JPH0772486A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御が容易で良好な配向性と均一で安定した
中間調を表示しうる強誘電性液晶を用いた表示素子を提
供する。 【構成】 透明電極上に、ライン幅４μｍ、高さ１５０
０Åのストライプ状凸部を、間隔を最小２μｍから０．
５μｍ毎に１０μｍまで順次増加させながら形成し、最
も間隔の狭い部分に隣接して間隔が極端に狭い０．９μ
ｍの領域を形成してなる基板を用いて液晶表示素子を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶を用いた光学変調素
子に関し、特に、メモリ特性を有する強誘電性液晶を用
いて良好な表示特性を付与するための素子構成に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶（以下「ＦＬＣ」と記す）
はその高速性、メモリ性などの利点に注目され、積極的
に利用されている。例えば、光シャッタアレイ、単純マ
トリクス駆動による高精細表示装置、光導電体と組み合
わせた高密度記録のライトバルブなどが挙げられる。さ
らに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを用いたアクテ
ィブマトリクス駆動による同画像表示にも期待が寄せら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＦＬＣを用いた表示素
子の表示能力を高めるために不可欠な課題として、良好
な中間調を得るための開発が進められている。例えば、
１画素内に白黒のドメインの混在状態を作り出すものと
して、特開昭５９−１９３４２７号公報には電極基板の
自然発生的なムラ或いは意図的な微小モザイクパターン
を付与することにより中間調を得る方法が、また特開昭
６１−１６６５９０号公報には絶縁層厚みに階段状分布
をつけることにより階調を得る方法が開示されている。
さらに特開昭６４−７７０２３号公報には欠陥の多い配
向状態を得ることにより中間調を表示する方法が開示さ
れている。上記以外にも、パターン化した凹凸に周期構
造をもたせることにより階調表示する方法など多くの工
夫がなされている。

【０００４】上記のような方法により中間調状態が作り
出せることは確認されているが、さらに、これら中間調
が画素内で均一化されていること及び制御された階調特
性が望まれている。

【０００５】さらに、コントラストを良好に保つために
は、なるべく欠陥の観察されない配向状態が望ましい。

【０００６】本発明は上記課題に鑑み、制御が容易で良
好な配向性と均一で安定した中間調を表示しうる液晶表
示素子の提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、一対
の電極基板間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素
子であって、１画素内において少なくとも一方の電極上
に複数のストライプ状凸部を設け、且つ該凸部の間隔を
変化させることにより当該画素内に閾値勾配を形成し、
さらに、該閾値勾配の最低領域に特に閾値の低い領域を
形成したことを特徴とする液晶表示素子である。

【０００８】本発明の液晶表示素子は、１画素内にスト
ライプ状凸部を間隔を変化させて設けることにより画素
内に閾値勾配を形成しているため、良好な反転面積制御
が行なえ、均一な階調特性が得られる。また、上記閾値
の最低領域に、特に閾値の低い領域を設けて反転ドメイ
ンの形成を促している。

【０００９】図１及び図２に本発明の液晶表示素子の電
極基板構成の一実施態様を示す。それぞれ（ａ）が平面
図、（ｂ）が断面図（図１においてはＡ−Ａ’断面、図
２においてはＢ−Ｂ’断面）である。本構成は、マルチ
プレックス駆動するマトリクス基板の片側（図２、走査
電極側の下基板）の電極構成として、間隔に勾配を持た
せた凸部をパターニング或いはマスクデポにより付与し
た例である。凸部の形状は、例えばライン幅４μｍ、ラ
イン間の距離２μｍから０．５μｍ毎に１０μｍまで増
加させたものである。

【００１０】図１（上基板）において、１１はガラス、
石英、プラスチック等からなる透明基体、１２はＩＴ
Ｏ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 等からなる透明電極、１３は
ポリイミド、ナイロン等の樹脂、又はポリアニリン、ポ
リピロール等導電性を調整した高分子をラビング処理し
たもの、或いはＳｉＯ、ＳｉＯ₂ 等の斜方蒸着により得
られた配向膜である。

【００１１】一方図２の下基板を形成する１４、１５は
上記１１、１２と同様の透明基体、透明電極であり、該
透明電極上にストライプ状の凸部１６が形成されてい
る。

【００１２】配向膜１７は上記凸部１６の上に設けられ
るが、該配向膜は上記１３と同様のラビング膜または斜
方蒸着膜により内部の液晶に一軸配向性を与えるもので
あっても良いし、或いは、シランカップリング剤の薄い
被膜や無機の単純蒸着膜で形成した非一軸配向処理膜で
あっても良い。

【００１３】尚、上下基板とも配向膜にラビング処理を
行なう場合には、ラビング方向が凸部の長手方向に平行
に近い方が配向性の面からは望ましいが、平行でない場
合であっても、本発明の効果は十分に認められる。

【００１４】本実施態様では図１に示した上基板、図２
に示した下基板の外側にクロスニコルに配置した偏光板
を設けている。

【００１５】本発明において、図２に示したような凸部
を形成する材質としては、Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃ
ｒなどの金属又はＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＩＴＯなどの
透明導電酸化物などが最も好ましいが、この他にも、Ｓ
ｉＯ₂ その他の無機物、さらにはポリイミド、ポリアミ
ドその他の樹脂が公知のパターニング或いはデポ技術に
より形成される。

【００１６】本発明において、凸部のライン幅は使用す
る液晶セル厚よりも大きい範囲が好ましく、２〜１０μ
ｍである。また、凸部長としては、最大間隔よりも長
く、さらには１画素長さ程度、或いは１画素長さ以上
で、例えば図２に示すように走査電極の電極長全域で連
続したものが好ましい。また凸部の高さは、５００Å〜
５０００Å程度の範囲で、使用するセル厚の５％ないし
３０％程度でとどめた方が、配向性の面からも好まし
い。

【００１７】また、凸部の間隔はやはりセル厚以上持た
せた方が配向性の面で好ましく、上限として２０μｍ程
度の範囲で変化させたもので良好な階調性が得られる。

【００１８】本発明におけるストライプ状凸部の階調作
用について説明する。

【００１９】先ず、凸部は階調ドメインの発生ポイント
を各画素で均一化する作用を有している。凸部は他の部
分に比べて液晶に対する作用電界が強い部分となり、電
界印加時に明確に優先された応答をする。この効果は、
特に凸部が導電性部材で形成された場合に大きいが、比
較的に絶縁性の場合でも他の部分との容量比による同様
の電界効果が得られる。

【００２０】また、凸部近傍では微妙な分子配列の変化
などが考えられ、特に電界をトルクとして受け易い部分
が形成されることなども効果として挙げられる。

【００２１】次に、電場印加によりスイングされた液晶
分子がドメインとしてラッチ（固定化）される過程にお
いて、凸部に優先された反転応答の凸部間への伝播効果
が強く作用し、凸部間隔の狭い部分が全体として先に反
転ドメインとして固定化される。特に本発明においては
意図的に閾値の低い領域を設けているため、当該領域が
最初に反転し、上記凸部間隔の狭い部分の反転を容易な
らしめる。その結果、図４に示すように画素内で面積的
に制御された階調性のある反転部分が形成されると考え
られる。

【００２２】さらに、凸部間隔に勾配を付けたことによ
り、与えるパルスの波高値、パルス幅その他パルス波形
を変調することで行なう階調制御は、スムーズなγ特性
（印加信号−透過率特性、Ｖ−Ｔ特性）を示す。これ
は、反転ドメイン面積の広がりが、凸部間隔の最も狭い
部分からの伝播効果を従属的に拾うことにより、段階的
な間隔の変化に対して連続的な階調性を作り出している
ためと考えられる。

【００２３】本発明において、閾値勾配の最低領域に設
けた特に閾値の低い部分としては具体的には、下記のよ
うにして形成される。

【００２４】特にディスクリネーションを意図的に形
成することで、トルク感受性を大きくする。

【００２５】特殊な界面形状（例えば高さ、形）によ
り、外場の作用を大きくする。

【００２６】材質、一軸性の有無、方向など界面状態
を変えることにより界面規制力を調整する。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）図３に本発明の液晶表示素子の一実施例の
画素部分を示す。本実施例においては、高さ１５００
Å、幅４μｍの凸部をＩＴＯで形成し、凸部間隔は最小
２μｍから０．５μｍ毎に１０μｍまで順次増加させて
勾配を形成している。また、該間隔が２μｍの領域に隣
接して特に閾値の低い領域として、凸部間隔を下記セル
厚よりも狭い０．９μｍとした領域を形成した。

【００２８】上記下基板に対向して、上基板としてＩＴ
Ｏからなる透明電極基板を１．４μｍ径のシリカビーズ
スペーサを介して配置し、セルの液晶層の平均厚み（セ
ル厚）が１．５μｍの液晶セルを構成した。

【００２９】尚、本実施例において液晶配向処理として
は、上下基板とも凸部の長手方向に平行にラビング処理
を行なった。

【００３０】本液晶セルを顕微鏡で観察した結果、表示
領域が全面均一な消光位であるのに対し、上記特に閾値
の低い領域は若干ずれた消光位を有しており、異なった
配向性を示していた。

【００３１】本実施例の液晶セル階調特性を駆動電圧パ
ルス幅２０μｓｅｃで確認した。その結果を図５にＶ−
Ｔ特性として実線で示す。図４において点線は上記特に
閾値の低い領域を設けなかった液晶セルのＶ−Ｔ特性で
ある。本図に示される通り、本発明では階調特性が明ら
かに改善されており、特に、γの増大効果は凸部による
セル厚減少の電界効果以上の効果として認められる。

【００３２】ここで、前記消光位のずれによる若干の漏
れ光については、本発明に係る特に閾値の低い領域を遮
光して表示領域外とすることにより容易に改善される。

【００３３】上記本実施例の効果は、部分的に配向を異
ならせたことによるディスクリネーションの発生又は液
晶層の折れ曲がり、或いは、極端には配向欠陥に基づ
き、外場に対するトルクの感受性が敏感になった結果と
考えられる。

【００３４】（実施例２）本実施例の基本構成は実施例
１と同じであるが、本実施例においては、特に閾値の低
い領域に、高さ３０００Å、幅１０μｍの、他の凸部よ
りも高さも幅も共に大きい凸部を設け、且つシリカスペ
ーサとして１．２μｍ径のものを用い、平均セル厚が
１．５μｍとなるようにした。

【００３５】本実施例においても実施例１と同様、良好
な階調特性が得られた。

【００３６】（実施例３）実施例１及び実施例２におけ
る特に閾値の低い領域を、さらに低閾値化するために低
表面エネルギ化処理を施した。具体的には、凸部形成
後、上記低閾値領域に特に作用するように、フッ素系シ
ランカップリング材による被膜処理を行なったところ、
さらに大きなγ特性と均一な面積階調特性が得られた。

【００３７】図６に本実施例の液晶表示素子を用いた画
像表示装置の構成を示す。本装置は、液晶表示素子とし
て５００×５００のマトリクスパネル６１、クロック６
２、同期回路６３、及びシフトレジスタ６４、アナログ
スイッチ６５などからなる走査波形発生器６６、及び例
えばフレームメモリ６７などからの映像情報を駆動信号
に変換出力する情報信号発生器６８とからなる。これら
は実装上、マトリクス基板の上下の片側若しくは両側、
左右の片側ないしは両側に振り分けられて結合されても
良い。中間調信号としての情報信号波形の印加方法とし
ては、階調情報を付与する方法として通常考えられる電
圧変調があるが、本装置においては特にカイラルスメク
ティックＣ相の層方向への弾性伝播的に結合されるドメ
インを利用するため、その伝播時間を制御する意味でパ
ルス幅変調、位相変調などの駆動方式も有効である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
素子は、中間調表示の再現性を良好に保ち、所望のγ特
性を持つ階調表示を行なうことができる。また、素子の
構成をさほど複雑にすることなく、良好な中間調表示を
より高速、高階調数、高精細なものとして行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の一実施態様の上基板を
示す図である。

【図２】本発明の液晶表示素子の一実施態様の下基板を
示す図である。

【図３】本発明の一実施例の画素部分を示す図である。

【図４】本発明の液晶表示素子の階調表示を示す図であ
る。

【図５】本発明の一実施例のＶ−Ｔ特性を示す図であ
る。

【図６】本発明の液晶表示素子を用いた画像表示装置の
構成図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 伸二郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極基板間に強誘電性液晶を挟持
   してなる液晶表示素子であって、１画素内において少な
   くとも一方の電極上に複数のストライプ状凸部を設け、
   且つ該凸部の間隔を変化させることにより当該画素内に
   閾値勾配を形成し、さらに、該閾値勾配の最低領域に特
   に閾値の低い領域を形成したことを特徴とする液晶表示
   素子。