説明

液晶光学素子

【課題】不純物イオン等により生じる直流電圧の変動を的確に捉え、その変動に追従する形で駆動電圧を正確に補正することが可能な液晶光学素子を提供する。
【解決手段】シリコン基板1の液晶層27側の面に直流電圧測定電極31〜36を設けると共に、ガラス基板2が備えた対向電極25の一部をそれらと電気的対を成す直流電圧測定電極44として構成し、それら電極を介して液晶層27中の不純物イオン等により発生する直流電圧を測定して、その測定結果を基に直流電圧を相殺するオフセット電圧を算出して液晶光学素子の駆動電圧に重畳させ、重畳後の電圧で液晶光学素子を駆動する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶光学素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に液晶光学素子は、複数の画素電極を有する第1の基板とこの第1の基板に相対する対向電極を有する第2の基板とを備え、それら第1の基板と第2の基板とをシール材を介して互いに貼り合わせることで形成された隙間に液晶を封入することで構成されている。このような液晶光学素子では、封入された液晶が不純物で汚染されていると、不純物から発生するイオンの影響によって、液晶のスイッチングが正常に行われないことがある。特に、LCOS型(反射型)液晶光学素子では、画素電極としてアルミニウム薄膜等が用いられ、その一方で対向電極としては酸化インジウムスズ(ITO)等が用いられることから、異種電極材料間で電池効果が発生して液晶に直流電圧が印加されやすくなる。これらの影響から、ある静止画像を一定時間表示した後、次に表示される画像上に前の画像が残像として視認される現象(焼き付き)が発生し、液晶光学素子の表示品質が低下する。このような課題を解決するために、次のような技術が開発されている。
【0003】
図8は、従来技術による液晶光学素子の1画素周辺を示す平面図(a)とそのB−B断面図(b)である。ここに示す液晶光学素子では、ガラス等から成る2枚の透明基板1、2のうち一方の透明基板(第1の基板)1上にITO膜から成る画素電極15と、画素電極15を駆動する薄膜トランジスター(TFT)82と、TFT82に電気信号を供給するデータバスライン83及びスキャンバスライン84とが設けられ、もう一方の透明基板(第2の基板)2上にITO膜から成る対向電極25が設けられ、各透明基板1、2の液晶層27側の面に液晶層27を所定の方向に配向させる配向膜26が設けられており、それら2枚の透明基板1、2を互いに貼り合せることで形成された隙間に液晶層27が封入されている。さらに、この液晶光学素子の特徴として、画素電極15を取り囲むデータバスライン83とスキャンバスライン84の上に、液晶層27中の不純物を吸着する吸着性部材(MgO)95が設けられている。液晶層27中の不純物は、吸着性部材95に吸着することで除去され、不純物に起因するイオンの発生が抑制される。(例えば、特許文献1参照)
【0004】
図9は、従来技術による液晶光学素子の平面図である。ここに示す液晶光学素子では、第1の基板1上に画素電極とスイッチング素子(TFT)と配向膜とが設けられ、第2の基板2上に対向電極と配向膜とが設けられ、それら2枚の基板1、2が互いに貼り合わされることで形成された隙間に液晶層が封入されており、さらに、この液晶光学素子の特徴として、液晶光学素子中央の画素電極が設けられた領域(光変調領域21)よりも外側の画像表示には寄与しない領域に、液晶層中のイオンを電気的に吸着するイオントラップ電極104が設けられている。
【0005】
イオントラップ電極104は、第1の基板1に設けられた電極端子107に接続されたイオントラップ電極104と、第2の基板2に設けられた第2のイオントラップ電極108に接続されたイオントラップ電極104とが電気的対を成して構成されており、それら2つのイオントラップ電極104間に電極端子107、108を介して所定の電圧を印加することで、光変調領域21内に存在するイオンがイオントラップ電極104に引き寄せられて光変調領域21外へと移動し、そこでイオントラップ電極104上の配向膜に吸着して捕捉される。これにより、光変調領域21内からイオンが掃き出され、光変調領域21内で焼き付きの発生が防止される。(例えば、特許文献2参照)
【0006】
図10は、従来技術による液晶光学素子の焼き付き発生時における不純物イオンの状態を模式的に示す図であり、図11は、従来技術による液晶光学素子の駆動電圧波形を示す図である。尚、図10では不純物陽イオン111が配向膜26に吸着している場合を例示してある。
【0007】
まず、焼き付きが発生している場合には、例えば、図10に示すように一方の配向膜26の表面に不純物陽イオン112が吸着し、それと反対側の配向膜26の表面近傍に不純物陰イオン111が偏在しており、液晶層27内では図中上向きの内部電場(直流電圧)115が生じ、これにより液晶分子の自発分極の向きも同じように上方向を向いている。
【0008】
このような状態で液晶光学素子に印加する駆動電圧の大きさを+側から−側、及び−側から+側へ連続的に変化させてスイッチングさせた際には、不純物イオンによる内部電場の影響で、図11に示すように、+側から−側への電圧変化に対してスイッチングが起こるスイッチング電圧V1と、−側から+側への電圧変化に対してスイッチングが起こるスイッチング電圧V2とは互いに大きさ(絶対値)が一致せず、単純に同じ大きさの電圧を極性を変えて印加しただけでは正常な表示は行えない。そこで、予めV1とV2を測定しておき、それらの合算値の半分の値(電圧Va)とV1及びV2との差をオフセット電圧VBSとして駆動電圧に重畳し、その重畳後の電圧で液晶光学素子を駆動する。これにより、不純物イオンによる直流電圧を相殺して焼き付きを防止することができる。尚、ここで駆動電圧の測定は、実際に液晶光学素子に駆動電圧を印加し、その表示状態をクロスニコル環境下で観察しながら駆動電圧を少しずつ変化させ(10mV/sec程度)、スイッチングが起こる電圧を調べることで行われる。(例えば、特許文献3参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平3−152512号公報
【特許文献2】特開平8−201830号公報
【特許文献3】特開平7−248484号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
吸着性物質やイオントラップ電極を設ける従来技術は、軽度の焼き付きとされる、いわゆる「イオン可動型の焼き付き」に対しては有効であるが、それよりも重度の焼き付きとされる、いわゆる「イオン固定型の焼き付き」に対しては十分な効果が得られない。
【0011】
それに対し、駆動電圧にオフセット電圧を重畳させる従来技術は、重度の焼き付きに対しても有効的であるが、予め液晶光学素子の駆動電圧を人為的に測定しておかなければならず、しかも駆動電圧には液晶光学素子毎にバラツキ(個体差)があるため、液晶光学素子毎に個別に対応しなければならない。また、駆動電圧は周囲の温度によっても変化し、使用時間等によって焼き付きの程度も変化するため、それら諸要因の変動に追従する形で駆動電圧を正確に補正することは困難である。
【0012】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、不純物イオン等により生じる直流電圧の変動を的確に捉え、その変動に追従する形で駆動電圧を正確に補正することが可能な液晶光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
画素電極を備えた第1の基板と前記画素電極に対向する対向電極を備えた第2の基板とを有し、前記第1の基板と前記第2の基板とがシール材を介して互いに貼り合わされることで形成された隙間に液晶が封入されて成る液晶光学素子であって、前記第1の基板に設けられた、前記液晶中のイオン等により発生する直流電圧を測定するための第1の直流電圧測定電極と、前記第2の基板に設けられた、前記第1の直流電圧測定電極と電気的対を成す第2の直流電圧測定電極と、前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極を介して前記直流電圧を測定する直流電圧測定部とを有し、前記直流電圧測定部による前記直流電圧の測定結果に基づいて、前記直流電圧を相殺するオフセット電圧を算出して前記液晶光学素子の駆動電圧に重畳し、該重畳後の電圧を前記液晶光学素子に印加して前記液晶光学素子を駆動する液晶光学素子とする。
【0014】
前記第2の直流電圧測定電極は、前記対向電極の一部で構成されている液晶光学素子とされ得る。
【0015】
前記第1の直流電圧測定電極及び/又は前記第2の直流電圧測定電極は、前記液晶光学素子の光変調領域外周に隣接して配置されている液晶光学素子とされ得る。
【0016】
前記第1の直流電圧測定電極及び/又は前記第2の直流電圧測定電極は、前記液晶光学素子の光変調領域内に配置されている液晶光学素子とされ得る。
【0017】
前記第1の直流電圧測定電極及び/又は前記第2の直流電圧測定電極は、複数の画素を所定の単位で区画した領域に沿って配置されている液晶光学素子とされ得る。
【0018】
複数の画素を区画する前記所定の単位は、複数の画素で構成されたマトリクスの1列である液晶光学素子とされ得る。
【0019】
複数の画素を区画する前記所定の単位は、複数の画素の1つである液晶光学素子とされ得る。
【0020】
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極は、互いに電気的に独立して複数対設けられている液晶光学素子とされ得る。
【0021】
前記直流電圧の測定を前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極の対毎に行い、該測定結果に基づいて、前記オフセット電圧を前記直流電圧の測定領域毎に個別に算出して前記駆動電圧に重畳し、該重畳後の電圧を前記直流電圧の測定領域毎に個別に印加する液晶光学素子とされ得る。
【0022】
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極には、各々対応する引出配線が接続され、該引出配線は立体的に互いに交差する交差部を有し、該交差部において前記引出配線は細線化されている液晶光学素子とされ得る。
【0023】
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極には、各々対応する引出配線が接続され、該引出配線は、前記シール材で覆われている液晶光学素子とされ得る。
【0024】
前記直流電圧の測定は、前記光変調領域の光変調休止期間に行われる液晶光学素子とされ得る。
【0025】
前記直流電圧の測定は、前記直流電圧の測定を行う直流電圧測定期間と、前記直流電圧の測定を行わない測定停止期間とを有し、前記測定停止期間においては、前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極に前記液晶光学素子の駆動電圧と同等の電圧を印加する液晶光学素子とされ得る。
【0026】
前記直流電圧の測定は、前記直流電圧の測定を行う直流電圧測定期間の前後のうち少なくともいずれか一方に、前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極に電荷中和用の電圧を印加する中和期間を有する液晶光学素子とされ得る。
【0027】
前記直流電圧の測定結果に基づいて前記直流電圧の測定頻度を可変する液晶光学素子とされ得る。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、液晶中の不純物イオン等により発生する直流電圧を測定するための電極を液晶光学素子に直接設けることで、直流電圧の変動を的確に捉え、その変動に追従する形で駆動電圧を正確に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明による液晶光学素子を示す平面図(a)とそのA−A断面図(b)(実施例1)
【図2】直流電圧測定電極に印加する電圧の波形と光変調領域に印加する駆動電圧の波形を模式的に示す図
【図3】本発明による液晶光学素子の変形例を示す平面図(実施例2)
【図4】図3のB部拡大図(実施例2)
【図5】本発明による液晶光学素子の変形例を示す画素電極周辺の要部拡大平面図(実施例3)
【図6】本発明による液晶光学素子の変形例を示す画素電極周辺の要部拡大平面図(実施例4)
【図7】本発明による液晶光学素子で用いられる電圧測定回路の回路模式図
【図8】従来技術による液晶光学素子の1画素周辺を示す平面図(a)とそのB−B断面図(b)
【図9】従来技術による液晶光学素子の平面図
【図10】従来技術による液晶光学素子の焼き付き発生時における不純物イオンの状態を模式的に示す図
【図11】従来技術による液晶光学素子の駆動電圧波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0030】
図1は、本発明による液晶光学素子を示す平面図(a)とそのA−A断面図(b)である。図2は、直流電圧測定電極に印加する電圧の波形と光変調領域に印加する駆動電圧の波形を模式的に示す図である。以下、図1、2を用いて本発明の実施例1について説明する。
【0031】
図1に示すように、本発明による液晶光学素子は、アルミニウム膜から成る複数の画素電極(反射電極)15とそれらの上に一様に形成された配向膜26とを備えたシリコン基板(第1の基板)1と、複数の画素電極15と対向するように一様に形成された酸化インジウムスズ(ITO)膜から成る対向電極25とその上に一様に形成された配向膜26とを備えたガラス基板(第2の基板)2とを備え、それら2枚の基板1、2がシール材17を介して互いに貼り合わされることで形成された隙間に液晶注入口18を介して液晶層27が注入され、液晶注入口18に封止材19を塗布することで封止されている。
【0032】
シリコン基板1が備えた複数の画素電極15の各々は、シリコン基板1に形成されたLSI駆動素子5に電気的に接続されると共に、ガラス基板2が備えた対向電極25と対向することで1つの画素を構成し、それが画素電極15の数に応じてマトリクス状に複数配列されて光変調領域(画素領域)21が形成されている。
【0033】
シリコン基板1の液晶層27に接する側の面には、液晶層27中のイオン等により生じる直流電圧を測定するための直流電圧測定電極(第1〜6の直流電圧測定電極)31〜36が設けられている。直流電圧測定電極31〜36は、画素電極15と同様の金属材料で構成され、光変調領域21の外周に隣接する形で配置されている。
【0034】
尚、直流電圧測定電極は、シール材17の一部に設けられた液晶注入口18と対向する領域には設けられていない。これは、液晶注入口18と対向する領域は液晶が変化しやすく、仮に直流電圧測定電極を設けたとしても測定した値が光変調領域21のそれとは異なる可能性があるためである。しかしながら、直流電圧測定電極を設けないと、直流電圧測定電極が設けられた領域との間で落差が生じて液晶層27の厚さが変化してしまうため、本実施例1では、液晶層27の厚さの均一性を保つため、液晶注入口18と対向する領域(液晶注入口18近傍とそれと光変調領域21を挟んで反対側の領域)には、直流電圧測定電極31〜36と同等の厚さを有すると共に電気的には機能しない第1の擬似電極22と第2の擬似電極23が設けられている。
【0035】
また、第1の擬似電極22と第2の擬似電極23を設けた場合であっても、画素電極15と直流電圧測定電極31〜36が設けられた領域とそうでない領域との間には依然として落差があるため、その落差を埋めてシリコン基板1の液晶層27側の面を平坦にするために、画素電極15と直流電圧測定電極31〜36が設けられていない領域には平坦化膜6が形成されている。
【0036】
直流電圧測定電極31〜36は、各々個別の引出配線51を介してシリコン基板1の一端側へと引き回され、第1のスイッチ群41と第2のスイッチ群42を順次介して直流電圧測定部40に接続されている。第1のスイッチ群41は、外部信号制御部29からの信号を受けて動作し、直流電圧測定電極31〜36と第2のスイッチ群42との電気的接続の切り替えを行う。第2のスイッチ群42は、直流電圧測定部40と直流電圧測定電極31〜36との電気的接続を選択的に切り替えるもので、本実施例1のように1つのスイッチを用いて1系統で切り替える構成と、接点の数に応じた6つのスイッチを用いて6系統で切り替える構成とが任意に選択可能であるが、1系統で切り替える構成にすれば回路面積を小さくすることができるため、小型化には有効である。
【0037】
一方、ガラス基板2が備えた対向電極25は、シリコン基板1に設けられた各直流電圧測定電極31〜36と対向する位置まで光変調領域21を越えて拡張されており、その拡張された領域が直流電圧測定電極31〜36と電気的対を成す直流電圧測定電極44として構成されている。すなわち、対向電極25の一部が直流電圧測定電極を兼ねている。
【0038】
直流電圧測定電極44は、電極端子56と引出配線55を順次介して直流電圧測定部40に接続されている。尚、引出配線55は、フレキシブルプリント基板(FPC)等の上に設けられている。
【0039】
直流電圧測定部40は、例えば、液晶光学素子の駆動回路内に組み込まれており、キャパシタ(コンデンサ)16と、基準電位(グランド電位)30と、複数のスイッチ(第1〜3のスイッチ46〜48)と、電圧測定回路52とを備えている。第1のスイッチ46は、第2のスイッチ群42を基準電位30に接続をするか、キャパシタ16に接続をするかを切り替えるものである。第2のスイッチ47は、対向電極25(直流電圧測定電極44)の引出配線55を基準電位(グランド電位)30に接続するか、キャパシタ16に接続するかを切り替えるものである。
【0040】
例えば、図1(a)は、第2の直流電圧測定電極32で直流電圧を測定している状況を示しており、この時、第1のスイッチ群41は、第2の直流電圧測定電極32のみを第2のスイッチ群42に導通させ、第2のスイッチ群42は、さらにそれを直流電圧測定部40に選択的に導通させており、直流電圧測定部40の内部では、第1のスイッチ46がコンデンサ16側へ閉じて第2のスイッチ群42とキャパシタ16が導通し、第2のスイッチ47がキャパシタ16側へ閉じて引出配線55とキャパシタ16が導通し、第3のスイッチ48が閉じてキャパシタ16と電圧測定回路52が導通している。
【0041】
また、直流電圧の測定後には、第1のスイッチ46が基準電位30側に閉じ、第2のスイッチ47が同じく基準電位30側に閉じることで、第2の直流電圧測定電極32と対向電極25(直流電圧測定電極44)とが互いにショートした状態となり、直流電圧測定電極32に帯電した電荷が放出(初期化)される。
【0042】
直流電圧の測定は、例えば、図2(a)に示すようなパルス電圧を直流電圧測定電極31〜36と対向電極25(直流電圧測定電極44)との間に印加することにより行われる。尚、図2(b)は、光変調領域21の液晶層27に印加される駆動電圧を示しており、+Vp1と−Vp1を印加して光変調領域21を動作させる光変調動作期間(Td)と、+Vp2と−Vp2を印加して光変調領域21を休止させる光変調休止期間(Ts)とを有している。
【0043】
まず、直流電圧測定電極31〜36が設けられた領域では、光変調領域21と同様に液晶分子が所定の方向に配向されており、その領域の液晶分子にも光変調領域21と同様の挙動をさせるため、図2(b)の光変調動作期間(Td)に対応するように測定停止期間(Ta)を設けて、光変調領域21と同様の電圧信号を印加する。これは、光変調領域21とは離れた位置にある直流電圧測定電極31〜36に、光変調領域21で実際に発生している代表的な直流電圧成分(経時変化も含めた直流電圧成分)にできるだけ近似した値を測定させるためである。
【0044】
次に、図2(b)の光変調休止期間(Ts)に対応するように測定前中和期間(Tn1)を設けて、液晶層27に基準電位(G)に対して対称な電圧(+Vp1、−Vp1)を互いに時間的に等しくなるように印加し、続いて、第1の直流電圧測定期間(Tm(+))を設けて、直流電圧の測定を行う。第1の直流電圧測定期間(Tm1)では、図1(a)に示す各スイッチや電圧測定回路52等が適宜動作をし、液晶層27に印加されている直流電圧の測定を行う。つまり、光変調領域21を駆動させると、不純物イオンや電池効果の影響により光変調領域21に直流電圧が発生し、それに伴って直流電圧測定電極31〜36と対向電極25(直流電圧測定電極44)が徐々に帯電していくことから、帯電した電荷を引出配線51、55を介して直流電圧測定部40のキャパシタ16へと移動させ、キャパシタ16に蓄積された電荷(直流電圧)を電圧測定回路52で測定する。
【0045】
ここで、直流電圧の測定を行うことで液晶層27に多少の直流電圧が印加され、それにより測定結果に誤差やバラツキが生じる可能性があるため、本実施例では、第1の直流電圧測定期間(Tm(+))の後に測定間中和期間(Tn2)を挟んで第2の直流電圧測定期間(Tm(−))を設けて2回目の直流電圧の測定を行い、1回目の測定結果と2回目の測定結果の平均値を採用する。
【0046】
第2の直流電圧測定期間(Tm(−))の後は、測定後中和期間(Tn3)を設けて、第2の直流電圧測定期間(Tm(−))に液晶層27へ多少印加されていた直流電圧を中和してから再び測定停止期間(Ta)とする。尚、測定間中和期間(Tn2)と測定後中和期間(Tn3)では、測定前中和期間(Tn1)と同様に、液晶層27に基準電位(G)に対して対称な電圧(+Vp1、−VP1)を互いに時間的に等しくなるように印加する。また、基準電位(G)は、前回の測定結果が反映されているため、測定毎に多少変動することになる。
【0047】
尚、直流電圧の測定を行うタイミングは適宜選択が可能であり、例えば、光変調領域21の光変調休止期間を有する場合には、光変調休止期間毎に都度行うようにすれば、直流電圧の変動に常に追従する形で過不足の無い正確な電圧補正を行うことができる。また、光変調休止期間の複数回に1回測定を行っても良く、さらに、直流電圧の測定には数秒程度の時間を要することがあることから、液晶光学素子の起動時や終了時が好ましい。また、連続的に長期間、例えば1年以上継続的に液晶光学素子を使用する場合等には、液晶光学素子が測定頻度を自己判断して直流電圧の測定を行うようにしてもよい。この場合には、例えば、タイマー回路を利用して、どの時期に測定を行うかを予め設定しておき、複数回測定を行った後も直流電圧の測定結果が全く変化しない場合には、最初に設定した測定周期を2倍にする等の構成が採られる。このように、直流電圧の測定結果に基づいて測定頻度を可変するようにすれば、無駄な測定を省略して低消費電力化を図ったり、測定頻度を上げて補正の追従性を向上させたりする等して、測定頻度を最適化することができる。
【0048】
本実施例では、以上のような直流電圧の測定を光変調領域21の外周に配置された直流電圧測定電極31〜36毎に行い、その測定結果を受けて、光変調領域21に印加される直流電圧の総和を求め、その値を基に直流電圧を相殺するためのオフセット電圧(図11に示すVBSに相当)を算出して、図2(b)に示すような液晶光学素子の駆動電圧に重畳させ、その重畳後の電圧により液晶光学素子を駆動する。即ち、液晶層27に印加される直流電圧を直流電圧測定電極31〜36を用いて液晶光学素子の光変調休止期間(Ts)毎に測定し、その測定結果を次回の光変調動作期間(Td)の基準電位(G)に反映させる。尚、直流電圧の測定から駆動電圧の補正までの一連の処理は、全て液晶光学素子の駆動回路により電気的に行われる。
【0049】
以上により、液晶中に存在する不純物イオンや電池効果による電圧差、さらにはシール材等から発生するガス成分やシール材を通して外部から液晶層中に侵入してくる水分等による電圧差が解消されるため、焼き付きの無い安定した光変調特性を長期間にわたって維持することができる。
【0050】
また、図9に示した従来技術では、不純物イオン等により生じる直流電圧を予め液晶光学素子毎に人為的に測定しておかなければならなかったが、本発明では、直流電圧を測定するための電極(直流電圧測定電極)を液晶光学素子自体に直接設けることで、液晶光学素子毎の直流電圧の測定を、光変調領域内で実際に発生している電荷量に基づいて液晶光学素子が電気的且つ自己的に任意のタイミングで行うことが可能であり、駆動電圧の補正を直流電圧の大きさに追従する形で正確に行うことができる。
【実施例2】
【0051】
図3は、本発明による液晶光学素子の変形例を示す平面図である。尚、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。実施例1では、シリコン基板1に設けられた直流電圧測定電極31〜36と電気的対を成す電極として対向電極25の一部を利用していたが、本実施例2では、対向電極25からは電気的に切り離された直流電圧測定電極44を設けている。
【0052】
直流電圧測定電極44は、対向電極25と同様の酸化インジウムスズ(ITO)膜から成る透明導電膜で構成され、シリコン基板1側の直流電圧測定電極31〜34の各々と対向するように、光変調領域21の互いに対向する長辺側に2つずつ配置されており、各々個別の引出配線59を介してガラス基板2の一端側へと引き回され、電極端子56を介して直流電圧測定部40(不図示)と接続されている。本実施例2では、直流電圧測定電極44毎にスイッチ(不図示)を設けて、各電極端子56と直流電圧測定部40との電気的接点を個別に選択できるようにしている。尚、本実施例2では、シリコン基板1側の直流電圧測定電極35、36と電気的対を成すガラス基板2側の直流電圧測定電極は、実施例1と同様に対向電極25の一部で構成されているが、ガラス基板2側の直流電圧測定電極全てを対向電極25から電気的に切り離す構成としても良い。
【0053】
このように、シリコン基板1側の直流電圧測定電極とガラス基板2側の直流電圧測定電極の各対を互いに独立させて設ければ、液晶光学素子を長期間使用する場合などに、仮にシリコン基板1側の直流電圧測定電極とガラス基板2側の直流電圧測定電極とが電気的に短絡(ショート)して機能しなくなったとしても、他の直流電圧測定電極を利用して測定を行うことができるため有効である。さらに、実施例1のように、ガラス基板2側の直流電圧測定電極が対向電極25と電気的に接続されている場合には、シリコン基板1側の直流電圧測定電極とガラス基板2側の直流電圧測定電極とが電気的に短絡(ショート)すると、光変調領域21の光変調駆動に影響を及ぼす可能性があることからも、対向電極25からガラス基板2側の直流電圧測定電極を電気的に切り離すことは有効である。また、それら複数の直流電圧測定電極の対において各々個別に直流電圧を測定すれば、光変調領域21内における直流電圧のバラツキを捉えることができ、そのバラツキに応じて大きさの異なる複数のオフセット電圧を測定領域毎に選択的に印加することで、光変調領域21内の異なる領域毎に過不足のない正確な電圧補正を行うことができる。尚、それら以外の点について、前述の実施例1と同様の作用が得られることは言うまでもない。
【0054】
また、図4は、図3のB部拡大図で、ここに示すように、シリコン基板1側の直流電圧測定電極31〜36に接続された引出配線61とガラス基板2側の直流電圧測定電極44に接続された引出配線62とが互いに立体的に交差するように配置されている場合には、その交差部63に発生する寄生容量、例えばシール材を介して形成される寄生容量により直流電圧の測定が影響を受けるため、互いの対向面積を減少させる目的で、図4に示すように交差部63の線幅をそれ以外の領域の幅よりも狭く(細線化)するのが好ましい。
【0055】
また、シリコン基板1側の直流電圧測定電極あるいはガラス基板2側の直流電圧測定電極に接続された引出配線が外部に露出していると、表面の酸化や電蝕反応等により電気的特性が変化することがあるため、配線の表面を保護膜で被覆したり、図3に示すようにシール材17で覆うことが好ましい。
【0056】
また、不純物イオン等により発生する直流電圧の大きさには、シール材17と封止材19で囲まれた液晶層27の平面的な位置、液晶層27に印加される電圧(駆動波形)、液晶層27への蓄積電圧ストレス(蓄積直流成分)等により差が生じるため、光変調領域21内で実際に発生している直流電圧を正確に測定するには、直流電圧測定電極を以上の実施例1、2のように光変調領域21の外周に隣接させて配置するのが好ましい。また、より正確な測定を行うためには、直流電圧測定電極を光変調領域21外周の異なる領域に複数配置して複数間の平均的な直流電圧を測定するのがより好ましく、光変調領域21全域にわたって平均的な直流電圧を測定する意味では、光変調領域21外周のできるだけ広い範囲にわたって配置するのがより好ましい。
【実施例3】
【0057】
図5は、本発明による液晶光学素子の変形例を示す画素電極周辺の要部拡大平面図である。直流電圧測定電極は、光変調領域21の外周に近接させて配置するのが好ましいが、光変調領域21の内側に配置するのがさらに好ましく、この場合には、例えば、図5に示すように、マトリクスを構成する複数の画素(画素電極15)のうちマトリクスの任意の1列を構成する画素列を1つの単位として区画し、その区画した領域の外周に沿って直流電圧測定電極を配置する構成が有効である。図5では、マトリクスの1列を囲む3辺に沿って配置する例を示しており、短辺側の1辺に1つ(直流電圧測定電極66)と、長辺側の2辺に2つ(直流電圧測定電極67)を配置している。尚、ここでは、シリコン基板1側の直流電圧測定電極について説明したが、ガラス基板2側の直流電圧測定電極についても同様である。また、直流電圧測定電極を光変調領域21内の異なる領域毎に複数配置して複数間の平均的な直流電圧を測定するのが有効であることは、本実施例3においても同様である。
【実施例4】
【0058】
図6は、本発明による液晶光学素子の変形例を示す画素電極周辺の要部拡大平面図である。直流電圧測定電極を光変調領域21内に配置する場合には、例えば、図6に示すように、1画素(画素電極15)の外周に沿って直流電圧測定電極を配置する構成も採り得る。ここでは、画素電極15の4辺に沿って直流電圧測定電極68が1辺につき1つずつ配置している。尚、引出配線は図示していないが(実施例3も同様)、適宜引き回しをすればよい。本実施例4は、画素電極と画素電極との間の隙間が大きい場合に特に有効であるが、その場合に限定されるものではない。
【0059】
尚、以上の実施例3、4においても、実施例2と同様に複数の直流電圧測定電極毎に個別に直流電圧を測定し、その測定結果を基に複数のオフセット電圧を算出して測定領域毎に選択的に印加することが可能であるが、その場合には(特に実施例4では)、無数の直流電圧測定電極毎に直流電圧の測定からオフセット電圧の算出を行うことになって演算処理等が複雑になると言えるが、直流電圧を何箇所で個別に測定するかについては、測定精度とのバランスを考慮して適宜選択をすれば良い。
【0060】
図7は、本発明による液晶光学素子で用いられる電圧測定回路の回路模式図である。図1に示した電圧測定回路52は、例えば、一般的なA/Dコンバーター回路で構成され、図7に示すようにコンパレータ76の出力(Enable)がH状態(Vin>Vcomp)ではバイナリカウンタ71はUPカウントを続け、Vcompを上昇させる。Vcomp>VinとなったところでEnableはLになりDownカウントになる。以上によりVinとVcompはあるところで釣り合い、このときのバイナリカウンタ出力値がVinをデジタル的に表していることになる。
【0061】
例えば、下表に示すように、基準抵抗(R)74の1/2をR/2とし、1/4をR/4とし、1/8をR/8として、各抵抗の抵抗選択スイッチ78をON、OFFさせることにより、リファレンス電圧(Vref)73に対するバイナリカウンタ出力値(Vcomp)が得られる。
【0062】
【表1】

【0063】
以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発明は上述した実施例に限定されることはなく、また、それら全ての構成を備える必要もなく、特許請求の範囲に記載した内容の範囲で種々の変更や省略をすることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0064】
1 第1の基板
2 第2の基板
5 LSI駆動素子
6 平坦化膜
15 画素電極
16 キャパシタ
17 シール材
18 液晶注入口
19 封止材
20 直流電圧測定部
21 光変調領域
22 第1の擬似電極
23 第2の擬似電極
25 対向電極
26 配向膜
27 液晶層
29 外部信号制御部
30 基準電位(グランド電位)
31 第1の直流電圧測定電極
32 第2の直流電圧測定電極
33 第3の直流電圧測定電極
34 第4の直流電圧測定電極
35 第5の直流電圧測定電極
36 第6の直流電圧測定電極
40 直流電圧測定部
41 第1のスイッチ群
42 第2のスイッチ群
44 直流電圧測定電極
46 第1のスイッチ
47 第2のスイッチ
48 第3のスイッチ
51 引出配線
52 電圧測定回路
55 引出配線
56 電極端子
59 引出配線
61 引出配線
62 引出配線
63 交差部
66 直流電圧測定電極
67 直流電圧測定電極
68 直流電圧測定電極
71 バイナリカウンタ
73 リファレンス電圧
74 基準抵抗
76 コンパレータ
78 抵抗選択スイッチ
82 TFT
83 データバスライン
84 スキャンバスライン
95 吸着性部材
105 イオントラップ電極
107 電極端子
108 電極端子
111 陽イオン
112 陰イオン
115 内部電場
117 自発分極の向き

【特許請求の範囲】
【請求項1】
画素電極を備えた第1の基板と前記画素電極に対向する対向電極を備えた第2の基板とを有し、前記第1の基板と前記第2の基板とがシール材を介して互いに貼り合わされることで形成された隙間に液晶が封入されて成る液晶光学素子であって、
前記第1の基板に設けられた、前記液晶中のイオン等により発生する直流電圧を測定するための第1の直流電圧測定電極と、
前記第2の基板に設けられた、前記第1の直流電圧測定電極と電気的対を成す第2の直流電圧測定電極と、
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極を介して前記直流電圧を測定する直流電圧測定部とを有し、
前記直流電圧測定部による前記直流電圧の測定結果に基づいて、前記直流電圧を相殺するオフセット電圧を算出して前記液晶光学素子の駆動電圧に重畳し、該重畳後の電圧を前記液晶光学素子に印加して前記液晶光学素子を駆動することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項2】
前記第2の直流電圧測定電極は、前記対向電極の一部で構成されていることを特徴とする請求項1記載の液晶光学素子。
【請求項3】
前記第1の直流電圧測定電極及び/又は前記第2の直流電圧測定電極は、前記液晶光学素子の光変調領域外周に隣接して配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶光学素子。
【請求項4】
前記第1の直流電圧測定電極及び/又は前記第2の直流電圧測定電極は、前記液晶光学素子の光変調領域内に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶光学素子。
【請求項5】
前記第1の直流電圧測定電極及び/又は前記第2の直流電圧測定電極は、複数の画素を所定の単位で区画した領域に沿って配置されていることを特徴とする請求項3又は4記載の液晶光学素子。
【請求項6】
複数の画素を区画する前記所定の単位は、複数の画素で構成されたマトリクスの1列であることを特徴とする請求項5記載の液晶光学素子。
【請求項7】
複数の画素を区画する前記所定の単位は、複数の画素の1つであることを特徴とする請求項5記載の液晶光学素子。
【請求項8】
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極は、互いに電気的に独立して複数対設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の液晶光学素子。
【請求項9】
前記直流電圧の測定を前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極の対毎に行い、該測定結果に基づいて、前記オフセット電圧を前記直流電圧の測定領域毎に個別に算出して前記駆動電圧に重畳し、該重畳後の電圧を前記直流電圧の測定領域毎に個別に印加することを特徴とする請求項8記載の液晶光学素子。
【請求項10】
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極には、各々対応する引出配線が接続され、該引出配線は立体的に互いに交差する交差部を有し、該交差部において前記引出配線は細線化されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の液晶光学素子。
【請求項11】
前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極には、各々対応する引出配線が接続され、該引出配線は、前記シール材で覆われていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の液晶光学素子。
【請求項12】
前記直流電圧の測定は、前記光変調領域の光変調休止期間に行われることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一つに記載の液晶光学素子。
【請求項13】
前記直流電圧の測定は、前記直流電圧の測定を行う直流電圧測定期間と、前記直流電圧の測定を行わない測定停止期間とを有し、前記測定停止期間においては、前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極に前記液晶光学素子の駆動電圧と同等の電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の液晶光学素子。
【請求項14】
前記直流電圧の測定は、前記直流電圧の測定を行う直流電圧測定期間の前後のうち少なくともいずれか一方に、前記第1の直流電圧測定電極と前記第2の直流電圧測定電極に電荷中和用の電圧を印加する中和期間を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一つに記載の液晶光学素子。
【請求項15】
前記直流電圧の測定結果に基づいて前記直流電圧の測定頻度を可変することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一つに記載の液晶光学素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2011−203681(P2011−203681A)
【公開日】平成23年10月13日(2011.10.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−73376(P2010−73376)
【出願日】平成22年3月26日(2010.3.26)
【出願人】(000166948)シチズンファインテックミヨタ株式会社 (438)
【出願人】(000001960)シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Fターム(参考)】