JPH11212099A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】音が発生せず、階調表示に適したカラー液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】透明基板１上に信号電極３と配向膜４とが
順次形成された信号電極部材６と、透明基板８上に着色
層１０と遮光層１１とを形成するに際し、遮光層１１の
高さを着色層１０に比べ高くし、さらに保護膜１２を被
覆し、走査電極１３と配向膜１４とが順次形成された走
査電極部材７とを、これら信号電極３と走査電極１３と
が画素領域１５を形成するように、かつカイラルネマチ
ック液晶１６を介して対向配設して、さらに信号電極部
材６と走査電極部材７との間の非画素領域に支柱１９を
設け、カイラルネマチック液晶１６は初期状態でねじれ
構造を有し、その初期状態にフレデリクス転移を生じさ
せる電圧を印加して、その後に印加する電圧の差で初期
状態とは異なる２つの準安定状態を有するようになした
液晶表示装置Ａ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカイラルネマチック
液晶を用いたメモリー性双安定型液晶表示装置の改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−２３０７５１号、特開平６−
２３５９２０号および特開平７−２４８４８５号には、
カイラルネマチック液晶を用いたメモリー性双安定型液
晶表示装置が提案され、初期配向条件、２つの準安定状
態、さらに両者間の切替えにおける実用的な駆動方法な
どの技術が記載されている。

【０００３】このメモリー性双安定型液晶表示装置によ
れば、フレデリクス転移後の２つの準安定状態（０°あ
るいは３６０°）を不安定状態（０°状態と３６０°状
態との混在）を挟んでスイッチングすることにより表示
させている。

【０００４】そして、２つの準安定状態の切替えはリセ
ット電圧後に印加する選択電圧の大きさの違いによって
おこなうが、リセット電圧と選択電圧の間に遅延時間を
導入した信号波形を設け、これによって選択時間を短縮
させる技術も提案されている。

【０００５】すなわち、フレデリクス転移後の２つの準
安定状態への移行にはバックフロー現象が関連している
と言われ、この現象を最大限に生かすために、このよう
な遅延時間を設けるのであり、これにより、マトリック
ス駆動の１ライン当たりの書き込み時間（選択時間）が
短縮され、その結果、フリッカーレスのハイデューティ
な単純マトリックス駆動を実現することをねらってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記双安定型液晶表示
装置でもって多色のカラー表示をおこなうためには、階
調表示を実現する必要があるが、そのために下記のよう
な方法がある。

【０００７】２つの準安定状態の切替えはリセット電圧
後に印加する選択電圧の大きさの違いによっておこな
い、初期状態でのツイスト角をφ₀ とすると、あるしき
い値Ｖth1 より小さく選択電圧を設定することでφ₀ ＋
π状態を、他方、あるしきい値Ｖth2 より大きく選択電
圧を設定すれば、φ₀ −π状態を実現できるが、Ｖth1
〜Ｖth2 の間に選択電圧が設定されると、２つの準安定
状態の混在した表示状態になり、この状態を利用して階
調表示をおこなうことができる。

【０００８】しかしながら、Ｖth1 〜Ｖth2 の間の選択
電圧を所要どおりに設定して、両状態の混在の割合をコ
ントロールし、これによって階調を達成することはむず
かしいという課題がある。しかも、両状態の混在が近接
し、ある領域に達すると表示画像に関係しないストライ
プ状（縞状）模様の不安定状態を発現し、電圧の増大に
ともなってストライプ状模様が次第に拡大していた。

【０００９】さらにストライプ状模様は隣接する画素に
生じた同様な模様との間の相互作用により、成長し、こ
れにより、配向膜に形成したラビング方向と平行なスト
ライプ状の不良表示をおこしていた。

【００１０】また、フリッカーレスでハイデューティに
なるように単純マトリックス駆動させるには、１ライン
の書き込み時間（選択時間）を短くしなければならず、
そのために液晶の厚みを狭くするとよいが、液晶層厚を
相当に小さくし、表示領域の全体にわたって均一に狭く
しなければならないという課題もある。

【００１１】この課題に対し、液晶内に樹脂系もしくは
シリカ系のスペーサを分散させるが、メモリー性双安定
型液晶表示装置においては、いまだ液晶層厚を均一の薄
さに設定することはむずかしい。

【００１２】しかも、メモリー性双安定型液晶表示装置
を駆動させると、ある種の音が発生していた。この音は
フレデリクス転移をおこすホメオトロピック状態をつく
る際の２０Ｖ以上の電圧印加と、セルギャップ（液晶層
厚）が数μｍという薄さとが相乗し、このように薄いセ
ルギャップに大電圧を印加すると、液晶パネルに振動が
発生することが原因であると考えられている。

【００１３】したがって本発明は上記事情に鑑みて完成
されたものであって、その目的はストライプ状模様など
の表示不良や音が生じないで、階調表示ができ、これに
よって優れたカラー表示を達成した液晶表示装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、透明基板上に着色層をマトリックス状に配列し、こ
れら着色層間に遮光層を配し、これら着色層および遮光
層の上に保護膜、多数の透明電極が配列された電極パタ
ーンおよび配向膜とを順次形成するとともに、着色層と
遮光層との間で段差を形成して、配向膜の各着色層上の
部位に凹部を設けた一方の部材と、透明基板上に多数の
透明電極が配列された電極パターンと配向膜とを順次形
成した他方の部材とを、双方の電極パターンが交差して
画素領域を形成するように、かつカイラルネマチック液
晶を介して対向配設するとともに、一方の部材と他方の
部材との間の非画素領域に支柱を設けたことを特徴とす
る。そして、上記カイラルネマチック液晶は初期状態で
ねじれ構造を有し、その初期状態にフレデリクス転移を
生じさせる電圧を印加して、その後に印加される電圧の
差によって初期状態とは異なる２つの準安定状態を有す
るようになしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の双安定型液晶表示装置を
図１〜図５により説明する。図１は本発明液晶表示装置
Ａの要部拡大断面図、図２は本発明の他の液晶表示装置
Ｂの要部拡大断面図である。また、図３（ａ）（ｂ）は
それぞれ本発明液晶表示装置Ａ、Ｂにおける１画素内で
のｄ／ｐおよびしきい値の各分布図である。図４は印加
電圧波形を示し、さらに図５は選択電圧と透過率との関
係を示す。

【００１６】本発明の液晶表示装置Ａにおいて、１はガ
ラスなどからなる透明基板、２はＳｉＯ₂ などからなる
保護膜であり、３はＩＴＯなどからなる信号電極、４は
ＳｉＯ₂ などからなる絶縁膜、５は配向膜であって、こ
れらによって信号電極部材６を構成し、他方の走査電極
部材７については、８はガラスなどからなる透明基板、
９はＳｉＯ₂ などからなる保護膜であり、１０はマトリ
ックス状に配列した着色層（図中、Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞ
れ赤、緑、青の着色層を示す）、１１は着色層間に設け
たクロムなどの金属、黒色樹脂などで構成した遮光層、
１２はアクリル系樹脂などからなる絶縁樹脂でなして着
色層１０および遮光層１１を被覆した保護膜、１３はＩ
ＴＯなどからなる走査電極、１４は配向膜である。配向
膜５、１４はポリイミドからなり、その膜に対してラビ
ング処理したものである。なお、上記構成では信号電極
１３の下側に保護膜１２を形成しているが、同様な保護
膜を上側に形成してもよい。

【００１７】上記走査電極３と信号電極１３は交差する
ようにパターニングして、個々の交差部を方形状の画素
領域１５（たとえばサイズ３００μｍ×３００μｍ）と
なし、信号電極部材６と走査電極部材７とは層厚１．５
μｍのカイラルネマチック液晶１６（室温でネマティツ
ク相を呈する液晶組成物〔Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製：ＺＬＩ
−１５５７〕に光学活性添加物〔Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製：
Ｓ−８１１〕を加えてヘリカルピッチＰを２．７μｍに
調整したもの）を介して対向配設されている。

【００１８】また、双方の部材６、７間にカイラルネマ
チック液晶１６を封入させるためのシール部材が表示領
域の周囲に設けられ、さらにシール部材にスペーサを入
れる。しかも、双方の透明基板１、８の外側に偏光板１
７、１８を配設している。

【００１９】そして、カイラルネマチック液晶１６内に
おいて、画素領域１５が形成されていない領域（非画素
領域）に感光性樹脂からなる円柱状もしくは角柱状の支
柱１９を設けた点が特徴である。

【００２０】この支柱１９は通常のフォトリソ法により
形成する。すなわち、配向膜５もしくは配向膜１４の上
にレジストをレジスト厚みが均一にそろうように塗布
し、ついでフォトマスクを用いて露光および現像し、非
画素領域のみに配し、そして、他方の支柱１９が配され
ていない基板とで液晶封止用のシール材でもって貼りあ
わせる。

【００２１】なお、配向膜５、１４に対するラビングは
支柱１９を形成した後でおこなっても、あるいはその前
でもよい。

【００２２】また、本発明の他の液晶表示装置Ｂを図５
に示す。なお、この液晶表示装置Ａと同一箇所には同一
符号を付す。

【００２３】この液晶表示装置Ｂにおいては、各着色層
１０の端を遮光層１１の端の上に乗せ、これにより、前
記段差を形成し、各画素領域１５に同様な窪み（凹面）
を形成している。

【００２４】上記構成の液晶表示装置Ａ、Ｂによれば、
カイラルネマチック液晶は初期状態でねじれ構造を有
し、その初期状態にフレデリクス転移を生じさせる電圧
を印加した後に印加される電圧差によって初期状態とは
異なる２つの準安定状態を有するようになしたメモリー
性双安定型となる。たとえば初期状態でのツイスト角φ
₀ （＝１８０°）に対してφ₀ ＋π（＝３６０°）のね
じれ状態が暗状態となるような偏光板１７、１８の位置
関係（クロスニコル）にした場合に、明状態ではツイス
ト角φ₀ −π（＝０°）である。

【００２５】そして、不安定状態を挟んで０°と３６０
°をスイッチングしている。すなわち、初期状態にフレ
デリクス転移を生じさせる電圧を印加した後の選択電圧
をＶｌより低くすると３６０°状態になり、Ｖ２より高
くすると０°状態になる場合に、Ｖｌ〜Ｖ２との間にす
ると、０°と３６０°が混在した不安定状態になる。

【００２６】たとえば、偏光板１７、１８をクロスニコ
ルにして、初期状態でのツイスト角φ₀ ＝（１８０°）
に対してφ₀ ＋π＝（３６０°）のねじれ状態が暗状
態、φ₀ 一π＝（０°）の状態が明状態であるとすれ
ば、不安定状態は２つの状態（明状態と黒状態）が混在
しており、このような混在状態であれば、白〜黒の間の
状態を示す。

【００２７】通常、Ｖｌ〜Ｖ２の間に電圧を設定して、
０°と３６０°との混在状態を制御し、これによって階
調表示をおこなうことはむずかしく、さらにこの混在状
態がある程度の広い領域に到ると、不安定状態にある画
素が隣接同士の相互作用で成長し、表示画像にストライ
プ状の不安定な不良を発現し易かった。

【００２８】そこで、本発明の液晶表示装置Ａ、Ｂにお
いては、この白〜黒の不安定状態に対し、前記段差を形
成するために、さきに着色層１０を一定の高さでもって
形成し、その後に遮光層１１を着色層１０に比べ高くし
たり、着色層１０の端を遮光層１１の端の上に乗せ、こ
れにより、各画素領域１５に窪み（凹面）を形成し、こ
れによって階調表示する点が特徴である。

【００２９】上記液晶表示装置Ａ、Ｂにおいて、初期ツ
イスト角が１８０°、暗状態が３６０°（１８０°＋
π）、明状態が０°（１８０°一π）である場合に、た
とえば凹面状の底部におけるセルギャップｄＬ＝１．４
５μｍ、周辺部におけるセルギャップｄＨ＝１．４０μ
ｍ〜１．３０μｍとなるような凹面を形成する。

【００３０】また、ｄＬ＝１．４５μｍである場合に、
０＜ｄＬ−ｄＨ≦０．１５μｍ、好適には０＜ｄＬ−ｄ
Ｈ≦０．１０μｍにするとカラー表示に適していること
が確認された。

【００３１】そして、各画素領域１５の面方向にわたる
ｄ／ｐおよび選択電圧の各値をそれぞれ測定したとこ
ろ、図３（ａ）（ｂ）に示すような結果が得られた。
（ａ）は１画素内においてセルギャップの分布に起因す
るｄ／Ｐの分布であり、（ｂ）は２つの準安定状態と両
状態の混在状態の選択電圧のｄ／Ｐ依存性を示す。各画
素領域１５に窪み（凹面）を形成したことで、選択電圧
の設定仕様に応じて２つの準安定状態と両状態の混在状
態を１つの画素内に同時に存在させることができた。

【００３２】つぎに液晶表示装置Ａ、Ｂに対し、図４に
示すような走査側波形および信号側波形でもって印加
し、駆動した場合、図５に示すように選択電圧の変化に
対して各状態の占める面積の比率を連続的に変化させる
ことができ、これにより、その面積比率の変化に伴う透
過率の差を利用して階調表示をおこなうことができた。
ただし、図５に示すように選択電圧と透過率はリニアに
変化するのがよく、そのためには画素領域１５の窪み
（凹面）を曲面にするのがよい。

【００３３】なお、上記構成では、電圧値でコントロー
ルしたが、これに代えて信号のパルス幅によって制御し
てもよい。

【００３４】かくして本発明の液晶表示装置Ａ、Ｂによ
れば、各画素領域１５に窪み（凹面）を形成し、これに
よって画素領域１５の選択電圧の変化に対する各状態の
占有面積比率を連続的に変えることができ、画素領域１
５での不安定状態における明状態と暗状態の発現割合を
コントロールし、その結果、階調表示を実現できた。

【００３５】また、画素領域１５の窪みによって、ｄ／
Ｐ分布による選択電圧の分布に起因し、部分的に２つの
準安定状態の混在状態が発現しても常に２つの準安定状
態によって隔離され、そのために、近接した各画素にお
ける両状態の混在状態同士の相互作用が起こりにくくな
り、この混在状態の相互作用によって起こる表示画像に
関係しないストライプ状の不安定状態の発現を効果的に
防止することができた。

【００３６】しかも、非画素領域に支柱１９を設けたこ
とで、各画素領域１５における液晶層厚を０．５〜４．
５μｍ程度にまで狭くしながらも均一化でき、さらに双
方の信号電極部材６と走査電極部材７を接着させ、これ
により、液晶パネルに発生する振動が抑制されたり、無
くすことができ、その結果、音がほとんど発生しなくな
った。その上、従来の液晶パネルを加圧したときに発生
していた液晶の流動に起因した表示不良についても、支
柱１９により防ぐことができた。

【００３７】また、本発明においては、２つの準安定状
態を得ることができるｄ／Ｐは、液晶材の種類にもよる
が、たとえば０．４〜０．６の範囲にするとよく、０．
４未満であれば、φ＋π（３６０°）状態が発現しなく
なり、０．６を越えるとφ−π（０°）状態が発現しな
くなる。さらにまた、この範囲のうち、ｄ／Ｐの最適値
としては範囲中央付近の値がよく、したがって、１画素
内にｄ／Ｐ分布を形成する場合、この範囲に入ってい
て、かつ範囲中央付近にｄ／Ｐの分布ができていること
が望ましい。

【００３８】比較例として、ｄＬ＝１．４５μｍ、ｄＨ
＝１．４５μｍにした場合には（ｄＬ−ｄＨ＝０μ
ｍ）、選択電圧のｄ／Ｐ依存性にともなう１画素内での
選択電圧分布を得ることができなくなり、階調表示がで
きなかった。ただし、支柱１９があることで、音の発生
は低減されていた。

【００３９】他の比較例として、ｄＬ＝１．４５μｍ、
ｄＨ＝１．２５μｍ（ｄＬ−ｄＨ＝０．２０μｍ）の場
合に、たとえばカイラルピッチをＰ＝２．６μｍとした
とき、ｄＨ／Ｐ＝０．４８１と小さくなり、φ＋π（３
６０°）状態の発現がむずかしく、しかも、支柱１９が
あることで、音の発生は低減されていた。

【００４０】なお、本発明は上記の実施形態例に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変更や改善等は何ら差し支えない。

【００４１】

【発明の効果】以上のとおり、本発明のメモリー性双安
定型液晶表示装置によれば、着色層と遮光層との間で段
差を形成して、各画素領域（配向膜の各着色層上の部
位）に凹面を形成し、これによって画素領域の選択電圧
の変化に対する各状態の占有面積比率を連続的に変える
ことができ、各画素領域での不安定状態における明状態
と暗状態の発現割合をコントロールし、その結果、階調
表示を実現できた。

【００４２】また、本発明においては、各画素領域の凹
面によって、ｄ／Ｐ分布による選択電圧の分布に起因
し、部分的に２つの準安定状態の混在状態が発現しても
常に２つの準安定状態によって隔離されることで、表示
画像に関係しないストライプ状の不安定状態の発現を効
果的に防止することができた。

【００４３】しかも、本発明においては、装置自体の構
造に起因すると考えられる振動が発生しなくなり、従来
のような音が発生しなくなり、その信頼性を著しく高め
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図であ
る。

【図２】本発明の他の液晶表示装置の要部拡大断面図で
ある。

【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明液晶表示装置に
おける１画素内でのｄ／ｐおよびしきい値の各分布図で
ある。

【図４】印加電圧の波形図である。

【図５】選択電圧と透過率との関係を示す線図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ 液晶表示装置 １、８ 透明基板 ３ 信号電極 ４ 絶縁膜 ５、１４ 配向膜 ６ 信号電極部材 ７ 走査電極部材 １０ 着色層 １１ 遮光層 １２ 保護膜 １３ 走査電極 １５ 画素領域 １６ カイラルネマチック液晶 １７、１８ 偏光板 １９ 支柱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に着色層をマトリックス状に配
   列し、これら着色層間に遮光層を配し、これら着色層お
   よび遮光層の上に保護膜、多数の透明電極が配列された
   電極パターンおよび配向膜とを順次形成するとともに、
   着色層と遮光層との間で段差を形成して、配向膜の各着
   色層上の部位に凹部を設けた一方の部材と、透明基板上
   に多数の透明電極が配列された電極パターンと配向膜と
   を順次形成した他方の部材とを、双方の電極パターンが
   交差して画素領域を形成するように、かつカイラルネマ
   チック液晶を介して対向配設するとともに、一方の部材
   と他方の部材との間の非画素領域に支柱を設けたことを
   特徴とする液晶表示装置。