JPH11194323A

JPH11194323A - 液晶表示素子およびその駆動方法

Info

Publication number: JPH11194323A
Application number: JP9361209A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Shigeta; 光浩繁田
Original assignee: UK Government; Sharp Corp
Current assignee: UK Government; Sharp Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21
Also published as: GB2332770B; GB2332770A; US6310595B1; GB9828512D0

Abstract

(57)【要約】【課題】電極における電圧降下を抑えることによって
表示品位を向上させる。【解決手段】対向する２枚のガラス基板にそれぞれ複
数の信号電極３…と複数の走査電極５…とを設け、信号
電極３…と走査電極５…との交差部において画素２１…
を形成し、ガラス基板間に液晶層を形成する。信号電極
３および走査電極５の１本当たりの抵抗値Ｒ、１本の信
号電極３とこれに対向するガラス基板との間の電気容量
Ｃおよび信号電極３および走査電極５に付与される駆動
信号のパルス幅τが、０．００１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定されている。このような
関係はスケーリング則に基づいて求められているので、
サイズ、パルス幅などが異なる液晶表示素子において
も、ＲＣ／τが上記の範囲に設定されておれば、電圧降
下が十分抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極における電圧
降下が抑えられた大画面かつ高精細の液晶表示素子およ
びその駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力、低駆動電圧といった平面表示素子にとって非常に有
利な特徴を有している。このため、液晶表示装置は、ラ
ップトップ型のパーソナルコンピュータおよびワードプ
ロセッサ、携帯端末、携帯用テレビジョン等の情報機器
のディスプレイとして不可欠な存在となっている。

【０００３】現在、液晶表示装置としては、ＳＴＮ(Sup
er-Twisted Nematic) 方式およびＴＦＴ(Thin Film Tra
nsistor)を駆動素子として用いたＴＮ(Twisted Nemati
c) 方式が一般に普及している。しかしながら、これら
は、いずれもネマティック液晶を用いており、さらに高
精細かつ大容量の表示を行うには多くの課題を解決しな
ければならない。

【０００４】ＳＴＮ方式の液晶表示装置は、ストライプ
状に形成された透明電極を有する２枚の透明基板を対向
させるだけの比較的簡素な構造を有しており、いわゆる
単純マトリクスとよばれる駆動方式で駆動される。この
液晶表示装置は、製造の容易さ、製造コストの面で優れ
ている反面、液晶の応答速度、印加電圧対透過光特性な
どの特性面の制約から、走査線数の増加が原理的にほぼ
限界に達している。

【０００５】一方、ＴＦＴを用いたアクティブマトリク
ス方式の液晶表示装置では、ブラウン管に匹敵するフル
カラー動画像が得られる。しかしながら、この液晶表示
装置では、各画素に欠陥が生じないようにスイッチング
素子（ＴＦＴ）を形成しなければならず、表示容量が増
加するほど製造が困難になる。また、この液晶表示装置
は、画素にスイッチング素子を形成する構造であるた
め、透過率が低下するという問題もある。

【０００６】このような課題に対し、近年では、強誘電
性液晶を用いた液晶表示装置が注目されている。強誘電
性液晶は、 Appl. Phys. Lett. 36(1980) pp.899-901
(N.A.Clark and S.T.Lagerwall)に教示されているよう
に、メモリ性、高速応答性、広視野角等の優れた特性を
備えている。このため、強誘電性液晶を適用した単純マ
トリクス方式の液晶表示装置は、より高精細かつ大容量
画素の表示に適する。

【０００７】強誘電性液晶を用いた従来の液晶表示装置
は、互いに対向する２枚の電極基板と、それらの間に強
誘電性液晶からなる液晶層とを備えている。一方の電極
基板は、ガラス基板の表面に複数の透明な信号電極が互
いに平行に形成され、さらにその上に透明な絶縁膜およ
び配向膜が積層される構造をなしている。一方の電極基
板は、ガラス基板の表面に複数の透明な走査電極が信号
電極と直交するように互いに平行に配置され、その上に
透明な絶縁膜および配向膜が積層される構造をなしてい
る。配向膜は、ラビング処理などの一軸配向処理が施さ
れている。

【０００８】強誘電性液晶は、シール剤により貼り合わ
されたガラス基板の間に形成される空間内に充填されて
いる。また、ガラス基板は、偏光軸が互いに直交するよ
うに配置された２枚の偏光板で挟まれている。また、配
向膜の間には、必要に応じてスペーサが配置される。

【０００９】図７に示すように、強誘電性液晶の分子５
１は、その長軸方向と直交する方向に自発分極５２を有
している。また、分子５１は、前記の信号電極と走査電
極との間に印加される駆動電圧により生じる電界と自発
分極５２とのベクトル積に比例した力を受け、円錐軌跡
５３の表面上を運動する。

【００１０】このため、分子５１は、図８に示すよう
に、液晶軌跡の両軸の位置Ｐ_a・Ｐ_bの間でスイッチン
グするように観察者から見える。例えば、前記の２枚の
偏光板の各偏光軸が同図中に示す矢印Ａ−Ａ’方向と矢
印Ｂ−Ｂ’方向とにそれぞれ一致するように偏光板が配
置される場合、分子５１が位置Ｐ_aの状態にあるとき暗
視野が得られ、分子５１が位置Ｐ_bにあるとき複屈折に
より生じた明視野が得られる。

【００１１】また、この位置Ｐ_a・Ｐ_bにおける分子５
１の配向状態は、弾性エネルギー的に等価であるため、
電界を除去した後もそれぞれの配向状態、すなわち光学
状態が保持される。これは、メモリ効果と呼ばれ、ネマ
ティック液晶にはない強誘電性液晶に特有の性質であ
る。

【００１２】したがって、このメモリ効果と自発分極５
２による高速応答性とを備えた強誘電性液晶を単純マト
リクス方式に適用した液晶表示装置では、より高精細か
つ大容量の表示を行うことができる。

【００１３】ところで、従来、Tomita et al., Euro Di
splay 96:, 251に開示されているように、ＴＦＴを駆動
素子として用いたアクティブ駆動型液晶ディスプレイに
おいて、ＲＣ等価回路を用いて駆動信号の遅延時間が定
義付けられている。ＴＦＴ液晶ディスプレイでは、画素
周波数Ｆp と１ライン当たりの時定数ＲＣとがＦp ・Ｒ
Ｃ≦１という関係を満たすことが必要である。Ｆp は数
十ＭＨｚのオーダーであり、それに対応するＲＣはナノ
秒オーダーである。このため、ＴＦＴ液晶ディスプレイ
は動画を表示することができる。

【００１４】一方、パッシブ駆動型液晶ディスプレイに
おいては、時定数ＲＣがＴＦＴ液晶ディスプレイより大
きいこと、高速応答可能な液晶材料が少ないことなどの
理由から、動画を表示するための検討が十分なされてい
なかった。このため、動画表示の可能性を有する強誘電
性液晶ディスプレイにおいても、動画を表示するための
条件、すなわち遅延時間（時定数ＲＣ）と駆動パルスの
幅τとの関係が得られていなかった。ちなみに、ＲＣお
よびτはマイクロ秒のオーダーである。したがって、パ
ッシブ駆動型液晶ディスプレイにＴＦＴ液晶ディスプレ
イの動画表示特性を援用することは不可能である。

【００１５】また、パッシブ駆動型の液晶表示装置にお
いて、時定数を変化させる手法が特開平７−７７９４６
号公報に開示されている。この手法は、スタティック駆
動される液晶表示装置において、各画素に至る電極の抵
抗値を異ならせることによって、画素毎に所望の時定数
を与える。時定数に応じて駆動信号の実効値が異なるの
で、カラーフィルタを用いることなく表示色を変化させ
ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】電圧を印加することに
よって液晶表示装置を駆動する場合、電極（信号電極お
よび走査電極）と基板間に形成される容量が繰り返し充
放電される。このとき容量に電荷が蓄積および放出され
ることによって電極を通じて液晶セルに電流が流れる。
また、液晶に印加される電圧は、電極の抵抗による電圧
降下のために、電極の入力端に印加される電圧より低
い。一般に、電圧降下は、電極の部位によって異なるの
で、電極の末端で最も大きくなる。

【００１７】このため、液晶セルに蓄積される電荷量、
すなわち電流が相対的に少なくなる。このような因果関
係から、液晶セルを流れる電流値および液晶セルに実際
に加わる電圧は、液晶セルの電気容量および電極抵抗に
よって変化する。

【００１８】一般に、液晶セルの電気容量Ｃと電気抵抗
Ｒとの積で表される時定数ＲＣが大きい場合、および駆
動周波数が高い場合には、液晶セルの充放電が不十分と
なる結果、電圧降下が大きくなる。したがって、液晶に
矩形波の駆動パルスを付与するときには、電圧降下によ
って駆動パルスの波形の立ち上がり部分および立ち下が
り部分が鈍る。

【００１９】一方、表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬ
Ｃ）を用いた液晶セルは、セルギャップが１μｍ程度と
非常に薄い。このため、ＳＳＦＬＣセルの容量がＴＦＴ
セルやＳＴＮセルの容量より大きくなり、同様にＳＳＦ
ＬＣセルにおける時定数もＴＦＴセルやＳＴＮセルのそ
れより大きい。したがって、ＳＳＦＬＣセルでは、他の
種類の液晶セルに比べて電圧降下がより顕著になる。

【００２０】動画を表示するために大画面の液晶セルを
高速で駆動する場合、時定数が駆動パルス幅とほぼ同じ
値になり、液晶セルの充放電が不十分となる。この結
果、液晶セルの電圧降下が５〜７０％程度に大きくな
る。電極における電圧降下が大きくなると、表示品位を
低下させるような、液晶セルのコントラストの低下およ
び不均一、階調不良などが顕著になる。

【００２１】また、特開平７−７７９４６号公報の手法
では、スタティック駆動の液晶表示装置において時定数
を調整して、画素毎の電圧降下を異ならせることによっ
て、異なる表示色を得ることができるものの、単純マト
リクス型の液晶表示装置において各電極の電圧降下を抑
えることはできない。

【００２２】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、電極における電圧降下を抑えることによっ
て表示品位を向上させることを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の液晶表示素子は、上記の課題を解決するために、複数
のストライプ状の電極とをそれぞれ有し、これらが互い
に交差するように対向している一対の基板と、これらの
基板の間に形成される液晶層とを備えた液晶表示素子に
おいて、上記電極の１本当たりの抵抗値Ｒ、１本の上記
電極とこれに対向する上記基板と間の電気容量Ｃおよび
上記電極に付与される駆動信号のパルス幅τが、０．０
０１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定
されていることを特徴としている。

【００２４】上記の構成では、電極をＲＣ梯子型等価回
路と見なし、スケーリング則を用いて、上記の条件が設
定されている。具体的には、電気容量Ｃ（画素）と、電
極における画素間の抵抗値の総計を抵抗値Ｒとして、画
素をノードと見なせば、ｎ番目のノードに対する、電流
と電圧とに関するキルヒホッフの式から後述の拡散方程
式（式（１））が導かれる。

【００２５】そこで、スケーリングパラメータξをξ＝
（ＲＣ／ｔ）^1/2ｘ／Δとして上記拡散方程式を変形す
ることによって、電極の距離ｘ＝ｎΔにおける電圧値Ｖ
（ｘ，ｔ）は、スケーリングパラメータξを変数とする
関数Ｖ（ξ）で表される。また、電圧降下量も関数Ｖ
（ξ）で表される。それゆえ、画面サイズ（ＮΔ）、ピ
ッチΔ、抵抗Ｒ、容量Ｃ、パルス時間幅τのそれぞれ異
なるディスプレイでも、スケーリングパラメータξの値
が同じ値であれば、電圧および電圧降下が同じ値にな
る。

【００２６】上記スケーリングパラメータξの性質か
ら、異なる種類の液晶ディスプレイにおいて、スケーリ
ングパラメータの値を同じに設定すると、表示特性を同
一にすることができる。したがって、ある液晶表示素子
において表示画像に影響を及ぼさない条件が得られた場
合、その液晶表示素子とサイズおよび駆動信号のパルス
幅が異なる液晶表示素子を設計するには、前者の液晶表
示素子でスケーリングパラメータξを求め、両液晶表示
素子が等しいスケーリングパラメータξを有するよう
に、抵抗値Ｒおよび容量値Ｃを選ぶ。この結果、後者の
液晶表示素子は、前者の液晶表示素子と同様に、画像表
示に駆動信号に鈍りによる影響が及ばない。

【００２７】また、電圧降下の変化率が小さい範囲（図
４（ａ）参照）で最大のパルス幅τを求め、τ、Ｒおよ
びＣの値を上記の関数Ｖ（ξ）に代入して得られたξの
上限値以下の範囲であれば、電圧降下を十分抑えること
ができる。

【００２８】それゆえ、サイズやパルス幅の異なる液晶
表示素子であっても、駆動信号の波形に関してスケーリ
ングパラメータξが上記の上限値以下になるように、電
極の抵抗値を小さくすれば、画像を良好に表示すること
ができる。また、液晶表示素子のサイズや電極抵抗が予
め定まっている場合には、適正なパルス幅を上記の関数
Ｖ（ξ）から求めることができる。

【００２９】請求項１に記載の液晶表示素子では、請求
項２に記載のように、上記基板の表示部が、いずれか一
方の上記基板が有する上記電極の長手方向に沿って２分
割されており、分割された各領域で上記抵抗Ｒ、上記電
気容量Ｃおよび上記パルス幅τが、０．００１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定されていることが好まし
い。

【００３０】液晶表示素子を大画面化する場合、電極抵
抗が高くなって電圧降下が大きくならないように電極線
の長さを短くする目的で表示部を複数に分割する。そこ
で、本発明の液晶表示素子においても、液晶表示素子の
表示部を複数に分割し（例えば、上下または左右の２分
割）、各領域で上記抵抗Ｒ、上記電気容量Ｃおよび上記
パルス幅τが、上記の関係を満たすように設定してい
る。これによって、大画面の液晶表示素子においても、
請求項１と同様に、電圧降下を十分抑えることができ
る。

【００３１】請求項１または２に記載の液晶表示素子を
駆動する際には、請求項３に記載のように、電極に上記
の関係を満たすパルス幅τの駆動信号を上記電極に付与
することによって、電極の電圧降下を十分抑えることが
できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、
以下の通りである。

【００３３】本実施例に係る液晶セル（液晶表示素子）
は、図３に示すように、互いに対向する２枚のガラス基
板１・２を透光性基板として備えている。

【００３４】ガラス基板１の表面には、例えばインジウ
ム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる複数の透明な信号電極３
…が、透明電極として互いに平行に配置され、さらにそ
の上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる透明
な絶縁膜４が積層される。

【００３５】一方、ガラス基板２の表面には、例えばＩ
ＴＯからなる複数の透明な走査電極５…が透明電極とし
て信号電極３…と直交するように互いに平行に配置され
ている。走査電極５…は、ＳｉＯ₂等からなる透明な絶
縁膜６で被覆されている。

【００３６】絶縁膜４・６上には、ラビング処理などの
一軸配向処理が施された配向膜７・８がそれぞれ形成さ
れている。配向膜７・８としては、ポリイミド、ナイロ
ンまたはポリビニルアルコールなどの有機高分子からな
る膜またはＳｉＯ₂斜方蒸着膜などが用いられる。配向
膜７・８に有機高分子膜を用いた場合は、通常、液晶分
子が電極基板に対してほぼ平行に配向するように配向処
理がなされる。

【００３７】液晶層９は、対向するようにしてシール剤
１０で貼り合わされたガラス基板１・２の間の空間内に
強誘電性液晶が充填されることによって形成されてい
る。強誘電性液晶は、シール剤１０に設けられた注入口
から注入され、その注入口が封止剤１１で封止されるこ
とにより封入される。

【００３８】ガラス基板１・２は、さらに偏光軸が互い
に直交するように配置された２枚の偏光板１２・１３で
挟まれている。また、表示面積が広い場合には、セルギ
ャップが一定となるように、配向膜７・８の間にスペー
サ１４…が配置される。

【００３９】上記の信号電極３…および走査電極５…が
対向する各方形の領域により、図示しない画素領域が形
成されている。この画素領域は、信号電極３と走査電極
５とに電圧が印加されると、液晶層９を構成する強誘電
性液晶の分子の配向状態が切り替わることにより、表示
状態を明と暗で変化させて表示を行うようになってい
る。

【００４０】ここで、上記の液晶セルの製造工程におけ
る電極基板の作製について説明する。

【００４１】まず、ガラス基板１・２上にＩＴＯを２０
０ｎｍの厚さでスパッタ蒸着またはＥＢ蒸着によって成
膜し、その上に東京応化工業株式会社製のフォトレジス
ト（ＴＳＭＲ−８８００）を塗布する。ガラス基板１・
２としては、コーニング社製の７０５９ガラス基板（１
３６×１３６×１．１ｍｍ）を用いる。

【００４２】次いで、フォトマスクおよび紫外線照射装
置を用いたフォトリソグラフィによってストライプ状に
フォトレジストをパターニングした後、ガラス基板１・
２を、３５℃に保たれた４７％の臭酸（ＨＢｒ) に１０
分間浸漬することによってＩＴＯをエッチングする。こ
の結果、３８５μｍの幅の信号電極３…および走査電極
５…が形成される。また、１本の信号電極３および走査
電極５における画素領域の長さの総計はともに９６ｍｍ
であり、隣り合う信号電極３・３の間および隣り合う走
査電極５・５の間の間隔はともに１５μｍである。

【００４３】続いて、純水でガラス基板１・２を洗浄
し、乾燥させた後、ガラス基板１・２の表面にそれぞれ
信号電極３…と走査電極５…とを覆うようにＳｉＯ
₂（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）などをス
パッタにより成膜して絶縁膜４・６を形成する。さら
に、その上にポリイミドからなる配向膜７・８を形成
し、配向膜７・８にラビングによる一軸配向処理を施
す。そして、ガラス基板１・２をスペーサ１４…を介し
て貼り合わせて、その間に強誘電性液晶を注入して液晶
層９を形成する。

【００４４】このようにして作製された液晶セルでは、
信号電極３および走査電極５のシート抵抗が約８Ωであ
り、信号電極３の１本当たりの抵抗は２ｋΩである。ま
た、信号電極３とこれに対向するガラス基板２との間の
電気容量は、１画素当たり８ｐＦであり、信号電極３の
１本当たり２ｎＦである。

【００４５】図１に示すように、信号電極３は隣り合う
画素２１・２１の間でそれぞれ抵抗値Ｒを有し、１本の
信号電極３に交差する全走査電極５…との間に形成され
る画素２１…はそれぞれ容量Ｃを有している。また、信
号電極３に沿って隣り合う画素２１・２１の間の間隔は
Δで表される。

【００４６】図１の構成における１本の信号電極３は、
図２に示すＲＣ梯子型等価回路によって表される。この
等価回路において、抵抗値Ｒを有する抵抗２２…が直列
に接続され、梯子型の桁の部分に容量Ｃを有するＮ個の
画素２１…が接続されている。ここで、信号電極３にＶ
₀の値の電圧が印加されるとき、ｎ番目の画素２１に印
加される電圧がＶ_nであり、ｎ番目の画素２１に対応す
る抵抗２２に流れる電流の値がＩ_nであるとする。

【００４７】上記の構成において、画素２１をノードと
見なせば、ｎ番目のノードに対する、電流と電圧とに関
するキルヒホッフの式から以下の拡散方程式が導かれ
る。

【００４８】

【数１】

【００４９】ここで、ｔは時間、Δはノード間の距離
（ピッチ）、Ｖ（ｘ，ｔ）は距離ｘ＝ｎΔにおける電圧
値を表す。また、上式において、スケーリングパラメー
タξを次式のように表す。 ξ＝（ＲＣ／ｔ）^1/2ｘ／Δ これにより、上記の拡散方程式は、次式のように表され
る。

【００５０】

【数２】

【００５１】上式より、電圧値Ｖ（ｘ，ｔ）は、スケー
リングパラメータξを変数とする関数Ｖ（ξ）で表され
ることが分かる。したがって、電圧降下量Ｖ_D＝Ｖ
（ｘ，ｔ）−Ｖ₀も関数Ｖ（ξ）で表される。それゆ
え、画面サイズ（ＮΔ）、ピッチΔ、抵抗Ｒ、容量Ｃ、
パルス時間幅τのそれぞれ異なるディスプレイでも、ス
ケーリングパラメータξの値が同じ値であれば、電圧お
よび電圧降下が同じ値になる。

【００５２】上記スケーリングパラメータξの性質か
ら、異なる種類の液晶ディスプレイにおいて、スケーリ
ングパラメータの値を同じに設定すると、例えば、次の
ようにして、表示特性を同一にすることができる。ま
ず、ある液晶ディスプレイI において、駆動信号の鈍り
が表示画像に影響を及ぼさない条件が得られた場合、ス
ケーリングパラメータξを求める。そして、その液晶デ
ィスプレイI とサイズおよび駆動信号のパルス幅が異な
る液晶ディスプレイIIを設計するには、両液晶ディスプ
レイ I・IIが等しいスケーリングパラメータξを有する
ように、抵抗値Ｒおよび容量値Ｃを選ぶ。この結果、液
晶ディスプレイIIは、液晶ディスプレイI と同様に、画
像表示に駆動信号に鈍りによる影響が及ばない。

【００５３】液晶セルのマトリクス型電極の駆動信号波
形は、上記のように、スケーリングパラメータで表され
るが、スケーリングパラメータと電圧降下との関係は、
以下のように論じられる。

【００５４】信号電極３にパルス幅τ_Dを有する矩形波
のデータパルス（駆動信号）を付与した場合、図４
（ｂ）に示すように、信号電極３の入力端でのデータパ
ルスは波高値Ｖ_Aを有するが、信号電極３の終端でのデ
ータパルスは、電圧降下によって立ち上がり部分が鈍
り、波高値Ｖ_Bを有するようになる。したがって、電圧
降下Ｖ_Dは、これらの波高値の差（Ｖ_A−Ｖ_B）によっ
て表される。この電圧降下がパルス幅τ_Dの平方根に逆
比例することから、１／（τ_D）^1/2と電圧降下との関
係を図４（ｂ）のように表すことができる。

【００５５】したがって、この関係から、電圧降下が信
号電極３のスケーリングパラメータξ_D＝Ｎ（ＲＣ／τ
_D）^1/2に比例することが分かる。ここで、Ｎが信号電
極３の数であることから、ξ_Dを変形すれば、ξ_D＝
〔 (ＲＮ)(ＣＮ)/τ_D) 〕^1/2が得られる。ＲＮは、１
本の信号電極３における抵抗値の総計であるＲ_Dと表さ
れ、ＣＮは、１本の信号電極３と、これらに対向するガ
ラス基板２との間の電気容量Ｃ_Dと表される。したがっ
て、ξ_Dは次式のように表される。 ξ_D＝（Ｒ_DＣ_D／τ_D）^1/2 …（３）

【００５６】一方、走査電極５に付与される選択パルス
（駆動信号）のパルス幅τ_Sについても、同様にスケー
リングパラメータξ_Sは次式のように表される。 ξ_S＝（Ｒ_SＣ_S／τ_S）^1/2 …（４）

【００５７】図４（ａ）に示すように、領域Ｓ₁では、
１／（τ_D）^1/2が大きくなる（パルス幅τ_Dが小さく
なる）につれて電圧降下が大きくなるものの、その変化
量は小さい。しかしながら、パルス幅τ_Dが領域Ｓ₁で
の下限値より小さくなる領域Ｓ₂では、パルス幅τ_Dの
変化に対する電圧降下の変化が領域Ｓ₁よりも大きくな
る。そこで、領域Ｓ₁・Ｓ₂においてそれぞれパルス幅
τ_Dを変化させて、静止画像および動画像の表示品位を
観測した結果、パルス幅τ_Dが概ね８μｓ以上であれば
良好な表示品位が得られることが確認された。これは、
パルス幅τ_Sについても同様である。

【００５８】なお、上記の観測に用いる本液晶セルにお
いて、前述のように、信号電極３とこれに対向するガラ
ス基板２との間の電気容量は、信号電極３の１本の当た
り２ｎＦ（＝Ｃ_D）であり（１画素当たり８ｐＦ）、信
号電極３の１本当たりの抵抗値Ｒ_Dは２ｋΩである。

【００５９】また、データパルスとして電圧１０Ｖの両
極性の矩形波パルスを用い、選択パルスとして電圧３０
Ｖの単一矩形波を用いた。このようなデータパルスおよ
び選択パルスを用いて本液晶セルを駆動するとき、１本
の信号電極３上の液晶には、選択された１本の走査電極
５を除いて、１０Ｖのパルスが付与される。本液晶セル
についてデータパルスおよび選択パルスのパルス幅を変
化させた。

【００６０】そして、上記のτ_D、Ｒ_DおよびＣ_Dの値
を式（３）に代入して得られたξ_Dの上限値は約０．７
１である。したがって、ξ_Dが０．７１以下の範囲であ
れば、電圧降下が十分抑えられる。そのξ_Dの値は、図
４（ａ）の領域Ｓ₁でのξの上限値と一致している。こ
の結果から、電圧降下が小さい領域Ｓ₁では、良好な表
示品位が得られることが分かる。したがって、式（３）
よりＲ_DＣ_D／τ_Dの上限値は０．５となる。それゆ
え、良好な表示品位が得られるだけでなく、信号電極３
…および走査電極５…の発熱や電力消費を抑えることが
できる。

【００６１】それゆえ、サイズやパルス幅の異なる液晶
ディスプレイであっても、駆動信号の波形に関してスケ
ーリングパラメータξ_Dが０．７１以下になるように、
信号電極３の抵抗値を小さくすれば、画像を良好に表示
することができる。また、液晶ディスプレイのサイズや
電極抵抗が予め定まっている場合には、適正なパルス幅
を式（３）から求めることができる。

【００６２】また、ξ_Dを小さくする目的で抵抗値Ｒ_D
を低下させるために、信号電極３を膜厚２０００ｎｍの
Ｃｕで形成した。この結果、Ｒ_Dが４Ωまで低下し、ξ
_Dが０．０３１６となった。

【００６３】ξの値を小さくするためには、抵抗値Ｒを
小さくすることや、τを大きくすることなどが考えられ
るが、金属材料（Ｃｕ）を用いても配線の低抵抗化には
限界があり、抵抗値Ｒを無制限に小さくすることは困難
である。一方、容量Ｃは、液晶材料や素子構造によって
決定されるので大きく変化することはない。また、液晶
表示素子をモニター等に使用する場合は、τを大きくす
ると大容量の動画を表示することが困難になる。したが
って、実際の液晶ディスプレイでは、このような制約に
基づいてξの下限値が定まる。

【００６４】一般に、小型の液晶表示装置では、上述の
手法によってξの値を小さくすることは大型の液晶表示
装置に比べて容易であり、上記のように金属配線を用い
ることで、ξ_Dを０．０３１６にまで小さくすることが
できる。したがって、式（３）よりＲ_DＣ_D／τ_Dの下
限値は０．００１となる。

【００６５】なお、信号電極３（走査電極５）が金属配
線によって形成される構成は、光を透過させることがで
きないので透過型の液晶表示素子には適用できないが、
反射型の液晶表示素子には適用できる。

【００６６】以上の結果より、画像表示を良好に行うた
めには、信号電極３についてのＲ_DＣ_D／τ_Dおよび走
査電極５についてのＲ_SＣ_S／τ_Sが次の関係を満足す
ることが必要であることが分かった。０．００１≦Ｒ_DＣ_D／τ_D≦０．５０．００１≦Ｒ_SＣ_S／τ_S≦０．５

【００６７】続いて、本実施の形態に係る変形例につい
て説明する。

【００６８】一般に、単純マトリクス型液晶ディスプレ
イを大画面化する場合、電極線が長いために電極抵抗が
高くなるので、電圧降下が大きくなる。したがって、従
来、表示部を複数に分割することによって、このような
不都合を解消している。

【００６９】そこで、本実施の形態の液晶セルを大画面
化する場合、例えば、図５（ａ）に示すように液晶セル
が上下に２分割される構成や、図５（ｂ）に示すように
液晶セルが左右に２分割される構成を採用する。各分割
セルでは、単一の液晶セルと同様にマトリクス状に配さ
れた複数の信号電極３…と複数の走査電極５…とが設け
られている。

【００７０】このような構成においても、それぞれの分
割セルで前述の条件が満たされている。これによって、
各分割セルで信号電極３…および走査電極５…における
電圧降下をなくすことができ、大画面の液晶セルにおい
ても良好な表示品位を得ることができる。

【００７１】なお、上記の例では、液晶セルが２分割さ
れているが、それ以上の分割数、例えば４分割されてい
てもよい。

【００７２】〔実施の形態２〕本発明の実施の他の形態
について図５および図６に基づいて説明すれば、以下の
通りである。なお、説明の便宜上、本実施例において前
記の実施の形態１と同等の機能を有する構成要素につい
ては、同様の符号を付記してその説明を省略する。

【００７３】ガラス基板１の上には、隣り合う信号電極
３・３同士の間に、信号電極３の電極抵抗を低下させる
ための、信号電極３よりも低抵抗な金属からなる金属配
線３１…が、隣接する一方の信号電極３と互いの長手方
向の側面のみを接するように配置されている。これによ
り、信号電極３と金属配線３１とは、信号電極３の長手
方向の側面において導電接触している。金属配線３１…
は、金属が良好な遮光性を有することから、遮光膜とし
ても機能する。

【００７４】信号電極３と、その隣の信号電極３に接触
している金属配線３１との間には、シリコンなどの絶縁
性を有する遮光部材３２…が設けられている。遮光部材
３２は、信号電極３と金属配線３１との間を塞ぐととも
に、信号電極３…および金属配線３１…と同じ厚さに形
成されている。そして、信号電極３…、遮光部材３２…
および金属配線３１…の上には、絶縁膜４と配向膜７と
がこの順に形成されている。

【００７５】遮光部材３２は、上記の画素領域以外の非
表示領域を透過する光を遮断し、金属配線３１とともに
ブラックマトリクスとして機能する。また、信号電極
３、金属配線３１および遮光部材３２は、それぞれの表
面がほぼ同一平面を形成するように隣接して配置され、
各構成要素間で段差のない構造を有している。

【００７６】一方、図示はしないが、ガラス基板２の上
には、カラーフィルタ３３…が設けられている。カラー
フィルタ３３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の
光をそれぞれ透過させる部分に区分されており、それら
の部分が走査電極５…の個々に対応している。また、カ
ラーフィルタ３３…の間には、ブラックマトリクス３４
…が設けられている。さらに、カラーフィルタ３３…の
上には、カラーフィルタ付きの基板に通常用いられるア
クリル樹脂系のオーバーコート膜３３が形成されてい
る。

【００７７】このオーバーコート膜３３の上には、前記
の実施の形態１と同様にして走査電極５…および複数の
金属配線が設けられている。さらにその上には、絶縁膜
６と配向膜８とがこの順に形成されている。

【００７８】なお、図示はしないが、隣り合う走査電極
５・５の間には、金属配線３１と同様の金属配線が、隣
り合う一方の走査電極５と互いの長手方向の側面のみを
接するように平行に配置されている。また、走査電極５
と、その隣の走査電極５に接触する金属配線との間に
は、その間を塞ぐように、遮光部材３２と同様の遮光部
材が配置されている。

【００７９】ここで、上記の液晶セルの製造工程におけ
る電極基板の作製について説明する。

【００８０】まず、ガラス基板１の上に、透明導電膜と
してのＩＴＯ膜を、膜厚２００ｎｍとなるようにスパッ
タ蒸着あるいはＥＢ蒸着によって全面に形成する。一
方、ガラス基板２の上にカラーフィルタ３３…、ブラッ
クマトリクス３４…およびオーバーコート膜３５を形成
し、さらにその上にガラス基板１と同様にして、ＩＴＯ
膜を形成する。

【００８１】カラーフィルタ３３…の形成方法として
は、顔料分散法、染色法、電着法、印刷法など、従来公
知の種々の方法を用いることができる。また、カラーフ
ィルタ３３…の配列としては、特に限定されるものでは
なく、例えば、ストライプ配列、モザイク配列、デルタ
（トライアングル）配列など、用途などに応じて種々の
配列に設定すればよい。

【００８２】次に、実施の形態１の液晶セルの製造と同
様にして、フォトリソグラフィーおよびエッチングによ
って、ストライプ状の透明電極（信号電極３…および走
査電極５…）が形成される。このときの走査電極５の線
幅は３８５μｍであり、１本の信号電極３および走査電
極５における画素領域の長さの総計はともに１９２ｍｍ
である。また、互いに隣り合う透明電極の間の間隔は１
５μｍである。

【００８３】その後、フォトレジストが積層されたガラ
ス基板１・２を純水で洗浄し、乾燥する。そして、スパ
ッタ蒸着またはＥＢ蒸着によって、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａな
どの金属またはそれらの合金からなる金属膜を形成す
る。次いで、エッチング液としてリン酸を主成分とする
エッチング液を使用して金属膜をエッチングする。これ
により、隣り合う透明電極の間に、隣接する一方の透明
電極と平行かつ接する７．５μｍの幅のストライプ状の
金属配線を形成する。

【００８４】また、ガラス基板１・２およびフォトレジ
スト上にシリコンを蒸着させる。このとき、金属配線３
１の厚さ、すなわち透明電極の厚さ（２００ｎｍ）にほ
ぼ等しくなるようにシリコンの蒸着量を制御する。ただ
し、シリコンの膜厚は、透明電極の厚さを越えない。次
に、フォトレジストを、その上のシリコンとともにリフ
トオフすることにより、シリコンからなる遮光部材を形
成する。

【００８５】その後、信号電極３…、走査電極５…など
が形成されたガラス基板１・２上に、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ
などにより絶縁膜（絶縁膜４・６）を形成する。さら
に、その上に、ポリイミド配向膜（配向膜７・８）を形
成し、ポリイミド配向膜にラビングによる一軸配向処理
を施す。そして、ガラス基板１・２をスペーサ１４…を
介して対向させ、その間に強誘電性液晶を注入すること
により液晶セルを作製する。

【００８６】本液晶セルについても、実施の形態１の液
晶セルと同様に、スケーリングパラメータの条件を求め
る。このとき用いる本液晶セルにおいて、信号電極３の
１本当たりの抵抗値Ｒ_Dは１ｋΩであり、信号電極３と
ガラス基板２との間の電気容量は、１画素当たり８ｐＦ
であり、信号電極３の１本当たり４ｎＦ（Ｃ_D）であ
る。また、データパルスとして電圧１０Ｖの両極性の矩
形波パルスを用い、選択パルスとして電圧３０Ｖの単一
矩形波を用いた。このようなデータパルスおよび選択パ
ルスを用いて本液晶セルを駆動するとき、１本の信号電
極３上の液晶には、選択された１本の走査電極５を除い
て、１０Ｖのパルスが付与される。本液晶セルについて
データパルスおよび選択パルスのパルス幅を変化させ
た。

【００８７】この結果、実施の形態１と同様に、両パル
スのパルス幅が概ね８μｓ以上であれば良好な表示品位
が得られることが確認された。そして、上記のパルス幅
（τ_D）、Ｒ_DおよびＣ_Dの値を式（３）に代入して得
られたξ_Dの上限値は約０．７１である。したがって、
τ_Dが０．７１以下の範囲であれば、電圧降下がなく、
良好な表示品位が得られる。また、ξ_Dを小さくする目
的で抵抗値Ｒ_Dを低下させるために、信号電極３（走査
電極５）を膜厚５０００ｎｍのＣｕで形成した。この結
果、Ｒ_Dが２Ωまで低下し、ξ_Dが０．０３１６となっ
た。さらに、そのためにＲ_DＣ_D／τ_DおよびＲ_SＣ_S
／τ_Sが満たすべき条件は、次式で表されることが分か
った。０．００１≦Ｒ_DＣ_D／τ_D≦０．５０．００１≦Ｒ_SＣ_S／τ_S≦０．５

【００８８】なお、本実施の形態では、信号電極３の１
本当たりの抵抗値を低下させるために、信号電極３およ
び走査電極５の片側に７．５μｍの幅の金属配線３１を
有する構造について説明した。しかしながら、本実施の
形態は、これに限定されることはなく、信号電極３およ
び走査電極５の両側に３．８μｍの幅の金属配線３１を
有する構造であっても、同様の結果が得られた。

【００８９】続いて、本実施の形態に係る変形例につい
て説明する。

【００９０】本実施の形態でも液晶セルを大画面化する
場合、図５（ａ）に示すように液晶セルが上下に２分割
される構成や、図５（ｂ）に示すように液晶セルが左右
に２分割される構成を採用する。

【００９１】このような構成においても、それぞれの分
割セルで前述の条件が満たされている。これによって、
各分割セルで信号電極３…および走査電極５…における
電圧降下をなくすことができ、大画面の液晶セルにおい
ても良好な表示品位を得ることができる。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に係る
液晶表示素子は、複数のストライプ状の電極とをそれぞ
れ有し、これらが互いに交差するように対向している一
対の基板と、これらの基板の間に形成される液晶層とを
備え、上記電極の１本当たりの抵抗値Ｒ、１本の上記電
極とこれに対向する上記基板と間の電気容量Ｃおよび上
記電極に付与される駆動信号のパルス幅τが、０．００１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定されている構成である。

【００９３】これにより、上記のＲＣ／τの範囲は、電
極をＲＣ梯子型回路と見なし、スケーリング則を用いて
求められた条件である。それゆえ、抵抗Ｒ、容量Ｃ、パ
ルス幅τのそれぞれ異なるディスプレイでも、スケーリ
ングパラメータの値が同じ値であれば、電圧および電圧
降下が同じ値になる。したがって、スケーリングパラメ
ータξの性質から、異なる種類の液晶ディスプレイにお
いて、スケーリングパラメータの値を同じに設定する
と、表示特性を同一にすることができる。その結果、サ
イズ、パルス幅などが異なる液晶表示素子においても、
ＲＣ／τが上記の範囲に設定されておれば、電圧降下が
十分抑えられ、それによって、良好な表示品位が得るこ
とができるという効果を奏する。

【００９４】本発明の請求項２に係る液晶表示素子は、
請求項１の液晶表示素子において、上記基板の表示部
が、いずれか一方の上記基板が有する上記電極の長手方
向に沿って２分割されており、分割された各領域で上記
抵抗Ｒ、上記電気容量Ｃおよび上記パルス幅τが、０．００１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定されているので、単純マ
トリクス型の大画面の液晶表示素子においても、請求項
１と同様に、電圧降下が十分抑えられ、それによって、
良好な表示品位が得ることができるという効果を奏す
る。

【００９５】本発明の請求項３に係る液晶表示素子の駆
動方法は、請求項１または２の液晶表示素子において、
上記の関係を満たすパルス幅τの駆動信号を上記電極に
付与するので、電圧降下が十分抑えられ、電極の発熱や
電力消費を抑えることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る液晶セルにおける
信号電極（抵抗）と画素（容量）との関係を信号電極と
走査電極との配置構造において示す斜視図である。

【図２】図１に示す信号電極の等価回路を示す回路図で
ある。

【図３】上記液晶セルの構造を示す断面図である。

【図４】（ａ）は上記液晶セルの電極における電圧降下
が駆動信号に及ぼす影響を示すグラフであり、（ｂ）は
上記の駆動信号として用いる矩形波のパルスを示す波形
図である。

【図５】（ａ）は大画面化のために上下に分割された上
記液晶セルを示す正面図であり、（ｂ）は大画面化のた
めに左右に分割された上記液晶セルを示す正面図であ
る。

【図６】本発明の実施の他の形態に係る液晶セルの構造
を示す断面図である。

【図７】強誘電性液晶分子の電界応答を示す斜視図であ
る。

【図８】強誘電性液晶分子のスイッチングの様子を示す
平面図である。

【符号の説明】

１・２ガラス基板（基板）３信号電極（電極）５走査電極（電極）９液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390040604 イギリス国ＴＨＥＳＥＣＲＥＴＡＲＹＯＦＳＴＡＴＥＦＯＲＤＥＦＥＮＣＥＩＮＨＥＲＢＲＩＴＡＮＮＩＣＭＡＪＥＳＴＹ’ＳＧＯＶＥＲＮＭＥＮＴＯＦＴＨＥＵＮＥＴＥＤＫＩＮＧＤＯＭＯＦＧＲＥＡＴＢＲＩＴＡＩＮＡＮＤＮＯＲＴＨＥＲＮＩＲＥＬＡＮＤイギリス国ハンプシャージーユー14 ０エルエックスファーンボローアイヴェリーロード（番地なし）ディフェンスエヴァリュエイションアンドリサーチエージェンシー (72)発明者繁田光浩大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のストライプ状の電極をそれぞれ有
し、これらが互いに交差するように対向している一対の
基板と、該基板間に形成される液晶層とを備えた液晶表
示素子において、上記電極の１本当たりの抵抗値Ｒ、１本の上記電極とこ
れに対向する上記基板と間の電気容量Ｃおよび上記電極
に付与される駆動信号のパルス幅τが、０．００１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定されていることを特徴と
する液晶表示素子。
【請求項２】上記基板の表示部が、いずれか一方の上記
基板が有する上記電極の長手方向に沿って２分割されて
おり、分割された各領域で上記抵抗Ｒ、上記電気容量Ｃ
および上記パルス幅τが、０．００１≦ＲＣ／τ≦０．５という関係を満たすように設定されていることを特徴と
する液晶表示素子。
【請求項３】上記両基板のそれぞれの電極に駆動信号を
付与することによって対向する電極間に形成される画素
領域における上記液晶層に電圧を印加する液晶表示素子
の駆動方法において、上記の関係を満たすパルス幅τの駆動信号を上記電極に
付与することを特徴とする請求項１または２に記載の液
晶表示素子の駆動方法。