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JP3507375B2 - 光学素子及びその駆動方法 - Google Patents

光学素子及びその駆動方法

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JP3507375B2
JP3507375B2 JP27130699A JP27130699A JP3507375B2 JP 3507375 B2 JP3507375 B2 JP 3507375B2 JP 27130699 A JP27130699 A JP 27130699A JP 27130699 A JP27130699 A JP 27130699A JP 3507375 B2 JP3507375 B2 JP 3507375B2
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JP
Japan
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electrode
optical element
voltage
light control
driving
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宗和 伊達
史朗 陶山
篤 中平
秀尚 田中
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NTT Inc
NTT Inc USA
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置など光強
度を制御するために用いる光学素子及びその駆動方法に
関し、より詳細には、液晶パネルの液晶駆動電極に特徴
を有する光学素子及びその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の液晶パネル(LCD)は、表示領
域を縦横のマトリクスに分割して駆動するように構成さ
れている。このLCDの駆動用電極としてのマトリクス
構造は、一方の基板上の帯状行(走査)電極(X)と他
方の帯状列(信号)電極(Y)からなり、走査電極と信
号電極とからなる任意の交点(画素)に選択的に電圧を
印加することによりキャラクタ表示やグラフィック表示
などを行うように構成されている。
【0003】FETを用いたアクティブマトリクス駆動
によるLCDは、線順次方式で行電極(ゲートパルス)
を順々に走査し、一時ゲートパルス上に全FETを一斉
に導通(ON)状態にし、ホールド回路からドレインパ
スを介し、この導通状態のFETに結合している全キャ
パシタに信号電荷を供給するものである。このFET駆
動方式には、MOSトランジスタ形と薄膜トランジスタ
(TFT;Thin FilmTransistor)形とがあり、TFT
では透過形表示が可能なので、多色カラーやフルカラー
表示が容易に実現できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種のマトリクスで駆動する液晶パネルは、縦横のラ
イン数に相当する駆動回路が必要であり、駆動回路が複
雑になってしまうという問題点があった。また、画素サ
イズに応じた微細加工が必要であり、特に高品位の表示
を行うためには、TFTのようなスイッチング素子を画
素毎に設ける必要があった。そのため低価格化および大
面積化を図るのが困難であるという問題点があった。
【0005】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところはマトリクス構造を持
たない一様な表示素子で画像表示を可能とし、かつ小型
化を図るようにした光学素子及びその駆動方法を提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の光学素子は、第1の電極上に、少な
くとも高誘電率または高透磁率である薄膜を介して設け
られた第2の電極と、電界により光学的特性が変化し、
前記第2の電極上に設けられた光制御層と、該光制御層
上に設けられた第3の電極とを備え、前記第2の電極
は、表示領域全体を網羅するように配置された構造を有
する電極であり、前記第1の電極と前記第2の電極の
縁部との間に交流電圧を印加する複数の電圧印加手段を
接続し、前記第2の電極上に定在波を発生させることを
特徴とするものである。
【0007】このような構成により、誘電率または透磁
率の高い膜を用いて電気信号の伝搬速度を遅くし、電気
的定在波を誘起するので、マトリクス構造を持たない一
様な表示素子で画像表示が可能となる。つまり、マトリ
クス構造のような微細加工された電極を用いず、単に表
示領域全体を被う電極を用いて、駆動や画像表示をする
ことが可能となる。
【0008】 また、前記第2の電極が、表示領域全体
を網羅するように配置されている均一な幅を有する複数
線状体であることを特徴とするものであるので、電極
を線状体にすることにより一次元的な定在波を誘起する
ことができる。つまり、線状体にすることにより、両端
にのみ駆動回路を設ければ済むので駆動回路数を低減で
きる。特に電極を蛇行させれば、2個の駆動回路だけで
2次元的な表示を実現することができる。
【0009】 また、前記第2の電極は、表示領域全体
を網羅するように配置されている平面上に形成された
本の連続線状体であることを特徴とするものである。
【0010】また、本発明の駆動方法は、第1の電極上
に、少なくとも高誘電率または高透磁率である薄膜を介
して第2の電極を設け、該第2の電極上に電界により光
学的特性が変化する光制御層を設け、さらに、該光制御
層上に第3の電極を設けてなる光学素子の駆動方法であ
って、前記第1の電極と前記第2の電極の間に交流電圧
を印加する電圧印加手段を複数接続し、該電圧印加手段
で印加した交流電圧により前記第1及び第2の電極の周
縁部を制御し、前記第2の電極上に定在波を発生させる
ことを特徴とするものである。
【0011】さらに、線状体に形成された前記第2の電
極の両端電位を、前記第1の電極に対して制御すること
を特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を用いて詳細に説明する。
【0013】図1は、本発明の光学素子の一実施例を示
す概略図で、図中符号1は、第1の電極で、第1の電極
1上には、後述する光制御層4と比べて、透磁率と誘電
率の積が大きい薄膜2が設けられている。また、薄膜2
上には第2の電極3と、光制御層4と、透明電極からな
る第3の電極5が順次積層して設けられている。なお、
符号6は基板で、構造の保持に必要である場合に、透明
な基板を用いて全体を支えように構成されている。
【0014】薄膜2の厚さは、光制御層4の厚さを当該
層の誘電率で割り、薄膜2の誘電率を掛けたことにより
算出された厚さより充分小さいことが望ましい。また、
光制御層4は、電界により光学的特性を変化させる任意
の材料を用いることができる。例えば、ネマティック
(TN;Twisted Nematic)などの液晶層、高分子分散
液晶、ゲスト・ホスト(GH;Guest Host)液晶、エレ
クトロクロミック(electrochromic)材料など一般にフ
ラットパネル表示に用いられているものが利用できる。
TNのような複屈折性の変化を示す材料の場合には、光
制御層4の中または素子の外に偏光板を設ける必要があ
る。
【0015】(実施例1)表面を平面に研磨した厚さ1
mmのアルミ板を電極として用い、この上にチタン酸バ
リウム・ストロンチウム(比誘電率)をCVD(気相成
長法)により形成した。さらに、この上に、蒸着により
アルミ薄膜を形成して第2の電極3とした。第2の電極
3は、均一な幅を有する線状体の電極である。
【0016】光制御層4としてはホモジニアス配向させ
たネマティック液晶を用いるため、第2の電極3の表面
にポリビニルアルコール(PVA)を塗布してラビング
処理を行って配向膜を形成した。また、厚さ1mmのガ
ラス板を基板として用い、表面にスパッタリングにより
ITO(Indium-Tin-Oxide film)膜を形成して第3の
電極5である透明電極とした。透明電極上にPVAを塗
布してラビングすることにより配向膜を形成した。そし
て、ラビング方向が反平行になるように基板6に配置
し、隙間にE−7(メルクジャパン:商品名)のような
ネマティック液晶を封入した。
【0017】この光学素子をラビング方向に対して吸収
軸が45度に傾斜した偏光板で観察すると、ECBモー
ド(電圧制御複屈折形)での表示が見られる。このよう
に、マトリクス構造のような微細加工された電極を用い
ず、単に表示領域全体を被う電極を用いて、駆動や画像
表示を行うことが可能となる。
【0018】第1電極1の表面に陽極酸化等で凹凸を設
け、表面積を増やして実効的な誘電率を上げることによ
り、さらに駆動周波数を下げることができる。
【0019】図2(a),(b)は、本発明における光
学素子の実施例の更に詳しい構成図で、図2(a)は断
面図、図2(b)は上面図である。なお、図2(b)に
は基板及び第3の電極は図示されていない。
【0020】図に示すように、矩形の角から電極を取り
出して第1の電極1を接地し、第2の電極3の各角に独
立して交流電圧を印加すると、第2の電極3上の電位は
2次元的な定在波となる。ここで第3の電極5の電位を
接地すると、光制御層4には定在波に相当する電位が印
加され、定在波の振幅に対応した画像が表示される。駆
動する電極を周縁部にも増設するとより細かい画像が表
示可能となる。
【0021】画素サイズa、交流電圧の最高周波数f、
透磁率μ、誘電率εとの間には、真空中の光速C0を使
用した場合に、 a>C0/(f√με) の関係で表わされる。つまり、画素サイズaは波長より
も大きくなければならない。なお、薄膜の誘電率は少な
くとも液晶の誘電率よりも大きい必要がある。
【0022】上述した駆動方法は、以下に述べる実施例
2の駆動方法を2次元フーリエ変換に拡張したものと考
えることができる。
【0023】(実施例2)図3(a),(b)は、本発
明の光学素子のうち、第1及び第2電極と薄膜の部分を
示す概略図で、図3(a)は上面図、図3(b)は側面
図である。その他の部分は実施例1と同じである。つま
り、第2の電極3をパターニングする点以外は実施例1
と同様である。
【0024】この構成によれば、第2の電極3の各線状
のパターンの両端に加える電位を制御すれば、任意の画
像が表示できる。
【0025】以下に、実施例2についてより詳細に説明
する。
【0026】第1の電極1と第3の電極5は接地電位と
する。第2の電極3のみに着目して説明する。配線およ
びドライバ出力インピーダンスは、第2の電極3の特性
インピーダンスと等しくする。第2の電極3の長さをL
とし、両端に加えるドライバ特性インピーダンスに相当
する抵抗で終端された場合の電位をx(t)、y(t)
とする。この場合、tは時刻を示す。また、電極上のx
の側から距離rにおける点の電位をv(r,t)とす
る。
【0027】電位の伝搬速度Cは、真空中の光速を誘電
率と透磁率の積の平方根で割ったものであるので、 C=C0/√εμ ここで、C0は光速、εは誘電率、μは透磁率である。
【0028】各位置における電位v(r,t)は、両端
の電極に加えられた電位により発生する波x′(r,
t)、y′(r,t)の重ね合わせとなる。
【0029】電位の伝搬速度Cを用いると x′(r,t)=x(t−r/C) y′(r,t)=y(t−(L−r)/C) なので、 v(r,t)=x(t−r/C)+y(t−(L−r)
/C) ここで、x,yに下記のような振幅aの正弦波を加えた
とする。
【0030】 x(t)=a cos((nπ/2)(Ct/L) y(t)=a cos(nπ/2)(1+(Ct/L)) ここで、nは0または自然数である。
【0031】このときの各点にかかる実効電圧は
【0032】
【数1】
【0033】となり、任意の空間的に正弦波を構成でき
る。
【0034】一般に正弦波を構成できればフーリエ変換
により、任意の実効電圧分布を以下のようにして構成で
きる。x,yの電圧を
【0035】
【数2】
【0036】とすれば、V(r)として任意の実効電位
分布を得られる。Nの値は理想的には無限であるが、空
間的電界分布に必要とされる分解能で決まる。該電極が
表示する画素数より2Nが大きくなるようにNを選べば
よい。
【0037】(実施例3)図4(a),(b)は、パタ
ーニングされた第2の電極が一本で構成され、全表示面
を網羅するように配置されている図で、図4(a)は上
面図、図4(b)は側面図である。
【0038】本実施例では、第2の電極3の両端(2カ
所)の電位を制御するだけで、2次元画像が表示でき
る。すなわち、駆動回路が2個で済むので複雑さが大幅
に改善されて簡素化できる。
【0039】電極形状は、図4(a)に示すような蛇行
形状だけでなく、任意の一筆書き形状、つまり線状連続
体であれば良い。また、角に丸みを持たせ線幅の均一性
を高めることにより経路による反射を低減でき、さらに
良好な画像を表示することができる。
【0040】また、図5に示したように、配線を微細に
蛇行した細い配線で構成することにより、実効的な配線
を長くし駆動周波数を下げることができる。
【0041】なお、本発明の光学素子における駆動とし
てのフレーム周波数の上限は、電位がディスプレイの端
から端まで伝わる時間の逆数であるので、相当高くする
ことができ、光制御層の応答速度で決まるので動画を表
示することも可能である。
【0042】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第1
の電極上に、少なくとも高誘電率または高透磁率である
薄膜を介して設けられた第2の電極と、電界により光学
的特性が変化し、前記第2の電極上に設けられた光制御
層と、該光制御層上に設けられた第3の電極とを備え、
前記第2の電極は、表示領域全体を網羅するように配置
された構造を有する電極であり、前記第1の電極と前記
第2の電極の周縁部との間に交流電圧を印加する複数の
電圧印加手段を接続し、前記第2の電極上に定在波を発
生させたので、誘電率または透磁率の高い膜を用いて電
気信号の伝搬速度を遅くし、電気的定在波を誘起するの
で、マトリクス構造を持たない一様な表示素子で画像表
示が可能となる。つまり、マトリクス構造のような微細
加工された電極を用いず、単に表示領域全体を被う電極
を用いて、駆動・画像表示をすることが可能となる。
【0043】また、第1の電極上に、少なくとも高誘電
率または高透磁率である薄膜を介して第2の電極を設
け、第2の電極上に電界により光学的特性が変化する光
制御層を設け、さらに、光制御層上に第3の電極を設け
てなる光学素子を駆動するに際し、第1の電極と第2の
電極の間に交流電圧を印加する電圧印加手段を複数接続
し、電圧印加手段で印加した交流電圧により第1及び
2の電極の周縁部の電位を制御し、第2の電極上に定在
波を発生させるので、第2の電極の両端の電位を制御す
るだけで、2次元画像が表示できる。すなわち、駆動回
路が2個で済むので複雑さが大幅に改善されて簡素化で
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学素子の一実施例を示す概略図であ
る。
【図2】本発明の光学素子の実施例の更に詳しい構成図
で、(a)は断面図、(b)は上面図である。
【図3】(a),(b)は、本発明の光学素子のうち、
第1及び第2電極と薄膜の部分を示す概略図である。
【図4】(a),(b)は、パターニングされた第2の
電極が一本で全表示面を網羅するように配置された図で
ある。
【図5】本発明の光学素子の他の実施例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 第1の電極 2 薄膜 3 第2の電極 4 光制御層 5 第3の電極 6 基板
フロントページの続き (72)発明者 田中 秀尚 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−208123(JP,A) 特開 平5−273582(JP,A) 特開 平6−35002(JP,A) 特開 平9−288260(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1343 G02F 1/133

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の電極上に、少なくとも高誘電率ま
    たは高透磁率である薄膜を介して設けられた第2の電極
    と、電界により光学的特性が変化し、前記第2の電極上
    に設けられた光制御層と、該光制御層上に設けられた第
    3の電極とを備え、前記第2の電極は、表示領域全体を
    網羅するように配置された構造を有する電極であり、
    記第1の電極と前記第2の電極の周縁部との間に交流電
    圧を印加する複数の電圧印加手段を接続し、前記第2の
    電極上に定在波を発生させることを特徴とする光学素
    子。
  2. 【請求項2】 前記第2の電極は、表示領域全体を網羅
    するように配置されている均一な幅を有する複数の線状
    体であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
  3. 【請求項3】 前記第2の電極は、表示領域全体を網羅
    するように配置されている平面上に形成された1本の
    続線状体であることを特徴とする請求項1に記載の光学
    素子。
  4. 【請求項4】 第1の電極上に、少なくとも高誘電率ま
    たは高透磁率である薄膜を介して第2の電極を設け、該
    第2の電極上に電界により光学的特性が変化する光制御
    層を設け、さらに、該光制御層上に第3の電極を設けて
    なる光学素子の駆動方法であって、前記第1の電極と前
    記第2の電極の間に交流電圧を印加する電圧印加手段を
    複数接続し、該電圧印加手段で印加した交流電圧により
    前記第1及び第2の電極の周縁部を制御し、前記第2の
    電極上に定在波を発生させることを特徴とする光学素子
    の駆動方法。
  5. 【請求項5】 線状体に形成された前記第2の電極の両
    端電位を、前記第1の電極に対して制御することを特徴
    とする請求項4に記載の光学素子の駆動方法。
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