JP3794196B2

JP3794196B2 - アクティブマトリクス基板

Info

Publication number: JP3794196B2
Application number: JP09001499A
Authority: JP
Inventors: 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000284322A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空間光変調器は、電気光学媒質の上下に電界を与える構造であった。
【０００３】
また、ＡＳＩＡＤＩＳＰＬＡＹ９８ｐ．３７１記載のＦＦＳモードといわれる縦電界型の液晶表示モード、ＳＩＤ９８ＤＩＧＥＳＴｐ．３８９に記載のＩＰＳモードといわれる横電界型の液晶表示モードが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，このような従来の空間光変調器にあっては，微細な画素を実現しようとすると、隣接画素からの漏れ電界や配向の干渉があって、高精細な変調画素を得るのが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高精細な変調画素を有する空間光変調装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、複数の電極により画素が形成されてなり、各電極にスイッチング素子が形成されてなり、前記画素がマトリクス状に形成されてなることが好ましい。また、前記スイッチング素子に接続して複数の配線が形成されてなり、前記各配線に接続して駆動回路が形成されてなることが好ましい。
【０００７】
このような構成とすることにより、微量領域における画素の電圧制御をスイッチング素子により行うことができる。画素領域に存在する全電極にスイッチング素子が接続されることにより、より好ましい制御が可能となる。
【０００８】
また、本発明の空間変調装置は、電気光学媒体に電位を印加する複数の電極を有する画素領域が複数形成されてなるアクティブマトリクス基板であって、一の画素領域における前記複数の電極のうち第１の電極に接続されたスイッチング素子と、前記各画素領域を分割する画素分離体とを備え、前記複数の電極のうち前記第１の電極に隣接する第２の電極は、前記一の画素領域に隣接する他の画素領域においてスイッチング素子に接続された第３の電極の延在部分からなり、前記第１の電極に接続されたスイッチング素子と前記第３の電極に接続されたスイッチング素子とは、同じゲート線に接続されてなることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、より密度の高い画素構造を持つ空間光変調器であっても隣接画素の影響を排除した高精度な振幅や位相に関する空間光変調器を構成可能とする。
【００１０】
また、前記電極は同一もしくは近接した平面、すなわち絶縁層を介して別の層に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、微細加工プロセスを自在に応用して高密度画素を実現できる。
【００１２】
さらに、前記第１の電極は反射特性を有することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、前記アクティブマトリクス基板は透明である必要がなく、反射型の高密度画素が実現できる。
【００１４】
また、前記電気光学媒体は液晶であることを特徴とする。
【００１５】
これによれば、隣接画素の配向の影響を前記画素分離体によって遮断した高密度画素が実現できる。
【００１６】
さらに、前記画素分離体は光重合された高分子重合体であることを特徴とする空間光変調器が提供される。
【００１７】
これによれば、隣接画素間を微細に区分けができ、隣接した画素の配向の影響をなくすことができる。
【００１８】
また、前記アクティブマトリクス基板はＭＯＳトランジスタを形成されたシリコンウェーファーであることを特徴とする。
【００１９】
これによれば、Ｓｉの微細加工プロセスを自在に応用して高精細画素を実現できる。
【００２０】
また、画素を構成する前記電極のうち少なくとも１つの電極は、スイッチング素子に接続されていることが好ましい。
【００２１】
これによれば、隣接画素の影響を排除した高精度な振幅や位相に関する光変調を可能とする。
【００２２】
さらに、画素を構成する前記電極のうち少なくとも１つの電極は、スイッチング素子に接続され、他の駆動電極は特定電位をもつ配線に接続されることが好ましい。
【００２３】
これによれば、隣接画素の影響を排除した高精度な振幅や位相に関する光変調を可能とする。
【００２４】
また、電気光学媒体に電位を印加する複数の電極を有する画素領域が複数形成されてなるアクティブマトリクス基板であって、一の画素領域における前記複数の電極のうち一の電極に接続されたスイッチング素子を有し、前記一の画素領域における前記複数の電極のうち他の電極は、前記スイッチング素子が接続されたゲート線に隣接するゲート線に接続されてなることを特徴とする。
【００２５】
これによれば、より少ない配線で同等なデバイス構造を実現できる。
【００２６】
また、前記スイッチング素子は、前記画素分離体と重なるように設置されることを特徴とする。
【００２７】
これによれば、開口率の低下を抑え、さらに開口率が電極の大きさに左右されない高精細画素が実現できる。
【００２８】
また、画素を構成する前記電極は、隣接する画素駆動用のスイッチング素子に各々接続されていることが好ましい。
【００２９】
これによれば、より少ない配線、少ない素子で同等なデバイス構造を実現できる。
【００３０】
さらに、前記第１の電極が接続されたスイッチング素子に表示データを送る信号線には、表示データ列の差電位に対応した信号を与える駆動信号を与えることを特徴とする。
【００３１】
これによれば、横隣接画素間の漏れ電界の少ないデバイス構造を実現できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
［液晶パネルの構成］
図１１および図１２はそれぞれ、本形態に係る空間光変調装置に用いた液晶パネルを対向基板の側からみた平面図、および図１のＨ−Ｈ′線で切断したときの液晶パネルの断面図である。
【００３４】
図１１および図１２において、液晶パネル１は、電極がマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板２００と、対向電極５３２および必要に応じて形成された遮光膜５３１が形成された対向基板４００と、これらの基板間に封入、挟持されている液晶５３９とから概略構成されている。アクティブマトリクス基板２００と対向基板４００とは、対向基板４００の外周縁に沿って形成されたギャップ材含有のシール材５５２によって所定の間隙を介して貼り合わされている。
【００３５】
また、アクティブマトリクス基板２００と対向基板４００との間には、シール材５５２によって液晶封入領域５４０が区画形成され、この液晶封入領域５４０内に液晶５３９が封入されている。この液晶封入領域５４０内において、アクティブマトリクス基板２００と対向基板４００と間にはスペーサ５３７を介在させることもある。シール材５５２としては、エポキシ樹脂や各種の紫外線硬化樹脂などを用いることができる。また、シール材５５２に配合されるギャップ材としては、約２μｍ〜約１０μｍの無機あるいは有機質のファイバ若しくは球などが用いられる。
【００３６】
ここで、シール材５５２は部分的に途切れているので、この途切れ部分によって、液晶注入口５４１が構成されている。このため、対向基板４００とアクティブマトリクス基板２００とを貼り合わせた後、シール材５５２の内側領域を減圧状態にすれば、液晶注入口５４１から液晶５３９を減圧注入でき、液晶５３９を封入した後、液晶注入口５４１を封止剤５４２で塞げばよい。対向基板４００には、シール材５５２の内側において画像表示領域８０を見切りするための遮光膜５５５も形成されている。対向基板４００のコーナー部のいずれにも、アクティブマトリクス基板２００と対向基板４００との間で電気的導通をとるための上下導通材５５６が形成されている。また、対向基板４００およびアクティブマトリクス基板２００の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶５３９の種類、動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。
【００３７】
本形態において、対向基板４００はアクティブマトリクス基板２００よりも小さく、アクティブマトリクス基板２００の周辺部分は、対向基板４００の外周縁よりはみ出た状態に貼り合わされる。従って、アクティブマトリクス基板２００の駆動回路（走査線駆動回路７０やデータ線駆動回路６０）や入出力端子５４５は対向基板４００から露出した状態にある。
【００３８】
次に、図１は本発明の概要を示す断面図である。画素駆動用のスイッチング素子１０１を持つアクティブマトリクス基板１０２と透明基板１０３との間に電気光学媒体１０４である液晶が挟持され、画素１０５に対応した電気光学媒体はアクティブマトリクス基板上の少なくとも２つの電極によって駆動される。さらに画素１０５は画素分離体１０６により隣接画素と区分けされ、隣接画素の液晶配向の影響をうけにくい構造になっている。電気光学媒体はアクティブマトリクス基板に設けられた少なくとも２つの駆動電極１０７により駆動電界が与えられる。一つの画素内には少なくとも２つの駆動電極が配置され、電極間の電位によって横電界、もしくは縦電界が電気光学媒体に加わる。画素は画素分離体によって１画素１画素に各画素間を物理的に分割されている。これにより周囲画素の配向変化の影響が排除される。この効果は画素ピッチが小さくなり隣接画素からの漏れ電界や配向変化の影響が顕在化する高密度デバイスにおいて、より発揮される。図２は本発明の空間光変調装置の一部を正面からみた拡大図である。１画素２０１は画素分離体２０３によって分離され、画素の電気光学媒体は駆動電極２０２によって電界が与えられる。動作が可能な電気光学媒体として、たとえばＬｉＮｂＯ3やポーリングされた有機高分子膜、ＳｍＡ液晶、高分子に分散されたネマチック液晶、ネマチック液晶、などがある。
【００３９】
駆動電極は図１、図２の場合、同じ平面上に形成されているが、電極間に絶縁層を挟んだ準平面的な構造としても良い。
【００４０】
本実施例で採用したより具体的な構成を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
Ｓｉウェーハーを用いたアクティブマトリクス基板は、日経エレクトロニクス１９８１年２．１６号ｐ．１６４に記載のものと同様な製造法により作られたが、画素に対応する電極配置が図１、図２のように異なっている。
【００４３】
また、画素分離体はＳＩＤ９６ＤＩＧＥＳＴｐ．６１１に記載された光感光性モノマーを液晶中に溶解し、液晶とポリマーの相分離を利用して形成する方法や、直接モノマーに紫外光をマスク露光し光重合して形成する方法を採用した。
【００４４】
図３は本実施例で採用した空間光変調器の画素回路構成の例である。トランジスタ３０１はソース線３０２、ゲート線３０３そしてドレインがトランジスタ側画素電極３０４と補助容量３０５に接続されている。もう一方の画素電極３０６は共通電位線３０７に接続されている。共通電位線はソース振幅のほぼ中点に電位が固定され、トランジスタ側画素電極の電位変化に応じた電界が電極をまたいで設置されている電気光学媒体に印加される。したがって１画素は３０９で示した領域となる。基本的な駆動は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を用いたアクティブマトリクス基板により行う。また、アクティブマトリクス基板を用いたＬＣＤや、ＭＯＳトランジスタを基板上に形成したマトリクス型ＬＣＤと同様に行うことができる。
【００４５】
前述したように電気光学媒体には電極間に平行に生じる横電界、もしくは電極上（紙面に平行）に平行に生じる縦電界が加わる。表１に示したＥＣＢモードやＴＮモード液晶を、典型的な電気光学媒体として採用できる。通常これらの液晶モードは、画素電極に対向して設置された共通電極とのあいだに発生する縦電界を用いるが、本実施例ではアクティブマトリクス基板上の少なくとも２つの画素電極間で発生する電界を利用する。その一方で隣接画素の配向の影響を画素分離体によって遮断している。
【００４６】
図３ではアクティブマトリクス基板上で液晶が３０８となる初期配向処理を行い、横電界により液晶のダイレクターが面内でねじれる動きをするようにした。対向基板側の配向処理は３０８と反平行でも、基板に対し垂直な処理でも作用する。
【００４７】
図４は共通電位線４０７を両側の電極と共有した画素回路構成の例である。簡単のためにトランジスタのドレインにつながる補助容量は描いていない。画素４０９は共通電位側の電極とトランジスタ側の電極をまたいでいる。基本的な動作は図３と同様である。
【００４８】
図５は共通電位線を用いずに前Ｘ画素行のゲート線電位を利用した画素回路の構成例である。簡単のため、トランジスタのドレインにつながる補助容量は描いていない。動作は図３の場合と同様である。
【００４９】
図６は共通電位線を用いずにすべての電極電位をトランジスタで制御する構造の例である。簡単のためにトランジスタのドレインにつながる補助容量は描いていない。図３、図４、図５の構成ではトランジスタ側電極とペアになる電極の電位は基本的に固定した電位となるが、図６ではすべての電極が独立に電位を与えられる。１画素６０９は電極間の差電位で駆動されるので、駆動時のソース信号は、表示したいデータの差を入れることになる。これについては後述する。
【００５０】
図７は同様な差信号で駆動する別の構成である。図６は１画素を２トランジスタ、２電極で構成したが、図７の構成では画素分離体によって隣接画素電極の一部を駆動電極として物理的に分割している。したがって１画素は実効的に１トランジスタ、１電極となり、図６の構成よりもトランジスタ数が半分に削減できるところがメリットである。また、トランジスタ、ソース配線、ゲート配線、補助容量を画素分離体の下、アクティブマトリクス側、つまり平面的に重なる位置に設置できることから、画素領域割合（開口率）の低下を抑えることができる。さらに開口率が電極の大きさに限定されない効果もある。隣接画素と同電位なので漏れ電界の影響が少ないこともメリットである。さらにアクティブマトリクス基板をＴＦＴを形成した透明基板とすると、トランジスタ、ソース配線、ゲート配線、補助容量部分を覆う遮光層を画素分離体形成時のセルフアラインマスクとして用いることができる。
【００５１】
図８は補助容量の接地先として隣接した選択信号線（たとえば前のＸラインである画素行に対応するゲート配線）とした画素回路構成の例である。つまり前ラインが選択された後、前ラインのゲート配線は固定電位に設定されることが多いためである。
【００５２】
次に、図６、図７、図８で用いる差電位を利用した駆動法を説明する。
【００５３】
図９は差電位を与える駆動ソース線信号の一例である。ある画素行の表示データ列９０１が…１１０１００１０…であったとすると、表示データを送る信号線である、駆動ソース線信号９０２は、表示データ列の差電位に対応した…０１００１１１００…となる。簡単のためここでは２値の信号を駆動信号として与えたが、特定の電位から差を計算して与えればよいので多値やアナログ信号も取り扱える。
【００５４】
図１０は横電界を用いた場合、電界の方向を情報として加えることができる例である。電界の方向に応じて０、＋１、−１の３レベルの電界を与えることができる。図中矢印１００１は電界の方向を示している。電界の方向を利用する液晶モードに強誘電性液晶や反強誘電性液晶があり、これの駆動に適している。
【００５５】
このような差電位を与える駆動は、大きな塗りつぶしなどの場合であっても画素にかかる電位を交流化しやすい特徴を持ち、電気光学媒体に与える直流印加による劣化を防止できる。
【００５６】
以上本発明の実施例について述べてきたが、本発明は実施例に述べた単純な電極形状だけでなくから、櫛歯型、直交型などさまざまな形状に応用可能である。本発明は画素の構成を電極だけでなく物理的な分離手段によっても区分けするため、より微細な画素の形成が可能となる。このほかにも、広く光情報処理や表示装置などに応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる空間光変調器の模式的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる空間光変調装置の一部を正面からみた拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる空間光変調器の画素回路の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる縮小投影された表示パターン群である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる別の画素回路の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる１画素を２トランジスタ、２電極で構成した画素回路構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる差信号で駆動する別の画素回路の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる隣接した選択信号線に接地した画素回路の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる差電位を与える駆動法の模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる電界の方向を情報として与えた駆動法の模式図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る液晶パネルの平面図を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る液晶パネルの断面図を示す図である。
【符号の説明】
１０１スイッチング素子
１０２アクティブマトリクス基板
１０３基板
１０４電気光学媒体
１０５画素
１０６画素分離体
１０７駆動電極
２０１１画素
２０２駆動電極
２０３画素分離体
３０１トランジスタ
３０２ソース線
３０３ゲート線
３０４トランジスタ側画素電極
３０５補助容量
３０６共通電位線側画素電極
３０７、４０７共通電位線
３０８、４０９初期配向方向
３０９、６０９１画素領域
４０１、５０１投影ＬＣＤパターン
９０１ある画素行の表示データ列
９０２駆動ソース線信号
１００１電界の方向

Claims

電気光学媒体に電位を印加する複数の電極を有する画素領域が複数形成されてなるアクティブマトリクス基板であって、
一の画素領域における前記複数の電極のうち第１の電極に接続されたスイッチング素子と、
前記各画素領域を分割する画素分離体とを備え、
前記複数の電極のうち前記第１の電極に隣接する第２の電極は、前記一の画素領域に隣接する他の画素領域においてスイッチング素子に接続された第３の電極の延在部分からなり、
前記第１の電極に接続されたスイッチング素子と前記第３の電極に接続されたスイッチング素子とは、同じゲート線に接続されてなることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１において、前記複数の電極は同一平面に形成されてなることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１において、前記複数の電極は絶縁層を介して別の層に形成されていることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第１の電極は反射特性を有することを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記電気光学媒体は液晶であることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記画素分離体は光重合された高分子重合体であることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記アクティブマトリクス基板はＭＯＳトランジスタが形成されたシリコンウェーファーであることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１において、前記スイッチング素子は、前記画素分離体と重なるように設置されることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１において、前記第１の電極に形成されたスイッチング素子のドレインに接続する補助容量は、前ラインのゲート線に接続されていることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１において、前記一の画素領域では前記電気光学媒体が前記第１の電極と前記第２の電極との差電位で駆動されることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
請求項１において、前記第１の電極が接続されたスイッチング素子に表示データを送る信号線には、表示データ列の差電位に対応した信号を与える駆動信号を与えることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
電気光学媒体に電位を印加する複数の電極を有する画素領域が複数形成されてなるアクティブマトリクス基板であって、
一の画素領域における前記複数の電極のうち一の電極に接続されたスイッチング素子を有し、
前記一の画素領域における前記複数の電極のうち他の電極は、前記スイッチング素子が接続されたゲート線に隣接するゲート線に接続されてなることを特徴とするアクティブマトリクス基板。