JP2962968B2

JP2962968B2 - 液晶素子

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Publication number: JP2962968B2
Application number: JP10273893A
Authority: JP
Inventors: 修三金子; 克彦新庄
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: JPH06313900A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表示装置や液晶プリンタ
ーに用いられる液晶素子に関し、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実現するに
好ましい液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶（ＦＬＣ）はその高速性、
メモリ性などの利点に注目され、表示素子、ライトバル
ブなどのために積極的に利用されている。

【０００３】上記利点を生かしたターゲットとして、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（ＴＦ
Ｔ）などを用いたアクティブマトリクス駆動による動画
像表示にも期待がよせられている。

【０００４】さらにＦＬＣ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多大な努
力がなされている。

【０００５】例えば、ひとつの画素内に、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５９−１９
３４２７明細書中に記載のように電極基板の自然発生的
なムラあるいは意図的に微小モザイクパターンを付与す
ることによる方法、または特開昭６１−１６６５９０記
載の絶縁層厚みに階段状分布をつけることにより階調を
得る方法などが挙げられる。さらには特開昭６４−７７
０２３に欠陥の多い配向状態を得ることによる方法が開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような方法によ
り、中間調状態を作り出すことは確認されているが、さ
らに画素内で均一化された中間調あるいは制御された階
調特性が望まれている。

【０００７】さらにコントラストを良好に保つには、中
間調表示状態においてなるべく欠陥の観察されない配向
状態が望ましい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記技術課題を
解決し、良好な配向性と均一で安定した中間調を得、か
つ制御のしやすい階調設計が実現される液晶素子を提供
することを目的とする。

【０００９】その為、本発明は、一対の電極間に液晶を
挟持した液晶素子であって、該基板の少なくとも一方の
電極上には他方の電極との交差部で形成される一画素内
において、異なるスペースをなして形成された複数のス
トライプ状凸部と、該凸部上に設けられた１０^-8Ｓ／ｃ
ｍ以上の導電率を有する低抵抗層を有し、該スペースの
変化は一画素にわたって反転しきい値勾配をなしている
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明では特にストライプ状の凹凸構造を一画
素内でそのピッチ又はスペースに変化の勾配をもたせて
やるように形成する。このようにすることで、画素内で
ＦＬＣの反転閾値に勾配ができ、階調信号に応じて所定
方向に延びるライン状の反転ドメインが形成されて良好
な反転面積制御がなれさ、均一な階調特性が得られる。

【００１２】更には、階調駆動時に不要なイオンが残ら
ないのでヒステリシスが小さくなる。

【００１３】

【実施例】

（好適な実施態様の説明）図１は本発明の一実施態様に
よる液晶素子の構造の一例を示す模式図である。

【００１４】図に示す一対の基体間に強誘電性液晶をは
さみ素子となす。

【００１５】そして、階調表示の為に反転しきい値を変
化させしきい値に所定方向の勾配をもたせて反転ドメイ
ンがライン状に所定方向に広がるようにストライプ凸部
が設けられており、又反転による電場、イオンの残留、
移動等による悪影響を防止する為に導電率が１０^-8Ｓ／
ｃｍ以上の低抵抗膜を設ける。

【００１６】以下この構成につき詳述する。

【００１７】図１はマルチプレクス駆動するマトリクス
基体の片側（図１では走査電極側となる下基板）の電極
構成として、上記のピッチに勾配を持たせた凹凸形状を
パターニング、あるいは、マスクデポにより付与した例
を示し、例として凸部のライン幅を４μｍとして、ライ
ン間のスペース幅を２μｍから、１０μｍまでほぼ０．
５μｍで次々に変化させて形成したものの概略構成図を
示し、図の上基板、下基板の透明電極交差部により画素
を形成する。

【００１８】１９０１は上基板でガラス、石英、プラス
チック等の透明基体、１９０２は、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、
Ｉｎ₂Ｏ₃等の透明電極である。また、１９０３はポリイ
ミド、ナイロンその他の樹脂をラビングしたもの、また
はＳｉＯ、ＳｉＯ₂等の斜方蒸着により得られた配向膜
である。

【００１９】一方、下基板を形成する１９０４、１９０
５は上記１９０１、１９０２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凸部１９０６を設
けてある。さらに本発明においてはこの上に低抵抗層１
９０７を設けている。

【００２０】次に必要に応じて配向膜１９０８を設ける
が、該配向膜は上記１９０３と同様のライビング膜また
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、またはシランカップリング剤の
皮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。または上記低抵抗層１９０７に直接必要
に応じた配向処理を施すことで配向膜１９０８は省略さ
れても良い。

【００２１】なお、上記上・下の基板の配向処理による
一軸性付与方向は、上記ストライプ凸部長手方向に近い
様にした方が、配向性の面では良好であるが、これ以外
の方向を選んでもよい。

【００２２】そして、上下基板外側には、クロスニコル
に配置した偏光板を設けている。

【００２３】上記凸部を形成する材質としては、特にＡ
ｌ，Ｔｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどの金属又はＳｎＯ₂，
Ｉｎ₂Ｏ₃，ＩＴＯなどの透明導電酸化物などが最も好ま
しいが、別の突起体の形成要素としては、ＳｉＯ₂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、公知の堆積ないしはパターニング技術によ
り形成される。

【００２４】ストライプ突起部の上記ライン幅として
は、使用する液晶セル厚よりも大きい範囲が良く好まし
くは、２μｍ〜１０μｍである。また、突起ストライプ
長さとしては、最大のスペース幅より長く、さらに好ま
しくは、一画素長さ程度、或は、一画素長さ以上で、例
えば走査電極の電極長全域で連続したものであっもよ
い。

【００２５】上記凸部間のスペース幅としては、やは
り、セル厚程度以上もたせたほうが配向性の面で好まし
く、上限としては２０μｍ程度の範囲で変化させたもの
であることで、階調性に良好な効果をもたらす。

【００２６】上記したようなスペースに変化の勾配をつ
けたストライプ凹凸による階調作用について以下に説明
する。

【００２７】まず、突起部は、階調ドメインの発生ポイ
ントを各画素で均一化する。突起部は他の部分にくらべ
液晶に対して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、特に突起が
導電性の部材で形成された時に大きいが、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
果が考えられる。

【００２８】また突起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あげられる。

【００２９】次にスペースに変化をつけたことによる階
調の直線性（ガンマ）の形成作用は、上記突起部に優先
された反転応答のスペース部への伝播効果が大きな要因
と考えられる。すなわち、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、伝播効果が強く作用し、上記スペース幅の
小さな部分が全体として先に反転ドメインとして固定化
され、この結果として、図２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見
られる。

【００３０】さらに上記スペース変化に勾配をつけたこ
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による階調制御は、スムーズな
ガンマ特性を持つ。これは、反転ドメイン面積の広がり
が、スペースの最も細かい部分からの伝播効果を従属的
に拾うことにより、段階的なスペースの変化に対して連
続的な階調性を作り出している為と思われる。

【００３１】本発明は上記勾配をつけたことによる連続
的な階調性の形成の傾向に着目し、更に本発明では低抵
抗膜１９０７を設けることにより上記効果を増大する。

【００３２】図３に本発明セルの画素拡大断面形状を再
び示す。上記低抵抗膜１９０７は、上述の伝播効果によ
る閾値勾配分布をより明確にすると考えられる。

【００３３】すなわち、特に公知のポリピロール、ポリ
アニリン、ポリアセチレン等の有機導電性膜、あるいは
ポリイミドネポリシロキサン、その他の樹脂等を母体と
してＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、その他の導電性微粒子の分散
された膜を、スピンコート、またはディッピングにより
溶液状態からの製膜により適度な膜厚（５０Åないしは
１０００Å、望ましくは１００Åないしは５００Å）に
形成した場合、表面張力等の要因により前記スペースの
細かなところと、間隔の広いところでは皮膜被覆度に差
が出来、スペースの細かな部分では凹凸の凹部高さが平
均的に大きくなると考えられる。

【００３４】この結果、上記スペースの細かい部分での
閾値はより低下させられるとともに、上記皮膜被覆によ
るもともとの突起部のエッジ部を滑らかにする効果もあ
り、同時に配向性も向上する。また、そのために、突起
部高さをさらに高くすることが出来るために、前記電界
効果も充分に大きく作用することが出来、非常に良好な
階調性が実現される。

【００３５】図４は本発明構成により得られた典型的な
階調特性をＶ−Ｔ特性として示すものである（実線）。
図中点線で示すものは本構成で上記低抵抗膜を設けなか
った場合のＶ−Ｔ特性を比較例として示すものであり、
本発明により階調特性は明らかに改善されている。な
お、ここで印加した駆動電圧のパルス幅は約２０μｓｅ
ｃである。

【００３６】本発明で設ける上記低抵抗膜とは、その導
電率が１０^-4Ｓ／ｃｍ程度から１０^-8Ｓ／ｃｍ程度のも
のが最適である。上記膜として１０^-4Ｓ／ｃｍより大き
な導電率であると、画素間の電気的導通が無視できなく
なり、該膜も画素電極として下地の透明電極と同様にパ
ターニングする必要がある。

【００３７】また、１０^-8Ｓ／ｃｍ未満の導電率になる
と、良好な階調特性を得るためにはたとえば駆動波形
上、画素をリセットするための時間幅を数百μｓｅｃ以
上必要とするなどの障害を生じる。

【００３８】またこの膜の膜厚も、電圧印加時の液晶分
圧を考慮して、あまり厚くはしないほうが良く、せいぜ
い１０００Å以下、望ましくは透過率等考慮すると５０
０Å以下が望ましい。

【００３９】一方、上記低抵抗膜を設ける場合の前記ス
トライプ突起高さは５００Åないし４０００Åの範囲程
度が、突起の効果上、または、配向を乱さないものとし
て最適である。

【００４０】以下、さらに代表的な実施例について説明
する。

【００４１】（実施例１）本実施例の素子（セル）にお
ける凹凸パターンの基本構成の一例として、ストライプ
状凸部は、約２０００Åの高さのＩＴＯであり、該凸部
間のスペースに、最小２μｍから、０．５μｍステップ
で最大１０μｍまで、順次スペース幅の変化に勾配を持
たせて凹凸を形成した。

【００４２】次に低抵抗膜としてポリアニリンと分子量
が２００ないし３００程度の有機強酸（たとえばＣＳＡ
（カンファースルホン酸））をＮ−メチルピロリドン
（ＮＭＰ）とルーブチルセロソルブ（ｎＢＣ）の混合液
媒中に各０．７ｗｔ％、０．３ｗｔ％程度溶解した溶液
をスピナー条件１５００ｒ．ｐ．ｍ．、２０ｓｅｃでス
ピンコートすることで上記凹凸上に形成した。なお、同
じ材料をディッピングによっても適度な膜厚に形成でき
る。さらには、別の方法として公知の電解重合膜として
形成することもできる。上記条件で最適な膜厚として
は、別のＩＴＯ付きガラス基板に塗布したもので約４０
０Åであり、この膜の導電率を測定したところ約１０^-7
Ｓ／ｃｍの導電率が得られた。

【００４３】一方、上記凹凸パターン基板と対向する基
板にはＩＴＯ上に上記ポリアニリンを、溶液濃度を調整
し約５０Å設けたものを、約１．２μｍ径のシリカビー
ズスペーサを介して配置し、セルとした。

【００４４】なお、本セルでの液晶配向処理としては、
上記凹凸パターン基板、または、対向基板の両方とも、
あるいは対向基板のみに、おおむね上記ストライプの長
手方向に平行方向へのラビング処理を行なうことで、セ
ル中に充填した液晶を配向させることが出来た。

【００４５】上記セルの階調特性は前記図４の実線に示
すものであり、良好な階調性を示した。

【００４６】（実施例２）上記実施例１で形成した凹凸
パターン上のポリアニリン皮膜上に、ポリイミド配向膜
（ＬＱ１８０２）をＬＢ膜として約３０Å形成し、一方
対向基板としてはＩＴＯ上に直接上記ポリイミド配向膜
を形成し、双方とも上記同様おおむねストライプ長手方
向に平行方向のラビングを行ないセルとした。これには
上記実施例１と異なる液晶を注入し、配向させた。階調
性の結果は同様良好であった。

【００４７】（実施例３）上記低抵抗膜としてＳｎＯ₂
にアンチモンドープを施した粒径約１００Åの導電性微
粒子をポリシロキサンと混合した塗布型ＳｎＯ₂によ
り、凹凸パターン上に皮膜を形成した。この膜の導電率
も約１０^-7Ｓ／ｃｍ程度のものが得られる。

【００４８】さらに本皮膜上に上記ＬＢ膜（ＬＱ１８０
２）を３０Å形成し、ラビングしたものを用いた。その
他の構成は実施例１や２と同じである。

【００４９】配向は非常に良好であり、階調性も図４実
線で示すものより良かった。

【００５０】本例での上記微粒子による短周期的な表面
凹凸が良好な配向性や階調特性にさらなる効果を付加し
ているようである。

【００５１】（実施例４）実施例３においてアンチモン
のドープ量、導電性微粒子の大きさ、ポリシロキサンと
該粒子の混合比等を変えて被膜を形成した基体サンプル
を多数種類形成した。

【００５２】これらのうちから導電率が１０^-10Ｓ／ｃ
ｍ乃至１０^-2Ｓ／ｃｍの範囲内のサンプルを選び同様の
液晶素子の試料を作成した。そして、中間調表示を行い
ヒステリシス特性について評価した。その結果を下表
１、２に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】ここで◎印はヒステリシス特性の点から中間調表示用の
素子として特に良好、○印は良好、△印は適用可能、×
印は不適である。

【００５５】従って、低抵抗膜としては１０^-8乃至１０
^-4Ｓ／ｃｍの導電率をもつ膜が特に好ましいことがわか
る。

【００５６】図５は本実施例による液晶表示素子を有す
る画像表示装置の構成を示す。装置は、液晶表示素子と
しての５００×５００のマトリクスのパネル１８０１、
クロック１８０２、同期回路１８０３、及びシフトレジ
スタ１８０４、アナログスイッチ１８０５などからなる
走査波形発生器１８０６、及び例えばフレームメモリ１
８０７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１８０８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もしくは両側、左右の片側な
いし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、本実施例においては特にカイラルスメクチック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。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
中間調表示の再現性を良好に保ち、所望の印加信号−透
過率特性（γ特性）を持つ中間調表示を行うことができ
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
として行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様による液晶素子の構造を示
す模式図である。

【図２】本発明による液晶素子のドメイン反転の様子を
示す模式図である。

【図３】本発明による液晶素子の模式的断面図である。

【図４】本発明による液晶素子の印加電圧と透過率の関
係を示す図である。

【図５】本発明の一実施例による液晶素子を用いた表示
装置のブロック図である。

【符号の説明】

１９０１透明基体１９０２透明電極１９０３配向膜１９０４透明基体１９０５透明電極１９０６ストライプ状凸部１９０７低抵抗膜１９０８配向膜

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/141 G02F 1/133 560 G02F 1/133 575 G02F 1/1337 G02F 1/1343

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に液晶を挟持した液晶素子
であって、該基板の少なくとも一方の電極上には他方の
電極との交差部で形成される一画素内において、異なる
スペースをなして形成された複数のストライプ状凸部
と、該凸部上に設けられた１０^-8Ｓ／ｃｍ以上の導電率
を有する低抵抗層を有し、該スペースの変化は一画素に
わたって反転しきい値勾配をなしていることを特徴とす
る液晶素子。
【請求項２】前記低抵抗層の導電率は１０^-4Ｓ／ｃｍ
以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶素
子。