性体５３の磁化を変
化させることで制御するものである。
【００１２】一般に、磁場中における液晶分子の磁気的
エネルギー密度ｆｍは次式で表わされる。
【００１３】
【数１】
【００１４】△χが正である液晶分子に磁場を印加する
と、磁気的エネルギーが最小となるように、つまり液晶
分子は磁場方向に平行になるように、液晶分子にモーメ
ントが働く。△χが負である液晶分子に磁場を印加する
と、磁気的エネルギーが最小となるように、つまり液晶
分子は磁場方向に直交するように、液晶分子にモーメン
トが働く。
【００１５】このように、電場と同様に、磁場によって
も液晶分子の配向をコントロールすることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】電場を利用した従来の
液晶表示装置では、各画素に対応した信号電圧を記録す
るために、薄膜トランジスタを用いている。
【００１７】その薄膜トランジスタは、ゲート電極、半
導体層、ソース電極及びドレイン電極の各パターンを高
精度に重ね合わせることで安定した特性が得られる。具
体的には、薄膜トランジスタの電流値は、ドレイン電極
とソース電極との間隔にほぼ反比例しており、ソース電
極及びドレイン電極とゲート電極との重なり幅にほぼ比
例して寄生容量が生じる。この電流値と寄生容量とが画
素の電位を決定している。
【００１８】通常、ドレイン電極とソース電極との間隔
は１０μｍ、ドレイン電極及びソース電極とゲート電極
との重なり幅は１〜２μｍ程度に設計されており、各パ
ターンの仕上がり幅及び重なり幅のズレ量を１μｍ以下
にすることが要求されている。このような高精度のパタ
ーニングを実施するため、例えば露光工程では、投影レ
ンズ系と高精度のアライメント精度を有するステージで
構成された露光装置とを含む高精度なフォトリソグラフ
ィー技術を用いて、約１μｍの厳密な工程条件管理に基
づき、薄膜トランジスタを製造している。
【００１９】また、薄膜トランジスタの半導体層にはア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いており、このａ
−Ｓｉか３らなる膜の形成には膜質を高めるために、Ｐ
Ｅ−ＣＶＤ装置で成膜する必要がある。
【００２０】このような液晶表示装置は、表示品位が優
れている反面、上記の様に高精度のフォトリソグラフィ
ープロセスやＰＥ−ＣＶＤプロセスを用いるため、製造
装置が高価で、処理能力も低い。また、熟練者による厳
密なプロセス管理が必要である。
【００２１】さらに、従来技術では、液晶層をコンデン
サーとして画像信号の電荷の保持を行うので、液晶層に
高い比抵抗が要求され、液晶表示装置を例えば７０℃程
度の高温で駆動させていると、液晶層内にイオン性不純
物が生じて液晶層の比抵抗が下がり、表示ムラを引き起
こすことがあり、良品率の低下が招来される。
【００２２】このように、従来技術の液晶表示装置は、
製造コストの低減および良品率の向上が非常に困難であ
るという問題を抱えている。
【００２３】ところで、液晶表示装置は薄型軽量で表示
品位に優れるという特徴を有するが、ＣＲＴ等の他の画
像表示装置に比べて、前述の理由から高価な製品となっ
ており、これが液晶表示装置の普及を阻む最大の原因で
あり、簡易なプロセスで製造可能な液晶表示装置の開発
が望まれている。
【００２４】一方、磁場を利用した液晶表示装置につい
ては、『特開平７−６４１１８』の中で、磁性体からの
磁場で液晶を光学変調できる原理が説明されているが、
実際の駆動手段の構成については不明である。換言すれ
ば、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、ワ
ードプロセッサまたはＯＡ機器等に用いられる画像表示
装置として、画素をマトリクス状に配置し駆動する方法
については説明されておらず、上記画像表示装置として
従来の液晶表示装置に代わるものではない。
【００２５】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、製造コストの低減と良品
率の向上を両立させ、安価な液晶表示装置、及びその駆
動方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【００２７】
【課題を解決するための手段】 本発明の液晶表示装置
は、 液晶層の片側に行信号線と列信号線とが設けられる
か、または液晶層の両側に分けて行信号線と列信号線と
が設けられ、かつ、該行信号線と該列信号線とが一方の
信号線を部分的に屈曲させて、並設されている他方の信
号線と平行部を有するように形成されており、該平行部
の該一方の信号線部分とその近傍の該他方の信号線との
うちの少なくとも一方からの磁場により、該液晶層を画
素単位で光学変調させる構成であって、前記行信号線と
前記列信号線とで囲まれている領域にて構成される画素
の内側周辺に、該画素内に電場が形成されることを防止
するシールド電極が形成されており、そのことにより上
記目的が達成される。
【００２８】本発明の液晶表示装置は、液晶層の片側に
行信号線と列信号線とが設けられるか、または液晶層の
両側に分けて行信号線と列信号線とが設けられ、かつ、
該行信号線と該列信号線とが一方の信号線を部分的に屈
曲させて、並設されている他方の信号線と平行部を有す
るように形成され、また、屈曲した該一方の信号線とは
該液晶層を挟んで反対側に、屈曲した該一方の信号線と
重なるように、別の屈曲した信号線が形成されており、
該平行部の該一方の信号線部分と、その近傍の該他方の
信号線と、該別の屈曲した信号線とのうちの少なくとも
一つからの磁場により、該液晶層を画素単位で光学変調
させる構成であって、前記行信号線と前記列信号線とで
囲まれている領域にて構成される画素の内側周辺に、該
画素内に電場が形成されることを防止するシールド電極
が形成されており、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００２９】本発明の液晶表示装置において、前記平行
部の近傍にある両信号線の少なくとも一方に隣接して強
磁性体素子片が設けられ、該平行部の該一方の信号線部
分とその近傍の該他方の信号線とのうちの少なくとも一
方からの磁場により磁化された該強磁性体素子片の磁場
により、該液晶層を画素単位で光学変調させる構成とな
してもよい。
【００３０】本発明の液晶表示装置において、前記平行
部の近傍にある両信号線および前記別の屈曲した信号線
のうちのの少なくとも一方に隣接して強磁性体素子片が
設けられ、該平行部の該一方の信号線部分とその近傍の
該他方の信号線とのうちの少なくとも一方からの磁場に
より磁化された該強磁性体素子片の磁場により、該液晶
層を画素単位で光学変調させる構成となしてもよい。
【００３１】
【００３２】本発明の液晶表示装置において、前記行信
号線および前記列信号線の電流値を制御することによっ
て、前記画素の液晶配向方向が制御される構成とするこ
とができる。
【００３３】本発明の液晶表示装置において、前記行信
号線と前記列信号線と前記シールド電極とこれらの間に
配設される絶縁層とのうちの少なくとも１つが、印刷法
を用いて形成されている構成とすることができる。
【００３４】本発明の液晶表示装置において、前記行信
号線と前記列信号線と前記シールド電極との各々の間に
配設される絶縁層の少なくとも１つが、コーティング法
を用いて形成されている構成とすることができる。
【００３５】本発明の液晶表示装置において、前記行信
号線と前記列信号線と前記シールド電極と前記強磁性体
素子片とこれらの間に配設される絶縁層とのうちの少な
くとも１つが、印刷法を用いて形成されている構成とす
ることができる。
【００３６】本発明の液晶表示装置において、前記行信
号線と前記列信号線と前記シールド電極と前記強磁性体
素子片との各々の間に配設される絶縁層の少なくとも１
つが、コーティング法を用いて形成されている構成とす
ることができる。
【００３７】本発明の液晶表示装置の駆動方法は、上述
した強磁性体素子片を備える液晶表示装置を駆動する方
法であって、画像信号を前記強磁性体素子片に与える書
き込み期間前に、前記行信号線と前記列信号線との少な
くとも一方にて、該強磁性体素子片の飽和磁化を超える
磁場と、該強磁性体素子片の磁化がなくなる逆方向の磁
場とを順次一定期間与えることを特徴とする。
【００３８】以下、本発明の作用について説明する。
【００３９】本発明の液晶表示装置にあっては、行信号
線と列信号線の少なくとも一方で形成される磁場で液晶
層を光学変調させるので、例えばマトリクス状に配され
た画素で画像表示が可能であり、液晶層の比抵抗に依存
する表示ムラが生じることがない。
【００４０】また、行信号線と列信号線の少なくとも一
方を屈曲させて、行信号線と列信号線とが平行する平行
部を設けるので、パターン精度が要求されない製造プロ
セス及び構造で液晶層を駆動することができ、優れた表
示品位が得られる。
【００４１】また、行信号線と列信号線の少なくとも一
方で形成される磁場で、行信号線と列信号線の少なくと
も一方に隣接して形成した強磁性体素子片を磁化させ、
その磁化した強磁性体素子片により画素内の磁場を形成
するので、画素内の磁場を増加できる。
【００４２】また、行信号線、列信号線または強磁性体
素子片にて画素内に電場が形成されることを防止するシ
ールド電極を、画素の周辺部に形成するので、行信号線
と列信号線の電圧を増加させることが可能で、行信号線
と列信号線で充分な磁場を発生させる事ができる。
【００４３】また、行信号線と列信号線の電流値を制御
することによって、画素の液晶配向方向を制御するの
で、任意に磁場を制御することができる。
【００４４】また、行信号線と列信号線とシールド電極
とこれらの間に配設される絶縁層とのうちの少なくとも
１つ、または、行信号線と列信号線とシールド電極と強
磁性体素子片とこれらの間に配設される絶縁層とのうち
の少なくとも１つを、印刷法を用いて形成するので、装
置価格が高価で処理能力が小さい真空成膜装置や露光装
置が必要がなく、製造コストを大幅に低減する事ができ
る。
【００４５】また、行信号線と列信号線とシールド電極
との間に配設される絶縁層の少なくとも１つ、または、
行信号線と列信号線とシールド電極と強磁性体素子片と
の間に配設される絶縁層の少なくとも１つを、コーティ
ング法を用いて形成するので、装置価格が高価で処理能
力が小さい真空成膜装置が必要がなく、製造コストを大
幅に低減する事ができる。
【００４６】また、本発明の液晶表示装置の駆動方法に
よる場合には、画像信号を強磁性体素子片に与える書き
込み期間前に、行信号線と列信号線の少なくとも一方に
て、強磁性体素子片の飽和磁化を超える磁場と、強磁性
体素子片の磁化がなくなる逆方向の磁場とを順次、一定
期間与えるので、任意の画像信号に応じたレベルに強磁
性体素子片の磁化を制御する事ができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】 （第１の実施形態）本発明の第１の実施形態について説
明する。
【００４８】図１は、本発明の実施形態１に係る液晶表
示装置を示す平面図であり、対向基板を省略して示して
いる。図２は、図１のＡ−Ａ’における断面図である。
【００４９】この液晶表示装置は、ガラスで形成された
マトリクス基板１と対向基板２との間に、液晶を充填し
てなる液晶層３が設けられている。以下に、この液晶表
示装置の詳細な構成を、製造工程順に説明する。
【００５０】マトリクス基板１上に、スパッタにてＡｌ
を２０００オングストロームの厚さに成膜し、プロキシ
ミティー大型露光によるレジストパターンでエッチング
を行い、行信号線４が形成される。その後、スパッタで
２５００オングストロームのＴａ2Ｏ5にて第１の絶縁層
５が形成される。
【００５１】さらに、スパッタにてＡｌを２０００オン
グストロームの厚さに成膜し、プロキシミティー大型露
光によるレジストパターンでエッチングを行い、列信号
線６が形成される。その後、スパッタで２５００オング
ストロームのＴａ2Ｏ5にて第２の絶縁層７が形成され
る。
【００５２】次に、スパッタにてＡｌを２０００オング
ストロームの厚さに成膜し、プロキシミティー露光によ
るレジストパターンでエッチングを行い、シールド電極
８が形成される。これにより、マトリクス基板１が完成
する。
【００５３】対向基板２上には、マトリクス基板１の行
信号線４と列信号線６とに囲まれた領域にて構成される
画素１１に対応した開口部１１ａ、１１ｂを有する遮光
膜１２が形成されると共に、その開口部１１ａ、１１ｂ
にカラーフィルター１３が形成されており、その上には
オーバーコート膜１４が形成されている。
【００５４】この上に、スパッタにてＡ１を２０００オ
ングストロームの厚さに成膜し、プロキシミティー大型
露光によるレジストパターンでエッチングを行い、列信
号線１５が形成される。その後、スパッタで２５００オ
ングストロームのＴａ2Ｏ5にて第１の絶縁層１６が形成
される。
【００５５】次に、スパッタにてＡｌを２０００オング
ストロームの厚さに成膜し、プロキシミティー露光によ
るレジストパターンでエッチングを行い、シールド電極
１７が形成される。これにより、対向基板２が完成す
る。
【００５６】続いて、マトリクス基板１と対向基板２と
の表面に、ポリイミドによる配向膜（図示せず）を印刷
し、それぞれラビング処理を行った。その後、両方の基
板を貼り合わせ、正の磁化率異方性の液晶を注入封止し
て、液晶層３を形成する。これにより、液晶表示装置が
完成する。このとき、マトリクス基板１と対向基板２の
ラビング方向は、９０゜ずらし、９０゜ツイストのＴＮ
（ツイスティッドネマティック）型の配向に設定してい
る。
【００５７】次に、本実施形態の液晶表示装置におけ
る、行信号線４と、列信号線６および１５と、シールド
電極８および１７と、画素１１との各パターンについて
説明する。
【００５８】列信号線６は、並設された行信号線４に対
して平行部を有するように屈曲パターンとなっており、
列信号線１５は列信号線６とは共に基板側から見た場合
は逆の屈曲パターンで形成されている。また、マトリク
ス基板１と対向基板２とは、列信号線６と１５とが対向
しかつ重なるように貼り合わされている。
【００５９】また、行信号線４は、列信号線６と１５と
の平行部に対して１／２の比率で、つまり１ラインおき
に配置している。１つの画素１１は、行信号線４を挟ん
で両側の２つの開口部１１ａ、１１ｂを１組として構成
される。また、シールド電極８と１７のそれぞれは、開
口部１１ａおよび１１ｂの各々を囲むように形成してい
る。
【００６０】次に、本発明の第１の実施形態における駆
動方法を、図１のＡ−Ａ’による断面に対応した図３お
よび図４に基づいて説明する。
【００６１】列信号線６、１５には列選択のための電流
を流し、行信号線４には画像信号に相当する微小な電流
が与えられている。また、シールド電極８と１７とは、
ＧＮＤに接続している。
【００６２】列信号線６、１５に与える電流方向をマト
リクス基板１上と対向基板２上のそれぞれの基板上で、
同方向にしている。よって、液晶層３を挟んで対向した
状態における列信号線６と列信号線１５との電流方向は
逆方向となる。その両電流値の絶対値を等しくした場合
について、図３にて説明する。
【００６３】この場合、液晶層３を挟んで対向した状態
における列信号線６と列信号線１５との電流方向は逆方
向となっている。そして、行信号線４に流れる電流は微
小なため、液晶層内の磁場は相殺され、特に画素１１の
領域においては磁場は生じない。
【００６４】次に、列信号線６と列信号線１５の電流値
の絶対値を異ならせた場合について図４にて説明する。
【００６５】この場合、列信号線６と列信号線１５の電
流差に応じて磁場に行信号線４の電流による磁場が重ね
合わされた磁場１８を、画素１１内で生じさせることが
できる。このように、列信号線６と１５の電流値を変化
させることで、行信号線４と列信号線６と列信号線１５
との合成された磁場を、画素１１内で生じさせることが
できる。このとき、液晶材料に正の磁化率の液晶を用い
ているので、垂直方向の磁場の強度に応じて液晶分子は
垂直方向に配向する。
【００６６】以上の説明から明らかなように、各行の選
択時には列信号線６と１５の電流値を異ならせるように
し、非選択時には列信号線６と１５の電流値の絶対値を
同じにしたマトリクス駆動が可能である。
【００６７】上述のように、駆動時には、行信号線４お
よび列信号線６、１５には、電流を流すために電圧を印
加するが、シールド電極８および１７が開口部１１ａ、
１１ｂを囲むように形成されているので、行信号線４お
よび列信号線６、１５からの電場をシールドしており、
この電場のモレによる液晶分子の乱れを防止している。
このため、行信号線４および列信号線６、１５への印加
電圧が高くても、液晶層を磁場にて制御できるので、配
線抵抗や絶縁層の容量、さらに、材料の抵抗率や誘電率
および膜厚や線幅についての制限が大幅に軽減される。
【００６８】また、本実施形態において、行信号線４お
よび列信号線６、１５に近接して強磁性体を配置して磁
場を増加させる構成とすることも可能である。
【００６９】本実施形態の液晶表示装置は、パターニン
グにはプロキシミティー露光によるフォリソプグラフィ
ープロセスを用いたので、従来例の投影レンズ系と高精
度のアライメント精度を有するステージで構成された露
光装置とを含む高精度なフォトリソグラフィー技術の精
度（約１μｍ）と比べて、精度は例えば１０μｍ程度と
劣るものの、本実施形態の液晶表示装置において表示に
異常は認められなかった。
【００７０】この結果、フォトリソグラフィー装置に安
価なものを使用することができ、また、露光工程におけ
るプロセス処理時間も数倍少なくできた。また、成膜装
置はすべてスパッタを用いたので、従来技術で薄膜トラ
ンジスタを形成するのに不可欠であったＰＥ−ＣＶＤ装
置は不要となり、装置価格の低減と処理能力の向上が達
成された。
【００７１】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について説明する。
【００７２】図５は、本発明の第２の実施形態に係る液
晶表示装置を示す平面図であり、対向基板を省略して示
している。図６は、図５のＢ−Ｂ’における断面図であ
る。
【００７３】この液晶表示装置は、ガラスで形成された
マトリクス基板２１と対向基板２２の間に、液晶の充填
されてなる液晶層２３が設けられている。この液晶表示
装置の詳細な構成を、製造工程順に以下に説明する。
【００７４】マトリクス基板２１上に、Ａｇ導電性ペー
ストを印刷し、行信号線２４が１μｍの厚さで形成され
る。その後、ゾルゲル法を用いたディッププロセスでＳ
ｉＯ2を１．５μｍの厚さでコーティングし、第１の絶
縁層２５が形成される。また、ディッププロセスに代え
て、スピンコートや印刷法を使用することも可能であ
る。
【００７５】次に、Ａｇ導電性ペーストを印刷し、列信
号線２６が１μｍの厚さで形成される。その後、ゾルゲ
ル法を用いたディッププロセスでＳｉＯ2を１．５μｍ
の厚さでコーティングし、第２の絶縁層２７が形成され
る。
【００７６】次に、Ａｇ導電性ペーストを印刷し、シー
ルド電極２８が１μｍの厚さで形成される。その後、ゾ
ルゲル法を用いたディッププロセスでＳｉＯ2を１．５
μｍの厚さでコーティングし、第３の絶縁層２９が形成
される。これにより、マトリクス基板２１が完成する。
【００７７】対向基板２２上には、マトリクス基板２１
の行信号線２４と列信号線２６に囲まれた画素３０に対
応した開口部３０ａ、３０ｂを有する遮光膜３１が設け
られると共に、その開口部３０ａ、３０ｂにカラーフィ
ルター３２が形成される。これにより、対向基板２２が
完成する。
【００７８】続いて、マトリクス基板２１と対向基板２
２との表面に、ポリイミドによる配向膜（図示せず）を
印刷し、それぞれラビング処理を行う。その後、両方の
基板を貼り合わせ、負の磁化率異方性の液晶を注入封止
して液晶層２３を形成する。これにより、本実施形態の
液晶表示装置が完成する。
【００７９】次に、この液晶表示装置における、行信号
線２４、列信号線２６、シールド電極２８および画素３
０の各パターンについて説明する。
【００８０】列信号線２６は、並設された行信号線２４
に対して平行部を有するようにすべく屈曲パターンとな
っており、また、その屈曲パターンは隣合う列では線対
称となっている。よって、同一の屈曲パターンは１列お
きに配置されている。
【００８１】また、行信号線２４は、列信号線２６との
平行部に対して１／２の割合で、つまり１ラインおきに
配置している。１つの画素３０は、行信号線２４を挟ん
で両側の２つの開口部３０ａ、３０ｂを１組として構成
される。シールド電極２８は、開口部３０ａ、３０ｂの
各々を囲むように形成されている。
【００８２】次に、本発明の実施形態２に係る液晶表示
装置の駆動方法を、図５のＢ−Ｂ’による断面に対応し
た図７および図８に基づいて説明する。図７は行信号線
２４に電流を流さない場合であり、図８は行信号線２４
に列信号線２６と逆方向の電流を流す場合である。
【００８３】列信号線２６の電流方向は、１ライン毎に
電流を逆方向にしている。シールド電極２８は、ＧＮＤ
に接続している。
【００８４】行信号線２４に電流を流さない場合につい
て、図７にて説明する。
【００８５】この場合、列信号線２６は屈曲パターンの
ため電流方向が交互となっており、これらの電流の絶対
値は等しいので、画素３０内の磁場３１は垂直方向に形
成される。さらに、列信号線２６は、１ライン毎に逆方
向の電流が与えられているので、画素３０の領域におい
ては垂直方向の磁場が発生じている。よって、図５に示
す様に、液晶分子３２は行信号線２４に直交するように
水平配向し、また、液晶材料に負の液晶を用いているの
で、垂直方向の磁場に対してはモーメントが生じない。
【００８６】次に、行信号線２４に列信号線２６と逆方
向の電流を流す場合について、図８にて説明する。
【００８７】この場合、行信号線２４と隣接している列
信号線２６からの磁場は相殺され、減少する。このた
め、列信号線２６に対して行信号線２４の電流の絶対値
を等しくすると、行信号線２４と隣接している列信号線
２６からの磁場は生じない。この結果、行信号線２４の
隣接していない列信号線２６の電流は同方向なので、磁
場３１は水平方向に生じる。この水平方向の磁場の強度
は、それぞれの列信号線２６の電流値を変えることで任
意に制御できる。
【００８８】よって、液晶分子３２が行信号線２４に直
交するように水平配向し、また、負の液晶を用いている
ので、図５に示す様に、液晶分子３２は行信号線２４に
直交する方向に生じる水平方向の磁場の影響を受け、液
晶分子３２には水平回転する様にモーメントが働く。
【００８９】以上の説明から明らかなように、各行の選
択時には行信号線に電流を流し、非選択時には行信号線
に電流を流さないようにしたマトリクス駆動が可能であ
る。本駆動では、非選択時には磁場方向は垂直方向とな
り、選択時には行信号線に任意の電流を流して各画素の
水平方向の磁場を制御し、水平方向の磁場に応じて液晶
分子の配向を変化させて光学変調できる。
【００９０】また、駆動時には行信号線２４及び列信号
線２６には電流を流すために電圧を加えるが、シールド
電極２８が開口部３０ａ、３０ｂを囲むように形成され
ているので、行信号線２４、列信号線２６からの電場を
シールドしており、この電場のモレによる液晶分子の乱
れを防止している。このため、行信号線２４、列信号線
２６に与える印加電圧を高くても表示に支障がない。ま
た、配線抵抗や絶縁層の容量が大きくても同様であり、
材料の抵抗率や誘電率および膜厚や線幅についての制限
が大幅に軽減される。
【００９１】本実施形態では、一方の基板上に行信号線
と列信号線を形成した構造であるが、例えば、行信号線
と列信号線とをそれぞれ別の基板上に形成するなどして
もよい。また、行信号線と列信号線を形成した基板上
に、フィルム状などの液晶層を形成したり、または液晶
層をコーティングして形成したりして、１つの基板から
なる液晶表示装置の構成としてもよい。
【００９２】第２の実施形態は、パターニングには印刷
法を用いたので、従来例の投影レンズ系と高精度のアラ
イメント精度を有するステージで構成された露光装置と
を含む高精度なフォトリソグラフィー技術の精度（約１
μｍ）と比べて、精度は例えば数１０μｍ程度と劣る
が、本実施形態の液晶表示装置において表示に異常は認
められなかった。
【００９３】第２の実施形態のプロセスを用いれば、フ
ォトリソグラフィープロセスおよび真空成膜プロセスも
不要なので、従来技術による液晶表示装置と比べ大幅な
コスト低減が図れることも明白である。
【００９４】（第３の実施形態）本発明の第３の実施形
態について説明する。
【００９５】図９は、本発明の第３の実施形態に係る液
晶表示装置を示す平面図であり、対向基板を省略して示
している。図１０は、図９のＣ−Ｃ’における断面図で
ある。
【００９６】この液晶表示装置は、ガラスで形成された
マトリクス基板６１と対向基板６２の間に、液晶が充填
されてなる液晶層６３が設けられている。
【００９７】マトリクス基板６１の構造を説明する。行
信号線６４は平行に形成されており、列信号線６５は屈
曲パターンで行方向の部分が１箇所おきに行信号線６４
と重なる様に形成されている。強磁性体素子片６６は、
列信号線６５の行方向の部分に形成されている。１つの
画素６７は、行信号線６４の両側の２つの開口部６７
ａ、６７ｂを１組として構成される。シールド電極６８
は、上記開口部６７ａ、６７ｂを囲むように形成してい
る。
【００９８】対向基板６２の構造を説明する。マトリク
ス基板６１の行信号線６４と列信号線６５とに囲まれた
領域で構成される画素６７に対応した開口部６７ａ、６
７ｂを有する遮光膜６９が形成され、カラーフィルター
７０は開口部６７ａ、６７ｂに形成されている。
【００９９】次に、本実施形態に係る液晶表示装置の製
造方法を説明する。
【０１００】まず、ガラスやブラスチック等からなる透
明絶縁性の基板６１に、Ａｇ導電性ぺーストを印刷し、
行信号線６４を１μｍの厚さで形成する。
【０１０１】その後、ゾルゲル法を用いたディッププロ
セスでＳｉＯ2を１．５μｍの厚さでコーティングし、
第１の絶縁層７１を形成する。また、ディッププロセス
に代えて、スピンコートや印刷法を用いることも可能で
ある。
【０１０２】次に、Ａｇ導電性ペーストを印刷し、列信
号線６５を１μｍの厚さで形成する。その後、ゾルゲル
法を用いたディッププロセスでＳｉＯ2を１．５μｍの
厚さでコーティングし、第２の絶縁層７２を形成する。
【０１０３】次に、Ｆｅ−Ｓｉ系材料の強磁性体粒子を
含むペーストを１μｍの厚さで塗布して強磁性体素子片
６６を形成し、続いて、ゾルゲル法を用いたディッププ
ロセスでＳｉＯ2を１．５μｍの厚さでコーティング
し、第３の絶縁層７３を形成する。
【０１０４】次に、Ａｇ導電性ペーストを印刷し、シー
ルド電極６８を１μｍの厚さでを形成する。これによ
り、マトリクス基板６１が完成する。
【０１０５】対向基板６２側の作製は、以下の通りであ
る。つまり、感光性黒色樹脂をパターニングして遮光膜
６９を形成した後に、カラーフイルター７０を印刷にて
形成する。これにより対向基板６２が完成する。この対
向基板６２側の作製は、マトリクス基板６１側の作製よ
りも先に行ってもよい。
【０１０６】続いて、マトリクス基板６１と対向基板６
２との表面に、ポリイミドによる配向膜（図示せず）を
印刷し、それぞれの基板をラビング処理する。その後、
両方の基板を貼り合わせ、負の磁化率異方性の液晶を注
入封止して液晶層６３を形成する。これにより、本実施
形態の液晶表示装置が完成する。
【０１０７】以下に、本実施形態に係る液晶表示装置に
おける駆動方法を説明する。
【０１０８】強磁性体素子片６６は、図１１に示すよう
にヒステリシスを持つ磁化特性を有している。図１１の
横軸は磁場Ｈであり、縦軸は磁化Ｍである。従って、強
磁性体素子片６６を任意に磁化するためには、磁場Ｈを
図１１中のＡ点の値→Ｂ点の値として磁化Ｍ＝０にした
上で、磁場ＨをＢ点の値→０〜Ａ点の値にすれば、磁場
Ｈの値に応じて磁化曲線αに従い磁化Ｍの値を決定でき
る。
【０１０９】続いて、上記の原理を応用した駆動方法に
ついて、電流値のタイムチャートである図１２にて説明
する。
【０１１０】行信号線には行選択信号が入力され、列信
号線には映像信号が入力される。つまり、ｎ番目の行信
号線の信号Ｘnは、選択期間Ｔｓには磁場Ｈ＝Ｃ−Ａと
なる電流ＩH=C-Aを与える。その他の非選択時には電流
は流さない。この信号を順次に各行信号線の信号Ｘn+1
へ与え、画面を走査していく。
【０１１１】一方、列信号線の信号Ｙｍは、行信号線の
選択期間Ｔｓに対応した書き込み期間Ｔｗには、画像信
号に応じて磁場Ｈが０〜Ａとなる下記電流を与える。
【０１１２】
【数２】
【０１１３】書き込み期間Ｔｗ後のリセット期間Ｔｒに
は、磁場Ｈ＝Ａとなる電流ＩH=Aを与えた後に、磁場Ｈ
＝Ｂとなる電流ＩH=Bを与える。
【０１１４】このような駆動方法における強磁性体素子
片の磁化変化を、図１３および図１４にて説明する。
【０１１５】非選択時には、行信号線には電流が流れな
いので、列信号線の磁場のみが強磁性体素子片に与えら
れる。列信号線には、リセット期間Ｔｒに磁場ＨをＡ→
Ｂの過程により磁化Ｍ＝０となるので、リセット期間Ｔ
ｒ後に書き込み期間Ｔｗに磁場Ｈ＝０〜Ａにすれば、任
意に画像信号に応じた磁化Ｍを決定できる。このときの
磁化状態は、図１３に示す様に、強磁性体素子片６６の
磁化方向は１箇所ずつ異なるので、画素の開口部６７
ａ、６７ｂには、ほぼ基板に垂直方向の磁場のみ形成さ
れる。
【０１１６】選択時には、行信号線に磁場Ｈ＝Ｃ−Ａが
与えられるので、隣接する列信号線に関わらず、行信号
線に隣接した強磁性体素子片６６は磁化Ｍ＝Ｍｓａｔ
（−）となるが、行信号線の隣接していない強磁性体素
子片６６の磁化は非選択時と同様である。このときの磁
化状態は、図１４に示す様に、強磁性体素子片６６の磁
化方向は同一となり、画素の開口部６７ａ、６７ｂに
は、基板に水平方向の強い磁場が形成される。
【０１１７】以上の説明から明らかなように、選択時の
み強い水平方向の強い磁場を形成することが出来る。液
晶分子１４は、ラビング処理にて図９中に示すように強
磁性体素子片６６に直交するように配向しているので、
選択時に生じる強磁性体素子片６６に直交した水平方向
の磁場により、液晶分子７４が水平方向に回転し、液晶
の回転に応じた光学変調を得ることができる。非選択時
に生じる垂直方向の磁場によって液晶は影響されないの
で、デューティー駆動でありながら、選択時のみの磁場
で液晶の配向を制御することが出来る。
【０１１８】上述した実施形態３では、行信号線と列信
号線へ与える電流の組み合わせの一例を示したが、行信
号線および列信号線の両方の電流を反転しても駆動でき
る。さらに、各フィールド毎や各行毎に電流方向を反転
する等の反転駆動を行ってもよい。
【０１１９】また、本実施形態３では、シールド電極６
８はＧＮＤに接続し、行信号線及び列信号線からの画素
領域への電場のモレを防止しており、印加電圧に関わら
ず磁場にて液晶を駆動することが出来るので、行信号線
や列信号線等における材料の抵抗率や、絶縁層等の誘電
率、およびこれらの膜厚や線幅についての制限が大幅に
軽減される。
【０１２０】また、本実施形態では、一方の基板上に行
信号線と列信号線と強磁性体素子片の全てを形成した構
造であるが、本発明はこれに限らない。例えば、行信号
線と列信号線とをそれぞれ別の基板上に形成し、どちら
か一方の基板上に強磁性体素子片を形成する構造などと
してもよい。
【０１２１】また、本実施形態は、行信号線と列信号線
を形成した基板上に、フィルム状などの液晶層を形成し
たり、または液晶層をコーティングして形成したりし
て、１つの基板からなる液晶表示装置の構成としてもよ
い。
【０１２２】また、本実施形態や前述の実施形態におい
て、基板として、ガラスからなる基板を必ず用いる必要
はなく、例えば樹脂等からなるフィルム状の基板を用い
ることも可能である。
【０１２３】また、本実施形態３では、パターニングに
は印刷法を用いたので、従来例の投影レンズ系と高精度
のアライメント精度を有するステージで構成された露光
装置を含む高精度なフォトリソグラフィー技術の精度
（約１μｍ）と比べて、精度は例えば数１０μｍ程度と
劣るものの、本実施形態の液晶表示装置において表示に
異常は認められなかった。
【０１２４】また、本実施形態３では、フォトリソグラ
フィープロセスおよび真空成膜プロセスも不要なので、
従来技術による液晶表示装置と比べ大幅なコスト低減が
図れることも明白である。
【０１２５】また、本実施形態３においては、強磁性体
素子片の材料は、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｃ、Ｆｅ
−Ｂ−Ｃ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ａ
ｌ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｂ等も適用可能である。また、液晶材料につ
いても磁化率を変化させる場合には、例えば、界面活性
剤で被覆された針状磁性体小片を液晶層に分散する等の
方法を用いてもよい。
【０１２６】また、本実施形態３においては、行信号
線、列信号線、シールド電極のパターンおよび駆動方法
についても、本実施形態に限らず、行信号線と列信号線
の少なくとも一方に隣接して形成した強磁性体素子片を
磁化させ、画素内に形成した磁場で液晶を光学変調でき
ればよい。
【０１２７】更に、上述したいずれの実施形態におい
て、行信号線、列信号線、シールド電極の材料は、各実
施形態で用いた材料に限らず、その他のＴａ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｕ等も適用可能であり、また、絶縁層
の材料についても、ＳｉＮｘ、Ａｌ2Ｏ3の適用も可能で
ある。
【０１２８】また、本発明においては、液晶材料につい
ても磁化率を増加させる場合は、例えば、界面活性剤で
被覆された針状磁性体小片を液晶層に分散する等の方法
を用いてもよい。
【０１２９】また、本発明に用いる材料や寸法等につい
ては、液晶表示装置のサイズ、駆動電圧、駆動電流条
件、プロセスの処理能力、材料価格等を踏まえて適宜用
いればよい。
【０１３０】上述したような変形例を本発明に適用した
場合においても、基板の大型化に伴って製造装置の価格
および処理速度は飛躍的に増加するのであるが、安価な
装置で簡略で処理能力の高いプロセスが適用できること
ができるので、大型サイズの液晶表示装置の製造におい
ても製造コストの飛躍的な低減を達成できる。
【０１３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、基板上に行信号線と列信号を形成し、また
は、行信号線と列信号と強磁性体素子片を形成し、液晶
を駆動させることができ、パターン精度が例えば数１０
μｍ〜１００μｍ程度でよいので、パターン精度の低い
プロキシミティー露光フォトリソグラフィーおよび印刷
法が適用できる。よって、従来例の電場駆動方式では画
素電極及び薄膜トラジスタを形成するために、例えば１
μｍ以下の高精度のパターン形成が必要であり、投影レ
ンズ系を有する露光装置を含む高度なフォトリソグラフ
ィー技術が要求され、コスト低減が困難であったのを解
消することが可能となり、この結果、製造コストの大幅
な低減と良品率の向上を両立し安価な液晶表示装置が得
られる。特に大型の液晶表示装置に適用する場合には飛
躍的に製造コストを低減できる。
【０１３２】また、絶縁層についても、薄膜トランジス
タなどの能動素子を形成する必要がないので、簡略なコ
ーティング法を用いることができる。
【０１３３】さらに、磁場で液晶を駆動するので、液晶
層の比抵抗に対する制約がなく、液晶層内における電荷
のかたよりに起因した表示ムラが発生するという不具合
も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置
（対向基板を省略）を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の
画素周辺の磁場を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の
画素周辺の磁場を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置
（対向基板を省略）を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ’における断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の
画素周辺の磁場を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の
画素周辺の磁場を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置
（対向基板を省略）を示す平面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ’における断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置
に備わった強磁性体素子片の磁化特性の説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置
の駆動方法における電流値のタイムチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置
の画素周辺の磁場を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置
の画素周辺の磁場を模式的に示す断面図である。
【図１５】典型的な従来の液晶表示装置を示す断面図で
ある。
【図１６】典型的な従来の液晶表示装置に用いるマトリ
クス基板の平面図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ’における断面図である。
【図１８】従来の他の方式による液晶表示装置を模式的
に示す断面図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１ マトリクス基板 ２、２２、４２、６２ 対向基板 ３、２３、４３、５５、６３ 液晶層 ６、１５、２６、６５ 列信号線 ４、２４、６４ 行信号線 ８、１７、２８、６８ シールド電極 ５、７、１６、２５、２７、２９、７１、７２、７３
絶縁層 １２、３１、６９ 遮光膜 １３、７０ カラーフィルター １４ オーバーコート ３２ 液晶分子 １１、３０、６７ 画素 ６６ 強磁性体素子片 ６７ａ、６７ｂ 開口部 ７４ 液晶分子 ４４ ソースライン ４５ ゲートライン ４６ 薄膜トランジスタ ４７ 画素電極 ４８ ゲート電極 ５０ 半導体層 ５１ ソース電極 ５２ ドレイン電極 ５３ 強磁性体 ５４ 基板 ５６ 磁場印加手段

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液晶層の片側に行信号線と列信号線とが
    設けられるか、または液晶層の両側に分けて行信号線と
    列信号線とが設けられ、かつ、該行信号線と該列信号線
    とが一方の信号線を部分的に屈曲させて、並設されてい
    る他方の信号線と平行部を有するように形成されてお
    り、該平行部の該一方の信号線部分とその近傍の該他方
    の信号線とのうちの少なくとも一方からの磁場により、
    該液晶層を画素単位で光学変調させる構成であって、 前記行信号線と前記列信号線とで囲まれている領域にて
    構成される画素の内側周辺に、該画素内に電場が形成さ
    れることを防止するシールド電極が形成されている、 液
    晶表示装置。
  2. 【請求項２】 液晶層の片側に行信号線と列信号線とが
    設けられるか、または液晶層の両側に分けて行信号線と
    列信号線とが設けられ、かつ、該行信号線と該列信号線
    とが一方の信号線を部分的に屈曲させて、並設されてい
    る他方の信号線と平行部を有するように形成され、ま
    た、屈曲した該一方の信号線とは該液晶層を挟んで反対
    側に、屈曲した該一方の信号線と重なるように、別の屈
    曲した信号線が形成されており、 該平行部の該一方の信号線部分と、その近傍の該他方の
    信号線と、該別の屈曲した信号線とのうちの少なくとも
    一つからの磁場により、該液晶層を画素単位で光学変調
    させる構成であって、 前記行信号線と前記列信号線とで囲まれている領域にて
    構成される画素の内側周辺に、該画素内に電場が形成さ
    れることを防止するシールド電極が形成されている、 液
    晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記平行部の近傍にある両信号線の少な
    くとも一方に隣接して強磁性体素子片が設けられ、 該平行部の該一方の信号線部分とその近傍の該他方の信
    号線とのうちの少なくとも一方からの磁場により磁化さ
    れた該強磁性体素子片の磁場により、該液晶層を画素単
    位で光学変調させる構成となっている請求項１または２
    に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記平行部の近傍にある両信号線および
    前記別の屈曲した信号線のうちの少なくとも一方に隣接
    して強磁性体素子片が設けられ、 該平行部の該一方の信号線部分とその近傍の該他方の信
    号線とのうちの少なくとも一方からの磁場により磁化さ
    れた該強磁性体素子片の磁場により、該液晶層を画素単
    位で光学変調させる構成となっている請求項２に記載の
    液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記行信号線および前記列信号線の電流
    値を制御することによって、前記画素の液晶配向方向が
    制御される構成となっている請求項１〜４のいずれか一
    つに記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 前記行信号線と前記列信号線と前記シー
    ルド電極とこれらの間に配設される絶縁層とのうちの少
    なくとも１つが、印刷法を用いて形成されている請求項
    １または２に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記行信号線と前記列信号線と前記シー
    ルド電極との各々の間に配設される絶縁層の少なくとも
    １つが、コーティング法を用いて形成されている請求項
    １または２に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 前記行信号線と前記列信号線と前記シー
    ルド電極と前記強磁性体素子片とこれらの間に配設され
    る絶縁層とのうちの少なくとも１つが、印刷法を用いて
    形成されている請求項３または５に記載の液晶表示装
    置。
  9. 【請求項９】 前記行信号線と前記列信号線と前記シー
    ルド電極と前記強磁性体素子片との各々の間に配設され
    る絶縁層の少なくとも１つが、コーティング法を用いて
    形成されている請求項３、５または８に記載の液晶表示
    装置。
  10. 【請求項１０】 請求項３または４に記載の液晶表示装
    置を駆動する方法であって、 画像信号を前記強磁性体素子片に与える書き込み期間前
    に、前記行信号線と前記列信号線との少なくとも一方に
    て、該強磁性体素子片の飽和磁化を超える磁場と、該強
    磁性体素子片の磁化がなくなる逆方向の磁場とを順次一
    定期間与える液晶表示装置の駆動方法。
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