JPH055894A - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】信号ライン数を増加させることなく、かつ比較
的簡単な駆動回路で面積階調方式による階調表示を行な
うことができ、しかも製造も容易な強誘電性液晶表示素
子を提供する。 【構成】画素電極６を複数の電極に分割するとともに、
この各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃを高抵抗の接続部７
ａ，７ｂでつなぎ、その１つの分割電極６ａを信号ライ
ン５に接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶表示素子
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶表示素子は、強誘電性液晶
の双安定性を利用したもので、強誘電性液晶は、そのし
きい値電界以上の電界を印加すると、液晶分子が一方向
に配向して電界の印加を断った後もこの配向状態を保
ち、また、上記電界と逆方向でかつ液晶のしきい値電界
以上の電界を印加すると、液晶分子が前の配向方向に対
してほぼ４５°回動した方向に配向して電界の印加を断
った後もこの配向状態を保つ。

【０００３】ところで、上記強誘電性液晶表示素子は、
液晶分子がその双安定性により上記２つの配向方向のい
ずれかに配向するため、その中間の状態に液晶分子を配
向させることができないので、画素の明るさの度合を変
える階調表示が困難であった。

【０００４】そこで、従来から、強誘電性液晶表示素子
の階調表示を実現することが検討されており、その手段
としては、フレーム階調方式と、面積階調方式とが考え
られている。

【０００５】上記フレーム階調方式は、１画面分の画像
を複数フレームで表示するもので、同じ画素部に印加す
る電界が全フレームにおいて同じであるときは、最初の
フレームでの印加電界によりいずれかの方向に配向した
液晶分子がその配向状態を最終フレームまで維持して、
上記画素部に最大明度または最小明度（黒）の画素が表
示されるが、各フレームでの印加電界の方向を変える
と、その都度液晶分子の配向状態が反転し、上記画素部
に表示される画素が、一方向の電界を印加するフレーム
数と他方向の電界を印加するフレーム数との比に応じた
階調の画素として見える。（Ｐroceeding Ｅurodisplay
1984 Ｄigest(1984) Ｐ73参照）

【０００６】しかし、このフレーム階調方式は、１画面
分の画像を複数フレームで表示するものであるため、１
画面分の画像を表示するのに、１フレームでの２値表示
に比べて階調数倍（フレーム数倍）の時間が必要であ
り、したがって、テレビジョン画像等のような動画像の
表示特性が極端に低下するし、また表示時間を短くする
ために各フレームの周波数を高くしたのでは、液晶の応
答性の関係で表示に“ちらつき”が発生するという問題
をもっている。

【０００７】一方、上記１つの画素部内で、液晶分子が
一方向に配向する領域の面積と他方向に配向する領域の
面積とを変化させて、この各領域の面積比に応じた階調
の画素を表示するもので、この面積階調方式としては、
従来、電極分割による方式と、しきい値電界差による方
式とが提案されている。

【０００８】上記電極分割による面積階調方式は、液晶
層をはさんで対向する一対の透明基板の一方に形成する
各画素電極をそれぞれ複数の電極に分割し、この各分割
電極と他方の基板に形成した対向電極との間にそれぞれ
印加する電界の方向を制御することによって階調表示を
行なうもので、各分割電極に対応する各分割画素部に同
じ方向の電界を印加すると、全ての分割画素部の液晶分
子が同じ方向に配向して、最大明度または最小明度の画
素が表示され、各分割画素部に印加する電界の方向を変
えると、各分割画素部の液晶分子がそれぞれ印加電界の
方向に応じて配向して、表示画素が、一方向の電界を印
加した分割画素部の数と他方向の電界を印加した分割画
素部の数との比に応じた階調の画素として見える。

【０００９】また、上記しきい値電界差による面積階調
方式は、各画素部の電極（画素電極または対向電極）上
の絶縁膜の厚さまたは液晶層の層厚を連続的または段階
的に変えることによって画素部の各領域の液晶のしきい
値電界に差をもたせ、印加電界の強さを制御して階調表
示を行なうもので、印加電界を強くするのにともなって
液晶分子の配向状態が反転する領域が広がり、表示画素
が、液晶分子が一方向に配向している領域と他方向に配
向している領域との面積比に応じた階調の画素となる。
（特開昭61−166590号公報、特開昭62−145216号公報参
照）

【００１０】これら面積階調方式は、いずれも、１画面
分の画像を１フレームで表示するものであるため、前述
したフレーム階調方式のように、動画像の表示特性が極
端に低下したり、表示に“ちらつき”が発生するという
問題はない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
極分割による面積階調方式は、各画素電極をそれぞれ複
数の電極に分割して、この各分割電極と対向電極との間
にそれぞれ印加する電界の方向を制御するものであるた
め、１つの画素電極列ごとに、画素電極の分割数と同数
の信号ラインを配線しなければならず、したがって、信
号ライン数が非常に多くなってその配線が面倒になる
し、また駆動回路も複雑になるという問題をもってい
た。

【００１２】一方、上記しきい値電界差による面積階調
方式は、１つの画素電極列ごとに配線する信号ライン数
はそれぞれ１本でよく、また駆動回路も無階調表示の場
合の駆動回路に電圧制御部を付加するだけの比較的簡単
な回路でよい。

【００１３】しかし、このしきい値電界差による面積階
調方式は、各画素部の電極上の絶縁膜の厚さまたは液晶
層の層厚を連続的または段階的に変えることによって画
素部の各領域の液晶のしきい値電界に差をもたせたもの
であるため、液晶表示素子を製造する際に、電極上に形
成する絶縁膜の厚さや、電極の表面高さ等を精密に制御
しなければならず、したがって、液晶表示素子の製造が
非常に難しくなってしまうという問題をもっている。

【００１４】本発明の目的は、信号ライン数を増加させ
ることなく、かつ比較的簡単な駆動回路で面積階調方式
による階調表示を行なうことができ、しかも製造も容易
な強誘電性液晶表示素子を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の強誘電性液晶表
示素子は、液晶層をはさんで対向する一対の透明基板の
一方に多数本の対向電極を互いに平行に形成し、他方の
基板には、前記対向電極の長さ方向に対して直交する多
数本の信号ラインと、この各信号ラインにそれぞれ接続
されて前記対向電極と対向する多数の画素電極を形成す
るとともに、前記画素電極は、複数の分割電極と、この
各分割電極をつなぐ高抵抗の接続部とで構成して、その
１つの分割電極を前記信号ラインに接続したことを特徴
とするものである。

【００１６】

【作用】すなわち、本発明の強誘電性液晶表示素子は、
画素電極の各分割電極のうち、信号ラインに接続した分
割電極には、信号ラインからの駆動電圧を印加し、他の
分割電極には上記高抵抗の接続部によって電圧降下した
電圧を印加することにより、各分割電極に対応する各分
割画素部に印加される電界の強さに差をもたせて面積階
調方式による階調表示を行なうものであり、各分割画素
部に表示される分割画素の集まりで表示される画素の階
調は、液晶分子が一方向に配向している分割画素部の数
と液晶分子が他方向に配向している分割画素部の数との
比に応じた階調であるから、信号ラインに印加する駆動
電圧を制御して、液晶分子の配向状態を反転させる分割
画素部の数を選択すれば、表示画素の階調を制御するこ
とができる。

【００１７】そして、この強誘電性液晶表示素子におい
ては、画素電極の各分割電極を高抵抗の接続部によりつ
ないで、１つの分割電極だけを信号ラインに接続してい
るため、画素電極を複数の電極に分割して面積階調方式
による階調表示を行なうものでありながら、１つの画素
電極列ごとに配線する信号ライン数はそれぞれ１本でよ
く、また駆動回路も無階調表示の場合の駆動回路に電圧
制御部を付加するだけの比較的簡単な回路でよい。

【００１８】しかも、この液晶表示素子は、画素電極の
各分割電極を高抵抗の接続部でつなぐことによって、各
分割電極に対応する各分割画素部に印加される電界の強
さに差をもたせているため、従来のしきい値電界差によ
る面積階調方式のように、各画素部の電極上の絶縁膜の
厚さまたは液晶層の層厚を変えて画素部の各領域の液晶
のしきい値電界に差をもたせる必要もない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３を参照
して説明する。図１は液晶表示素子の電極パターン図、
図２はその１つの画素電極の拡大図、図３は液晶表示素
子の断面図である。この実施例の強誘電性液晶表示素子
の構成を説明すると、図３において、１，２は液晶層を
はさんで対向配置される一対の透明基板（ガラス板等）
である。

【００２０】上記一対の透明基板１，２のうち、一方の
基板、例えば下基板１の液晶層対向面には、多数本の透
明な対向電極３が、図１に示すように密な間隔で互いに
平行に形成されており、さらにこの下基板１の電極形成
面上には、表面に配向処理を施した配向処理絶縁膜４が
設けられている。

【００２１】また、上基板２の液晶層対向面には、上記
下基板１面の各対向電極３の長さ方向に対して直交する
多数本の信号ライン５と、この各信号ライン５にそれぞ
れ接続されて前記各対向電極３と対向する多数の透明な
画素電極６が形成されており、さらにこの上基板２の電
極形成面上には、表面に配向処理を施した配向処理絶縁
膜８が設けられている。

【００２２】上記画素電極６は、図１および図２に示す
ように、信号ライン５の長さ方向に対して直交する方向
に複数分割（この実施例では３分割）されており、これ
ら分割電極６ａ，６ｂ，６ｃは、高抵抗の接続部７ａ，
７ｂを介して直列につながっている。

【００２３】上記各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃと、これ
らをつなぐ接続部７ａ，７ｂとは、ＩＴＯまたは酸化ス
ズ等からなる透明導電膜をパターニングして形成された
もので、信号ライン５側の分割電極６ａと中央の分割電
極６ｂとをつなぐ接続部７ａは、これら分割電極６ａ，
６ｂの一端側に形成され、中央の分割電極６ｂと外側の
分割電極６ｃとをつなぐ接続部７ｂは、これら分割電極
６ｂ，６ｃの他端側に形成されており、さらに、上記接
続部７ａ，７ｂはそれぞれ、その抵抗値を大きくするた
めに、極く細い幅の線状に形成されている。

【００２４】また、上記信号ライン５は、クロム，ニッ
ケル，アルミニウム等の低抵抗金属で形成されており、
この信号ライン５には、上記画素電極６の各分割電極６
ａ，６ｂ，６ｃのうち、信号ライン５側の分割電極６ａ
だけがその側縁部において接続されている。

【００２５】そして、上記一対の基板１，２は、図３に
示すように対向配置されて、図示しない枠状のシール材
を介して接着されており、この両基板１，２間のシール
材で囲まれた空隙には、強誘電性液晶９が封入されてい
る。なお、図３において、１０は、両基板１，２間に点
在されて両基板１，２間のセルギャップ（液晶層厚）を
規制する円柱状のギャップ材である。また、この液晶表
示素子の両面つまり両基板１，２の外面には、それぞれ
偏光板１１，１２が配置されている。

【００２６】なお、両基板１，２面に形成した配向処理
絶縁膜４，８は互いに平行な方向に配向処理されてお
り、偏光板１１，１２は、その偏光軸（透過軸または吸
収軸）を互いにほぼ直交させて配置されている。

【００２７】さらに、上記偏光板１１，１２の偏光軸の
方向は、画素電極５と対向電極３と間に一方向の駆動電
界（液晶のしきい値電界以上の電界）を印加したときに
おける液晶分子の配向方向が両偏光板１１，１２の偏光
軸に対してそれぞれほぼ４５°の角度で交差し、他方向
の駆動電界を印加したときにおける液晶分子の配向方向
が一方の偏光板１１の偏光軸に対してほぼ平行（他方の
偏光板１２の偏光軸に対してはほぼ直交）になる方向に
設定されており、したがって、この液晶表示素子の各画
素部は、一方向の駆動電界の印加により光を透過させ、
他方向の駆動電界印加により光を遮断する。

【００２８】この強誘電性液晶表示素子は、下基板１の
各対向電極３に順次走査信号を印加し、これに同期させ
て上基板２の各信号ライン５に画素データに応じた駆動
電圧を印加することにより表示駆動されるもので、各信
号ライン５に印加された駆動電圧は、この信号ライン５
に接続された各画素電極６に印加される。

【００２９】そして、上記画素電極６は、複数の電極６
ａ，６ｂ，６ｃに分割されており、さらにこの各分割電
極６ａ，６ｂ，６ｃは高抵抗の接続部７ａ，７ｂを介し
て直列につながっているため、画素電極６に印加される
電圧は、その各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃで異なる。

【００３０】つまり、画素電極６の各分割電極６ａ，６
ｂ，６ｃのうち、信号ライン５に接続した分割電極６ａ
には、信号ライン５からの駆動電圧がそのまま印加され
るが、中央の分割電極６ｂには、信号ライン５側の分割
電極６ａの電圧が高抵抗の接続部７ａにおいて電圧降下
して印加されるため、この中央の分割電極６ｂに印加さ
れる電圧は、信号ライン５側の分割電極６ａに印加され
る電圧より低い電圧である。また、外側の分割電極６ｃ
には、中央の分割電極６ｂの電圧が高抵抗の接続部７ｂ
においてさらに電圧降下して印加されるため、この外側
の分割電極６ｃに印加される電圧は、中央の分割電極６
ｂに印加されるこの電圧よりさらに低い電圧である。

【００３１】なお、上記各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃと
接続部７ａ，７ｂは、単位面積当りの抵抗値が比較的高
いＩＴＯまたは酸化スズ等からなる透明導電膜で形成さ
れており、この透明導電膜はその幅を狭くして抵抗値を
比較的高くしてあるため、中央の分割電極６ｂおよび外
側の分割電極６ｃに印加される電圧は、信号ライン５側
の分割電極６ａおよび中央の分割電極６ｂにおいても電
圧降下した電圧である。

【００３２】したがって、この強誘電性液晶表示素子に
よれば、各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃに対応する各分割
画素部に印加される電界の強さに差をもたせて、面積階
調方式による階調表示を行なうことができる。

【００３３】すなわち、信号ライン５に印加する駆動電
圧が液晶のしきい値電圧を僅かに上回る程度であれば、
１つの画素部の各分割画素部のうち、信号ライン５に接
続した分割電極６ａに対応する分割画素部だけで液晶分
子の配向状態が反転するだけであるが、信号ライン５に
印加する駆動電圧を上げて行くと、高抵抗接続部７ａに
おいて電圧降下した電圧を印加される中央の分割電極６
ｂに対応する分割画素部の印加電界も液晶のしきい値電
界に達して、この分割画素部の液晶分子配向状態も反転
する。

【００３４】また、さらに信号ライン５に印加する駆動
電圧を上げて行くと、高抵抗接続部７ａおよび７ｂにお
いて電圧降下した電圧を印加される外側の分割電極６ｃ
に対応する分割画素部の印加電界も液晶のしきい値電界
に達して、この分割画素部の液晶分子配向状態も反転す
る。

【００３５】そして、各分割画素部に表示される分割画
素の集まりで表示される画素の階調は、液晶分子が一方
向に配向している分割画素部の数と液晶分子が他方向に
配向している分割画素部の数との比に応じた階調である
から、信号ライン５に印加する駆動電圧を制御して、液
晶分子の配向状態を反転させる分割画素部の数を選択す
れば、表示画素の階調を制御することができる。

【００３６】すなわち、例えば白黒の２色表示におい
て、各分割画素部に表示される分割画素が、液晶分子が
その双安定性による２つの配向方向のうち一方の配向方
向に配向したときに白、他の方向に配向したときに黒と
なるとした場合、各分割画素部の液晶分子が全て一方の
配向方向に配向していれば、各分割画素部に表示される
分割画素はいずれも白であり、してがってこれら分割画
素の集まりで表示される画素も白である。

【００３７】そして、この状態で、信号ライン５に液晶
分子の配向状態を反転させる逆方向電界を印加する場
合、この逆方向電界として、上記各分割画素部のうち信
号ライン５側の分割画素部だけに液晶のしきい値以上の
電界が作用する強さの電界を印加すると、信号ライン５
側の分割画素だけが黒となり、他の２つの画素は白のま
まであるため、各分割画素の集まりで表示される画素
は、黒１：白２の比率の階調の灰色画素となる。

【００３８】また、上記逆方向電界として、信号ライン
５側の分割画素部と中央の分割画素部とに液晶のしきい
値以上の電界が作用する強さの電界を印加すると、信号
ライン５側と中央との２つの分割画素が黒となり、外側
の画素は白のままであるため、表示画素は、黒２：白１
の比率の階調の灰色画素となる。

【００３９】さらに、上記逆方向電界として、全ての分
割画素部に液晶のしきい値以上の電界が作用する強さの
逆方向電界を印加すると、全ての分割画素が黒となり、
表示画素が黒になる。

【００４０】そして、上記強誘電性液晶表示素子におい
ては、画素電極６の各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃを高抵
抗の接続部７ａ，７ｂでつないで、１つの分割電極６ａ
だけを信号ライン５に接続しているため、画素電極を複
数の電極に分割して面積階調方式による階調表示を行な
うものでありながら、１つの画素電極列ごとに配線する
信号ライン数はそれぞれ１本でよく、また駆動回路も無
階調表示の場合の駆動回路に電圧制御部を付加するだけ
の比較的簡単な回路でよい。

【００４１】したがって、この強誘電性液晶表示素子に
よれば、信号ライン数を増加させることなく、かつ比較
的簡単な駆動回路で面積階調方式による階調表示を行な
うことができる。

【００４２】しかも、この強誘電性液晶表示素子は、画
素電極６の各分割電極６ａ，６ｂ，６ｃを高抵抗の接続
部７ａ，７ｂでつなぐことによって、各分割電極６ａ，
６ｂ，６ｃに対応する各分割画素部に印加される電界の
強さに差をもたせているため、従来のしきい値電界差に
よる面積階調方式のように、各画素部の電極上の絶縁膜
の厚さまたは液晶層の層厚を変えて画素部の各領域の液
晶のしきい値電界に差をもたせる必要もなく、したがっ
て液晶表示素子の製造も容易である。次に、本発明の他
の実施例を説明する。図４は、本発明の他の実施例を示
す液晶表示素子の断面図である。

【００４３】この実施例の強誘電性液晶表示素子は、信
号ライン５を各画素電極６の列間に設けて、この信号ラ
イン５を画素電極列間からの漏光を防ぐ遮光マスクとし
ても利用するとともに、画素電極５の各分割電極６ａ，
６ｂ，６ｃ間に対応する部分にもこの部分からの漏光を
防ぐ遮光マスク１３を設けたものである。なお、上記遮
光マスク１３は、信号ライン５と同じ金属膜で形成され
ている。

【００４４】この信号ライン５および遮光マスク１３
は、基板２面に形成されており、画素電極６は、信号ラ
イン５および遮光マスク１３の形成面上に設けた透明絶
縁膜１４の上に形成されている。

【００４５】上記画素電極６は、図２に示した画素電極
と同じもので、その信号ライン５側の分割電極６ａは、
上記透明絶縁膜１４に設けたコンタクト孔において信号
ライン５に接続されている。

【００４６】なお、この実施例の液晶表示素子は、上述
した構成を除けば、その構成は図１〜図３に示した実施
例実施例と同じであるから、その説明は図に同符号を付
して省略する。

【００４７】また、上記実施例では、画素電極６を、図
２に示したように信号ライン５の長さ方向に対して直交
する方向に分割しているが、この画素電極６は、図５に
示すように、信号ライン５の長さ方向に分割してもよ
い。

【００４８】さらに、上記実施例では、画素電極６の各
分割電極６ａ，６ｂ，６ｃをつなぐ接続部７ａ，７ｂ
を、極く細い幅の線状に形成しているが、各分割電極６
ａ，６ｂ，６ｃおよび接続部７ａ，７ｂを単位面積当り
の抵抗値がより高い透明導電膜で形成するとともに、上
記接続部７ａ，７ｂの幅を十分狭くすれば、上記接続部
７ａ，７ｂの長さは図６に示すように短くてもよい。ま
た、画素電極６の分割数は、２分割以上であれば何分割
でもよく、画素電極６の分割数を多くすれば、多段階の
階調表示が可能である。

【００４９】

【発明の効果】本発明の強誘電性液晶表示素子は、画素
電極を複数の電極に分割するとともに、この各分割電極
を高抵抗の接続部でつなぎ、その１つの分割電極を信号
ラインに接続したものであるから、信号ライン数を増加
させることなく、かつ比較的簡単な駆動回路で面積階調
方式による階調表示を行なうことができるし、またその
製造も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の電極パ
ターン図。

【図２】１つの画素電極の拡大図。

【図３】液晶表示素子の断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す液晶表示素子の断面
図。

【図５】画素電極の変形例を示す図。

【図６】画素電極の他の変形例を示す図。

【符号の説明】

１，２…透明基板、３…対向電極、４…配向処理絶縁
膜、５…信号ライン、６…画素電極、６ａ，６ｂ，６ｃ
…分割電極、７ａ，７ｂ…接続部、８……配向処理絶縁
膜、９…強誘電性液晶、１０…ギャップ材、１１，１２
…偏光板、１３…遮光マスク、１４…透明絶縁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 強誘電性液晶を用いる液晶表示素子にお
   いて、液晶層をはさんで対向する一対の透明基板の一方
   に多数本の対向電極を互いに平行に形成し、他方の基板
   には、前記対向電極の長さ方向に対して直交する多数本
   の信号ラインと、この各信号ラインにそれぞれ接続され
   て前記対向電極と対向する多数の画素電極を形成すると
   ともに、前記画素電極は、複数の分割電極と、この各分
   割電極をつなぐ高抵抗の接続部とで構成して、その１つ
   の分割電極を前記信号ラインに接続したことを特徴とす
   る強誘電性液晶表示素子。