JP2000250044A

JP2000250044A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000250044A
Application number: JP5187899A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Miyazaki; 吉雄宮崎; Toshiaki Sasaki; 俊明佐々木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】表示ムラの発生を防ぎ、さらに階調表示に適し
た液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置Ａによれば、透明基板１上に
信号電極３、絶縁膜４、配向膜５を積層して信号電極部
材６を構成し、透明基板８上にドット群１０、凹凸制御
層１１、走査電極１２、絶縁膜１３、配向膜１４を積層
して走査電極部材７を構成し、走査電極３と信号電極１
３は交差するようにパターニングして、画素領域１６と
なし、信号電極部材６と走査電極部材７とはカイラルネ
マチック液晶１７を介して対向配設されている。

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などの液晶表示装置の
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で表示させ
ている。

【０００４】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、あるしきい値Ｖth1 より小さく選択電圧を設定する
ことでＯＦＦ状態（φ₀＋π）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、ＯＮ状態（φ
₀−π）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
が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この両
状態の混在が複数近接したり、あるいはある程度にまで
広くなると、ストライプ状の不安定な状態を発現し、そ
のような不安定性に起因して、所要とおりに制御するこ
とが大変むずかしくなり、鮮明な表示画像が得られない
という課題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みて完成されたもの
であって、その目的は階調表示に適した液晶表示装置を
提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は表示ムラの発生を防い
で、良好な表示が得られる液晶表示装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、基板上に多数の走査電極が配列された走査電極パタ
ーンおよび配向膜とを順次形成した走査電極部材と、基
板上に多数の信号電極が配列された信号電極パターンと
配向膜とを順次形成した信号電極部材との間に、ねじれ
構造を有する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、さらに異なる電圧を印加することで初期
状態とは異なる２つの準安定状態をもたせた液晶を配
し、双方の電極パターンを交差させて画素を多数形成せ
しめた構造に対し、各画素の少なくとも一方の配向膜を
表面が凹凸状になるように被着せしめたことを特徴とす
る。

【０００９】

【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１３により説明する。図１は液晶表示装置Ａの
要部拡大断面図、図２は配向膜を表面が凹凸状になるよ
うに被着させるために被成膜用基板上に配設したドット
群の分布を示す平面図であり、また、図３はセルギャッ
プと選択電圧との関係を、図４〜図６は選択電圧と透過
率との関係を、図７は印加電圧波形を示す。

【００１０】図８〜図１３は他の例であって、図８は走
査電極部材における画素の断面図、図９は配向膜を凹凸
状に被着させるための被成膜用基板上のドット分布を示
す平面図である。図１０は他の走査電極部材における画
素の断面図、図１１は配向膜を凹凸状に被着させるため
に被成膜用基板上に配設した帯状体の分布を示す平面図
である。図１２はさらに他の走査電極部材における画素
の断面図、図１３は基板上に配設した帯状体の分布を示
す平面図である。

【００１１】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、
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はポリイミドからなる配向膜であっ
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において、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、１０は円錐状の
ドットを多数並べたドット群、１１は凹凸制御層、１２
はＩＴＯなどからなる走査電極、１３はＳｉＯ₂などか
らなる絶縁膜、１４はラビング処理されたポリイミドか
らなる配向膜である。このようにドット群１０上に各層
を積層することで、各ドット群１０の形状および分布に
応じた凹凸状でもって配向膜１４が被着される。

【００１２】ドット群１０はフォトリソグラフィにより
形成する。すなわち、基板上にレジストを塗布し、プレ
ベークし、露光後に現像し、必要によりポスト露光し、
さらに２回ポストベークすればよく、このように最後に
ポストベークを２回繰り返すことで、円錐状もしくは半
球状となる。かかる２回のポストベークにおいて、各加
熱温度を違える方が、所要とおりの形状が得られるとい
う点で好適である。

【００１３】その上に被覆する凹凸制御層１１は具体的
な材料としてアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、
ポリエステル系、メラニン系、ＰＶＡ、ＰＶＣなどの樹
脂材料や、ＳｉＯ₂等の無機材料からなり、スピンコー
ト法あるいは印刷法等により形成する。ドット群１０の
凹凸高さがたとえば最大高さ（Ｒｍａｘ）約１μｍ前後
である場合、凹凸制御層１１を設けることで、配向膜１
４の表面での凹凸高さが最大高さ（Ｒｍａｘ）約０．１
μｍ程度にまで高低差が小さくなる。

【００１４】また、凹凸制御層１１の厚みはドット群１
０の高さにもよるが、１．０〜３．０μｍ、好適には
１．５〜２．５μｍの範囲内にすると、配向膜１４表面
の凹凸高さを所要とおりの、たとえば約０．１μｍ程度
に規定することができる点で望ましい。

【００１５】上記信号電極３と走査電極１２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×９６μｍ）とな
し、信号電極部材６と走査電極部材７とはたとえば層厚
１．５５μｍ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−２２９３〕に光学活性添加物〔Ｅ．Ｍｅｒ
ｃｋ社製：Ｓ−８１１〕を加えてヘリカルピッチＰを調
整したもの）を介して対向配設する。

【００１６】また、信号電極部材６と走査電極部材７の
間にカイラルネマチック液晶１６を封入させるためのシ
ール部材を表示領域の周囲に設ける。さらに双方の透明
基板１、８の外側に偏光板１７、１８を配設する。

【００１７】図２に示すドット群１０の分布は、たとえ
ば一画素（３００μｍ×９６μｍ）あたり１５４個のド
ットでもって縦２２個×横７個のマトリックスに配列さ
れ、各ドット群１０の底面の直径は１０μｍφであり、
各ドッドの間隔を３μｍにしている。このようなドット
群１０の上に凹凸制御層１１と走査電極１２と絶縁膜１
３と配向膜１４とを順次積層することで、配向膜１４上
に凹凸状１９が形成され、その凹凸差はたとえば最大高
さ（Ｒｍａｘ）にて０．１μｍである。

【００１８】上記構成の液晶表示装置Ａ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φ₀（＝
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。

【００１９】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Ｖth1 より低くすると３６０°状態になり、Ｖth2 よ
り高くすると０°状態になり、その場合、Ｖth1 〜Ｖth
2 との間にすると、０°と３６０°が混在した不安定状
態になる。

【００２０】たとえば、各偏光板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（明状態と暗状態）が混在してお
り、このような混在状態であれば、白〜黒の間の明暗状
態を示す。

【００２１】液晶表示装置Ａによれば、各画素１５にお
いて配向膜１４上に凹凸状１９が形成されることで、１
画素中にセルギャップ分布が形成され、ｄ／ｐ分布が得
られる。すなわち、凹凸状１９の凸部頂点から凹部底面
に向かってセルギャップをｄｎ個（ｎ＝１、２、．．．
Ｎ）に区分し、ｄ１＜ｄ２＜．．．．＜ｄＮになるよう
に規定した場合には、ｄｎ／ｐはｄ１／ｐ＜ｄ２／ｐ
＜．．．．＜ｄＮ／ｐとなる。２つの準安定状態を選択
する選択電圧は図３に示すようにｄ／ｐ依存性があり、
このようなｄ／ｐ分布によって、Ｖth1 〜Ｖth2 間の２
つの準安定状態の混在状態を選択電圧の設定にしたがっ
て規則性をもたせて制御でき、その面積比を変えること
で、透過率が規定され、階調表示をおこなうことができ
る。

【００２２】上記構成の液晶表示装置Ａによれば、ドッ
ト群１０の各ドットを円錐状もしくは半球状にて形成し
たが、これに代えて図９〜図１３に示すようなさまざま
な形状にて設けてもよい。

【００２３】図８および図９に示す液晶表示装置Ａ１で
は、ドット群１０ａの各ドットをピラミッド状の錐体
に、図１０および図１１に示す液晶表示装置Ａ２では、
ドット群１０ｂの各ドットを半円横断面の帯状体（半円
柱状）に、図１２および図１３に示す液晶表示装置Ａ３
では、ドット群１０ｃの各ドットを三角状横断面の帯状
体に設けている。

【００２４】また、いずれの液晶表示装置Ａ、Ａ１、Ａ
２、Ａ３であっても、各画素１５における配向膜１４の
凹凸状１９の高低差ｈは、（２Ｖｄ−ΔＶ）／ｋ≧ｈ．．．式（１）を満たすとよい。

【００２５】Ｖｄは図４に示すようにマルチプレックス
駆動時に信号電極に印加される信号の最大電圧である。
ΔＶは図３に示すように、２つの準安定状態が混在状態
となる選択電圧の電圧幅である。また、ｋは図３に示す
ように単位セルギャップにて変化するしきい値の変化量
である。

【００２６】上記式（１）を満足させることで、２Ｖｄ
の範囲内で選択電圧を規定して暗状態／明状態を得るこ
とができる。しかしながら、式（１）を満たさなくなる
と、図５に示すように凹凸状１９の頂点近傍にてＯＦＦ
状態（１８０°＋π）が発現されない場合があり、これ
によって暗状態が得られないことでコントラストが低下
し、実用的ではない。

【００２７】しかも、各画素１５における配向膜１４の
凹凸状１９において、Ｎ×Ａ／Ｓ＞０．２．．．式（２）を満たすとよい（Ｎ：１画素中のドットの個数、Ａ：各
ドットの底面積、Ｓ：１画素の面積である）。Ｎ×Ａ／
Ｓが小さすぎると、画素内の平坦部が大きくなり、規則
的に制御できない２つの状態の混在状態が現れる部分が
大きくなり、これにより、透過率−電圧特性が劣化す
る。そこで、Ｎ×Ａ／Ｓを０．２以上、好適には０．４
以上、最適には０．５以上にするとよい。これによっ
て、図３に示すようにｄ／ｐ分布において選択電圧を定
めることで、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、その面積比
を変えることで、透過率が規定され、階調表示をおこな
うことができる。ただし、式（２）を満たさなくなる
と、図６に示すように２Ｖｄの範囲内において、電圧可
変範囲内にて電圧に対し連続的に透過率を変化させるこ
とができなくなる場合があり、さらに画素内の平坦部が
大きくなると、ストライプ状の不安定な状態が発現され
る場合もある。

【００２８】以上のとおり、式（１）および式（２）の
双方を満たすことが望ましく、これによって図４に示す
ように選択電圧の可変範囲である２Ｖｄの範囲内で画素
全面において２つの準安定状態を得ることができ、この
電圧可変範囲内で電圧に対し透過率を連続的に変化させ
ることで階調表示ができる。

【００２９】本発明によれば、凹凸状１９の表面粗さ
（最大高さ（Ｒｍａｘ））を０．０１〜０．２０μｍ、
好適には０．０５〜０．１３μｍにすると、透過率−電
圧特性において階調が容易になり、さらに式（１）を満
たすことができるという点で望ましい。

【００３０】つぎに上記構成の液晶表示装置Ａ（配向膜
１４の凹凸状１９の凹凸差：０．１０μｍ）の具体例を
述べる。ΔＶ＝１．０Ｖ、ｋ＝１．５Ｖ／０．１μｍ、
Ｖｄ＝１．５Ｖに設定した場合、式（１）および式
（２）を満たし、そして、図７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、駆動したところ、図
４に示すような良好な透過率曲線が得られた。図７中、
（ａ）は走査電極に印加される電圧波形、（ｂ）は信号
電極に印加される電圧波形、（ｃ）はこれら２つの波形
を合成して得られる液晶セルに実際に印加される電圧波
形である。各画素の表示状態は（ｃ）に示すＶｗ（±
（Ｖｓ±Ｖｄ）の電圧で決定され、選択する表示状態に
対応した電圧の波高値は信号電圧印加電圧の電圧値によ
って制御される。

【００３１】しかしながら、配向膜１４の凹凸状１９の
凹凸差が０．１５μｍになるように設計し、その他は同
じ構成にしたことで、式（１）が満たされなくなり、図
５に示すような凹凸状１９の頂点近傍にてＯＦＦ状態
（１８０°＋π）が発現されなくなり、コントラストが
低下し、透過率の制御がむずかしくなった。

【００３２】また、１画素中のドットの個数Ｎを１００
個にすると、式（２）が満たされなくなり、図６に示す
ように２Ｖｄの範囲内において、電圧可変範囲内にて電
圧に対し連続的に透過率を変化させることができなくな
り、さらにストライプ状の不安定な状態が発現された。

【００３３】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。たとえば上記
実施形態例では、配向膜１４の凹凸状１９を形成した場
合を示すが、これに代えて配向膜５に対し同様な凹凸状
を形成してもよく、あるいは、双方の配向膜５、１４と
もに凹凸状を形成してもよい。

【００３４】また、上記実施形態例では、凹凸制御層１
１を設けることで、配向膜１４の表面での凹凸高さが約
０．１μｍ程度にまで制御したが、これに代えて凹凸制
御層１１を設けないで、配向膜５、１４の表面を荒すこ
とで、直に凹凸状１９を形成してもよい。

【００３５】さらにまた、上記実施形態例では各透明基
板１、８を使用した液晶表示装置で示しているが、これ
に代えて透明基板上に金属などの反射層を成膜形成した
反射型液晶表示装置であっても同様な作用効果が得られ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の液晶表示装置に
よれば、各画素の少なくとも一方の配向膜を表面が凹凸
状になるように被着させたことで、１画素中にセルギャ
ップ分布が形成され、ｄ／ｐ分布が得られ、これによ
り、階調表示をおこなうことができ、さらに表示ムラの
発生を防いだ良好な表示が得られる高性能な液晶表示装
置が提供できた。

【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】本発明の液晶表示装置における被成膜用基板上
に配設したドット群の分布を示す平面図である。

【図３】セルギャップと選択電圧との関係を示す線図で
ある。

【図４】選択電圧と透過率との関係を示す線図である。

【図５】選択電圧と透過率との関係を示す線図である。

【図６】選択電圧と透過率との関係を示す線図である。

【図７】液晶表示装置に対する印加電圧波形を示す波形
図である。

【図８】本発明の他の液晶表示装置の要部拡大断面図で
ある。

【図９】本発明の他の液晶表示装置における被成膜用基
板上に配設したドット群の分布を示す平面図である。

【図１０】本発明のさらに他の液晶表示装置の要部拡大
断面図である。

【図１１】本発明のさらに他の液晶表示装置における被
成膜用基板上に配設したドット群の分布を示す平面図で
ある。

【図１２】本発明のさらに他の液晶表示装置の要部拡大
断面図である。

【図１３】本発明のさらに他の液晶表示装置における被
成膜用基板上に配設したドット群の分布を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３液晶表示装置１透明基板２、９保護膜３信号電極４、１３絶縁膜５、１４配向膜６信号電極部材７走査電極部材８透明基板１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃドット群１１凹凸制御層１２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凹凸状

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に多数の走査電極が配列された走査
電極パターンおよび配向膜とを順次形成した走査電極部
材と、基板上に多数の信号電極が配列された信号電極パ
ターンと配向膜とを順次形成した信号電極部材との間
に、ねじれ構造を有する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、さらに異なる電圧を印加する
ことで初期状態とは異なる２つの準安定状態をもたせた
液晶を配し、上記走査電極パターンと信号電極パターン
とを交差させて形成した画素の少なくとも一方の配向膜
を表面が凹凸状になるように被着せしめたことを特徴と
する液晶表示装置。