JP2977430B2 - 反強誘電性液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は階調表示が可能な反強誘
電性液晶表示素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】反強誘電性液晶は、１９８８年にChanda
niらによって発見された（A.D.L.Chandani et al.,Jpn.
J. Appl. Phys., 27，L729 (1988)）。この反強誘電性
液晶を水平配向処理を施したセル厚が２μｍ程度のセル
内に注入した反強誘電性液晶表示素子の場合、ダイポー
ルは、層内ではセル厚方向に対して同じ方向に向いてい
るが、隣合う層では互いに逆方向を向き、層間でダイポ
ールが打ち消し合うように配向する。また、反強誘電性
液晶には、図１５に示すように、反強誘電相ＡＦと２つ
の強誘電相Ｆという３つの安定状態が存在する。したが
って、クロスニコル下でスメクティック層の法線が偏光
軸と一致するようにセルを配置すると、そのセルは電界
を印加しないときには消光し、セル厚方向に電界Ｅを印
加したときは、ダイポールがセル厚方向に対してすべて
揃った強誘電相に転移して明状態になる。

【０００３】更に、かかる反強誘電性液晶には、図１６
に示すように、ＤＣ印加電圧（横軸）に対する光透過率
（縦軸）に関して明確なしきい値を有するヒステリシス
が存在する。このため、この特性を利用することによ
り、マルチプレックス駆動のマトリックス表示が可能で
ある。例えば、バイアス電圧Ｖ₀を常に印加し、選択期
間に電圧Ｖ_DとＶ_Nを印加することにより、それぞれ明と
暗状態を表示することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した特性を有する
反強誘電性液晶表示素子の実用化に向けての大きな課題
の一つとして階調表示が挙げられる。従来の階調表示方
法には、大きく分けて以下の面積分割法と時間分割法と
アナログ階調法の３つが挙げられる。

【０００５】面積分割法は、１画素の面積を更に分割
し、明状態の面積と暗状態の面積の比率で中間調を表示
する方法である。時間分割法は、１画素において、明状
態を表示する時間と暗状態を表示する時間の比率で中間
調を表示する方法である。アナログ階調法は、図１７に
示すように、反強誘電性液晶の相状態をスイッチングす
るための閾値Ｖｔｈを画素内で異なるようにして、例え
ばＶｔｈ₁からＶｔｈ₂、または逆にＶｔｈ₂からＶｔｈ₁
になるようにして行う表示方法である。

【０００６】しかしながら、面積分割法の場合には、電
極数が増加するためにＬＳＩの数が増加しコストアップ
になることと、電極線幅が細くなるために電極抵抗が高
くなって信号になまりが生じることが問題となる。従っ
て、この方法で階調表示を実現するのは、好ましいやり
方とは言えない。また、時間分割法の場合には、高速の
ライン書き込み時間が要求され、それに見合う材料を開
発することは困難である。また、アナログ階調法の場合
には、実用に適した方法が未だに確率されていない。

【０００７】以上のように、いずれの方法による場合も
種々の問題点があり、未だにフル階調の反強誘電性液晶
表示素子は商品化されていない。

【０００８】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、新しい実用的な階調表示
の実現が可能な反強誘電性液晶表示素子およびその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の反強誘電性液晶
表示素子は、少なくとも電極を有する一対の基板間に反
強誘電性液晶が設けられた反強誘電性液晶表示素子にお
いて、表示を行う各画素がマトリクス状に配され、各画
素の一部に接するか、あるいは画素内部に当る個所に絶
縁性の非液晶性物質からなる壁が形成され、前記壁に対
して概平行に施されるラビング処理によって配向制御方
向に垂直に成長するドメインを制御し、前記ドメインの
大きさを制御することによって階調表示を行い、そのこ
とにより上記目的が達成される。

【００１０】この反強誘電性液晶表示素子において、前
記一対の基板が、絶縁性膜および／または配向制御層を
有する構成とすることができる。また、前記壁が無機系
絶縁膜、あるいは有機高分子膜、あるいは非透明性の物
質よりなる構成とすることができる。また、前記壁が基
板のラビング方向と平行になった構成とすることができ
る。また、前記壁が、各画素の反強誘電性液晶を複数の
部分に分割するよう形成されている構成とすることがで
きる。また、前記反強誘電性液晶がアクティブマトリッ
クス駆動によって、あるいは単純マトリックス駆動によ
って駆動される構成とすることができる。また、前記一
対の基板のうち一方は透明基板であり、他方の基板は単
結晶シリコン基板である構成とすることができる。

【００１１】本発明の反強誘電性液晶表示素子の製造方
法は、少なくとも電極を有する一対の基板間に反強誘電
性液晶が設けられた反強誘電性液晶表示素子の製造方法
において、該一対の基板間に、少なくとも反強誘電性液
晶と光重合性モノマーとを含む混合物を介在させる工程
と、該混合物に、所定のパターンを持つフォトマスクを
用いて光照射し、光照射部分に絶縁性の非液晶性物質か
らなる壁を形成する工程とを含むので、そのことにより
上記目的が達成される。

【００１２】

【作用】本発明によれば、少なくとも電極を有する一対
の基板間に反強誘電性液晶を介在させ、該基板のそれぞ
れの電極によって構成される各画素において、絶縁性の
非液晶物質からなる壁を画素周辺部および／または画素
内部に有する反強誘電性液晶表示素子が提供される。

【００１３】ところで、反強誘電相から強誘電相への、
または強誘電相から反強誘電相へのスイッチング過程
は、電極端部から強誘電相または反強誘電相のドメイン
発生が始まり、電極内部に向かってドメインの成長が起
こることが知られている（M.John,K.Itho,J.Lee,Y.Ouch
i,H.Takezoe,A.Fukuda and T.Kitazume,Jpn.J.Appl.Ph
s.,29,L107(1990).）。電極端部においては電極内部に
比べて、電界のかかり方、液晶相の厚さ、配向状態など
が異なっているため、閾値が異なっていることが考えら
れる。そのため、上記ドメインの発生や成長が起こると
考えられる。

【００１４】そこで、本発明は、壁を積極的に形成し
て、壁周辺の配向状態を変化させることにより、電極端
部と同等の閾値の差を生じさせるようにした。

【００１５】また、ドメインの成長はラビング方向に対
して垂直方向になされることも知られている。したがっ
て、壁周辺で発生したドメインは、ラビング方向に対し
て垂直な方向に成長する。このため、壁をラビング方向
に対して垂直な方向に作製した場合、壁周辺で発生した
ドメインは互いのドメインとぶつかり合い一つになるの
で面積を制御できない。一方、壁をラビング方向に対し
て並行な方向に作製した場合、壁周辺で発生したドメイ
ンは近隣のドメインに影響されずにラビング方向に対し
て垂直な方向に成長できる。

【００１６】そこで、本発明は、壁の形状や密度などを
変えることにより、ドメイン発生を制御できるようにす
る。また、駆動の際に、電界またはパルス幅の変調によ
りドメイン面積を制御する。これによって階調表示が可
能となる。したがって、本発明では、画素内に非液晶性
物質からなる壁を形成しており、電極を分割していない
ので、前述の画素分割法による場合のような欠点がな
い。

【００１７】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００１８】図１（ａ）は本発明の反強誘電性液晶表示
素子を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ
−Ｂ′線による断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−
Ｃ′線による断面図である。この液晶表示素子は、対向
配設された一対の基板１ａ、１ｂの間に反強誘電性液晶
６が挟まれた構成となっている。基板１ａの反強誘電性
液晶６側には、電極２ａと絶縁性膜３ａと配向制御層４
ａとが基板１ａ側からこの順に形成されている。もう一
方の基板１ｂの反強誘電性液晶６側には、電極２ｂと絶
縁性膜３ｂと配向制御層４ｂとが基板１ｂ側からこの順
に形成されている。

【００１９】上述した両基板１ａ、１ｂの間に挟まれた
反強誘電性液晶６は、シール材７により周囲が包囲され
て封止されている。また、反強誘電性液晶６は、絶縁性
の非液晶性物質からなる壁５にて複数領域に分断されて
いる。反強誘電性液晶６の厚み、つまりセル厚は、１〜
５μｍがよく、特に１．２〜２μｍが好ましい。

【００２０】次に、かかる構造の反強誘電性液晶表示素
子の製造方法について説明する。

【００２１】まず、基板１ａ、１ｂ上に電極２ａ、２ｂ
を形成する。基板１ａと１ｂは、同一または異なった材
質のものを使用してもよいが、少なくとも一方は透明性
の基板を用いる必要がある。この基板１ａ、１ｂには、
例えばガラス基板、プラスティックフィルム、シリコン
基板などを使用することができる。また、電極２ａと２
ｂは、同一または異なった材質のものを使用してもよい
が、少なくとも一方は透光性でなくてはならない。この
電極２ａ、２ｂには、透明性の場合、例えばＩｎＯ₃，
ＳｎＯ₂，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）を使用でき、不透明性の場合は、Ａｌ，Ｔａ，Ｍ
ｏ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｃｒなどを使用することができ
る。電極２ａ、２ｂの形成は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいはスパ
ッタ法などにより所定のパターンに形成される。なお、
電極２ａ、２ｂの一方は、マトリクス状に配設された画
素電極であり、他方が基板のほぼ全面に形成された対向
電極となっている。また、この工程と前後して、画素電
極の周囲を通る状態で信号線や走査線が形成され、ま
た、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）などが形成される。画素電極と対向電極との対向す
る部分で形成される画素の大きさは、画素電極の大きさ
や形状によって異なるが、１０²〜１０⁶μｍ²の範囲が
よく、特に２５０〜１０⁵μｍ²の範囲が好ましい。

【００２２】次に、この電極２ａ、２ｂの上に絶縁性膜
３ａ、３ｂを形成する。絶縁性膜３ａと３ｂは、同一ま
たは異なった材質のものを使用してもよく、また、一方
または両方とも形成を省略することもできる。この絶縁
性膜３ａ、３ｂには、例えばＳｉＯ₂，ＳｉＮ_x，Ａｌ₂
Ｏ₃などの無機系薄膜、あるいはポリイミド、フォトレ
ジスト樹脂、高分子液晶などの有機系薄膜などを使用す
ることができる。絶縁性膜３ａ、３ｂが無機系の場合に
は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、溶液塗布法などに
よって形成できる。また、有機系の場合には、有機物質
を溶かした溶液、またはその前駆体溶液を用いて、スピ
ンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、ロール
印刷法などで塗布し、所定の硬化条件（加熱、光照射）
で硬化させ形成することができる。あるいは、蒸着法、
スパッタ法、ＣＶＤ法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌ
ｏｄｇｅｔｔ）法などで形成することもできる。

【００２３】次に、絶縁性膜３ａ、３ｂの上に配向制御
層４ａ、４ｂを形成する。ただし、絶縁性膜の形成を省
略した場合には、電極の上に直接に配向制御層を形成す
る。配向制御層４ａおよび４ｂは、同一または異なった
材質のものを使用してもよく、また、場合によっては一
方の形成は省略することもできる。この配向制御層４
ａ、４ｂとして無機系膜を形成する場合は、例えば酸化
ケイ素などを使用することができる。その成膜方法には
公知の方法が使用できるが、例えば、斜め蒸着法、回転
蒸着法などを使用することができる。また、配向制御層
４ａ、４ｂとして有機系膜を形成する場合は、ナイロ
ン、ポリビニールアルコール、ポリイミドなどを使用す
ることができ、通常この上をラビングする。また、絶縁
性膜３ａ、３ｂおよび配向制御層４ａ、４ｂとして高分
子液晶やＬＢ膜などを使用する場合には、磁場により配
向させたり、スペーサーエッジ法による配向なども可能
である。さらには、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ_xなどを蒸着法、ス
パッタ法、ＣＤＶ法などによって成膜し、その上をラビ
ングする方法も使用することができる。

【００２４】次に、以上のような状態の基板１ａ、１ｂ
の一方に、絶縁性の非液晶性物質からなる壁５を形成す
る。壁５の形成は、ラビング方法と平行になるように行
うのが好ましいが、完全に平行である必要はなく、若干
傾いていてもよい。非液晶性物質には、閾値に影響を与
える材質であればよく、無機系、有機系などの種々の材
料を使用することができる。例えば、ＳｉＯ₂，Ｓｉ
Ｎ_x，Ｔａ₂Ｏ₅，Ａｌ₂Ｏ₃などの無機系膜をフォトリソ
グラフィーなどの方法でパターニングして形成すること
ができる。また、ブラックマトリックス用に使用される
エポキシ系，アクリル系，ノボラック系などの有機系膜
を所定のパターン形成して使用することもできる。な
お、本実施例では、図２に示すように、壁５は前述した
画素電極、つまり画素Ａの各々の一辺の外側を通り、か
つ、ラビング方向と平行となるように形成している。

【００２５】次に、２枚の基板１ａ、１ｂを貼り合わ
せ、両基板１ａ、１ｂの間に反強誘電性液晶６を注入す
る。または、一方の基板上に反強誘電性液晶６を載せて
おいてから、もう一方の基板で反強誘電性液晶６を挟む
ようにしてもよい。これにより、反強誘電性液晶表示素
子が製造される。

【００２６】したがって、このようにして製造された反
強誘電性液晶表示素子において、電界を印加すると、壁
５の周辺よりドメインの発生が起こり、発生したドメイ
ンが壁５から離れる方向に成長していく。このとき、印
加電圧を調整することによりドメインの面積が調節さ
れ、つまり画素全体に対するドメイン面積の比率が調節
され、フル階調の表示が可能となる。

【００２７】図３は、上記反強誘電性液晶表示素子をよ
り詳細に示す断面図である。この液晶表示素子は、アモ
ルファス（ａ−と略）Ｓｉ半導体・ＴＦＴを用いたアク
ティブマトリクス基板と反強誘電性液晶を組み合わせた
ものである。ここで、３１は基板、３２はゲート電極、
３３はゲート絶縁膜、３４はａ−Ｓｉ半導体膜、４４は
リンドープのｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜、３５は絶縁膜、３６は
ソース電極、３７はドレイン電極、３８は画素電極、３
９は絶縁膜、４０は配向制御層、４１は共通電極、４２
は不透明膜、４３は反強誘電性液晶、４５は壁である。
ここで、４２の不透明膜は無くてもよい。また、３１の
基板上にカラーフィルタを形成してカラー表示を行うよ
うにしてもよい。

【００２８】次に、反強誘電性液晶表示素子の駆動方法
を、図３に示す部分が図４に示すようにマトリクスに設
けられた反強誘電性液晶表示素子を例に挙げて説明す
る。図４には、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型
液晶表示素子の等価回路が示されており、１本の走査電
極Ｇ₁，Ｇ₂，…，Ｇ_n-1，Ｇ_n，Ｇ_n+1，Ｇ_n+2，…，Ｇ_l-
1，Ｇ_lとｋ本の信号電極Ｓ₁，Ｓ₂，…，Ｓ_m，Ｓ_m+1，
…，Ｓ_k-1，Ｓ_kがマトリクス状に形成され、その各交点
にＴＦＴを配列したアクティブマトリクス基板に反強誘
電性液晶を組み合わせた液晶表示素子である。各交点の
ＴＦＴのゲート電極は走査電極に接続され、ソース電極
は信号電極に接続される。Ｐ_1/1，Ｐ_1/2，…，Ｐ_1/m，
Ｐ_1/m+1，…，Ｐ_n/1，Ｐ_n/2，…，Ｐ_n/k-1，Ｐ_n/k，…
などは各交点に形成されたＴＦＴのドレイン電極に接続
された画素を示す。液晶を駆動する場合、走査線より信
号を送ってゲート電極Ｇに電界を印加し、ＴＦＴをオン
（ＯＮ）にする。これに同期させて信号線よりソース電
極Ｓに信号を送ると、ドレイン電極Ｄを通して液晶ＬＣ
に電荷が蓄積され、これによって生じる電界によって液
晶が応答する。

【００２９】図５に電圧波形の例を示す。例えば、走査
電極Ｇ₁、信号電極Ｓ₁には図５に示すような波形が送ら
れ、このとき画素に印加される電圧波形は図５に示すよ
うになる。反強誘電性液晶に電圧が印加されないときに
黒の表示が得られるように、偏光板を配置するものとす
る。

【００３０】まず、ｔ₁の時間、走査電極Ｇ₁より信号を
送ってＴＦＴをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、
走査電極Ｇ₁に接続された画素に接続した信号電極から
は正の電圧＋Ｖｓｌを印加する。次のｔ₁の時間にはＧ₂
より信号を送ってＴＦＴをオン（ＯＮ）にし、これに同
期させて信号電極から信号を送る。以下同様にして順次
ｎ本目までの各走査電極に接続したＴＦＴをオン（Ｏ
Ｎ）にしてゆく。

【００３１】さて、ｎ本目の走査電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間、走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦ
Ｔをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、走査電極Ｇ
₁に接続された画素に接続した信号電極からは負の電圧
−Ｖｓｌを印加する。次のｔ₁の時間にはＧ₂より信号を
送ってＴＦＴをオン（ＯＮ）にし、これに同期させて信
号電極から信号を送る。以下同様にして順次ｎ本目まで
の各走査電極に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にしてゆ
く。

【００３２】それゆえ、画素には、ｔ₁×ｎの時間、Ｖ
ｓｌのパルス電圧が印加されることになる。このパルス
電圧は、反強誘電相から強誘電相にスイッチングさせる
のに十分な値であり、これによって、画素の状態を明状
態にするわけである。

【００３３】さて、ｎ本目の走査電極により信号を送っ
た後、再びｔ₁の時間、走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴ
ＦＴをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、走査電極
Ｇ₁に接続された画素に接続した信号電極からは負の電
圧−Ｖｓ２を印加する。この値は信号電極ごとに異な
り、求められる画素の表示状態によって値は決められ
る。次のｔ₁の時間にはＧ₂より信号を送ってＴＦＴをオ
ン（ＯＮ）にし、これに同期させて信号電極から信号を
送る。以下同様にして順次ｎ本目までの各走査電極に接
続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にしてゆく。

【００３４】さて、ｎ本目の走査電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間、走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦ
Ｔをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、走査電極Ｇ
₁に接続された画素に接続した信号電極からは正の電圧
＋Ｖｓ２を印加する。この値は信号電極ごとに異なり、
求められる画素の表示状態によって値は決められる。次
のｔ₁の時間にはＧ₂より信号を送ってＴＦＴをオン（Ｏ
Ｎ）にし、これに同期させて信号電極から信号を送る。
以下同様にして順次ｎ本目までの各走査電極に接続した
ＴＦＴをオン（ＯＮ）にしてゆく。

【００３５】再び、ｎ本目の走査電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間、走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦ
Ｔをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、信号電極か
らは０Ｖの電圧を印加する。以下同様にして順次ｎ本目
までの各走査電極に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）に
し、これに同期して、信号電極からは０Ｖの電圧を印加
する。

【００３６】次に、以上と同様な走査をｎ＋１本目から
ｎ＋ｎ本目までに行い、以下同様に１本目まで行う。

【００３７】上記実施例では壁５を形成した後に反強誘
電性液晶６を注入等するようにしているが、本発明はこ
れに限らず、壁５を図６に示す方法によっても形成する
ことができる。

【００３８】すなわち、まず、図６（ａ）に示すよう
に、対向し、かつ、貼り合わせた一対の基板１ａ、１ｂ
の間に、少なくとも反強誘電性液晶と光重合性モノマー
とを含む混合物を介在させる。混合物の一例としては、
例えばラウリルアクリレート１０重量％とステアリルア
クリレート１０重量％を溶媒中に溶解し、これにイルガ
キュア６５１（メルク社製）を０．５〜１重量％添加し
たものが該当する。

【００３９】次に、図６（ｂ）に示すように、所定のパ
ターンのフォトマスクを使用して混合物に光を、光強度
が１２ｍＷ／ｃｍ²となる状態で１０〜１５分間照射す
る。これによって、図６（ｃ）に示すように、光照射部
分に非液晶性物質からなる壁５が形成され、他の部分に
反強誘電性液晶６が形成される。

【００４０】また、上記実施例では、図２に示すよう
に、壁５は前述した画素Ａの各々の一辺の外側を通るよ
うに形成しているが、本発明はこれに限らない。図７〜
図１０に、壁５の形成パターン例を示す。図７は壁５を
画素Ａの外側に辺に沿って形成した例であり、（ａ）お
よび（ｂ）は２辺に、ラビング方向に平行に形成した場
合、（ｃ）は対向する２辺の壁５をラビング方向に平行
にして４辺全部に形成した場合である。図７（ｃ）に示
すように、本発明は、ラビング方向に平行な壁５が各画
素Ａにおいて１以上存在するように、壁５を形成すれば
よい。図８は壁５を画素Ａの内部に形成した例である。
図９は壁５を画素Ａの外側および内部に形成した例であ
る。なお、図２、図７および図９においては、壁５を画
素Ａの外側に形成するようにしているが、本発明におい
ては、壁５は画素Ａの辺の上に一部が存在するように形
成してもよい。要は、壁５の近傍部分からドメインの発
生が起こるようになっていればよい。また、壁５がラビ
ング方向に完全に平行となっていなくてもよく、多少傾
いていても支障はない。要は、ドメインが反強誘電性液
晶へ印加する電圧に応じた面積比率で成長するようにな
っていればよい。

【００４１】なお、本発明において適用可能なラビング
方向としては、図１０に示す３タイプが該当する。
（ａ）はパラレルラビング方式であり、一対の基板の両
方にラビング処理を施し、ラビング方向が同一になるよ
うに基板を貼り合わせる構成である。（ｂ）はアンチパ
ラレルラビング方式であり、一対の基板の両方にラビン
グ処理を施し、ラビング方向が逆になるように基板を貼
り合わせる構成である。（ｃ）は片ラビング方式であ
り、一対の基板の片方にのみラビング処理を施した構成
である。

【００４２】また、本発明においては、基板に単結晶シ
リコンを使用することが可能である。図１１は、単結晶
シリコンを基板に用いた場合の反強誘電性液晶表示素子
の構成を示す。この例では、基板上にシリコンゲートＮ
ＭＯＳのスイッチング回路を搭載した場合である。この
素子は、最下部に単結晶シリコン基板５７を備え、この
単結晶シリコン基板５７の上にフィールドシリコン酸化
膜５６が形成されている。フィールドシリコン酸化膜５
６には一部、この図示例では２箇所に貫通孔５６ａ、５
６ｂが開孔され、これらの貫通孔５６ａ、５６ｂの内部
と上縁部周りのフィールドシリコン酸化膜５６の上表面
部分には、単結晶シリコン基板５７の底部に達する状態
でそれぞれＡｌ電極５４ｃ、５４ｂが形成されている。
なお、このＡｌ電極５４ｃ、５４ｂの下の単結晶シリコ
ン基板５７部分は、ソース領域５８とドレイン領域５９
となっている。

【００４３】上記貫通孔５６ａ、５６ｂとの間には、ゲ
ート絶縁膜６１とゲート電極６０が配設されている。ゲ
ート電極６０は、Ａｌ電極５４ｃ、５４ｂと短絡しない
ように、その表面をシリコン酸化膜で被覆している。こ
のゲート電極６０は、本図示例ではポリシリコンを使用
している。

【００４４】上記Ａｌ電極５４ｃ、５４ｂ及びフィール
ドシリコン酸化膜５６の上には、保護膜５５が形成され
ている。保護膜５５は、単結晶シリコン基板５７上に形
成したスイッチング用ＭＯＳ回路を保護するためのもの
である。この保護膜５５のＡｌ電極５４ｂの上の部分に
は貫通孔５５ａが開設され、保護膜５５の上と貫通孔５
５ａには底部がＡｌ電極５４ｂに達する状態で電極兼反
射膜５４ａが形成されている。この電極兼反射膜５４ａ
は、本例では反射率の高いＡｌを用いている。また、電
極兼反射膜５４ａは、下部電極５４ｂとのコンタクト抵
抗を低くするため、電極兼反射膜５４ａの形成後に熱処
理が必要だが、この時に電極兼反射膜５４ａの表面に凹
凸が生じ、反射率の低下をきたす。本例では、電極兼反
射膜５４ａの表面を平滑にし、反射率を高める目的で保
護膜５５の形成後と、電極兼反射膜５４ａを形成した後
に行う熱処理後とそれぞれ表面を研磨し、平滑となる処
理を行っている。

【００４５】この電極兼反射膜５４ａの上には、図示し
ない配向制御層を形成後、下面全面に透明対向電極５２
が形成され、しかる後、図示しない配向制御層を形成し
た透明ガラス基板５１が対向配設され、この透明ガラス
基板５１と上述した単結晶シリコン基板５７との間に、
反強誘電性液晶５３と壁６２が形成されている。透明ガ
ラス基板５１は光入射側として使用される。

【００４６】このように構成された本例の反強誘電性液
晶表示素子においては、単結晶シリコン基板５７を用い
ているので、ＩＣ技術をそのまま液晶表示素子に適用可
能である。つまり、微細加工技術、高品質薄膜形成技
術、高精度不純物導入技術、結晶欠陥制御技術、製造技
術と装置、回路設計技術、ＣＡＤ技術など高度に発達し
た先端技術が適用できることになる。加えて、既設のＩ
Ｃ工場のクリーンルームで、他のＩＣと同時に製造でき
るため、新たな設備投資を殆ど要せず、製造コストを低
くできる利点がある。

【００４７】図１１に示す反強誘電性液晶表示素子のＬ
ＳＩによる駆動方法を以下に説明する。

【００４８】図１２に液晶駆動用のスイッチング回路の
一例を示す。Ｑ₁は液晶に電圧を印加するトランジスタ
であり、ゲート電位とドレイン電位とはほぼ直線的な関
係を示す性能を持つトランジスタを利用することが望ま
しい。また、液晶に直接電圧を供給するため、液晶には
スイッチング時の耐圧が必要である。Ｑ₂はデータ信号
をＱ₁に供給するトランジスタである。このトランジス
タはオフ（ＯＦＦ）時のリーク電流が少ないことが望ま
しい。ＣｓはＱ₁のデータ信号を保持する為の補助容量
である。データ線に信号を入れ、ゲート線に電圧を印加
し、Ｑ₂をオン（ＯＮ）させると、データ信号がＱ₁に印
加される。同時にＣｓに信号が保持される。Ｑ₁はデー
タ信号に対応した電圧を液晶に印加し、反強誘電性液晶
をスイッチングさせる。

【００４９】このＱ₁のオン（ＯＮ）状態はＱ₂がオフ
（ＯＦＦ）後もそのまま保持される。このように、本例
の回路を用いると、液晶材料の抵抗値が低い場合および
自発分極が大きい場合でも良好な表示品位を得ることが
できる。反強誘電性液晶には、図１３に示すような電圧
波形を印加する。最初の２つのパルス、即ちτ₁の幅の
Ｖ₁および−Ｖ₁の電圧によって反強誘電相から強誘電相
へスイッチングさせ、明状態にする。次のτ₂の幅の−
Ｖ₂およびＶ₂の電圧は画素の求められる明るさによって
変える。

【００５０】上記実施例では画素電極と対向電極との対
向部分で画素が形成される場合について説明したが、本
発明はこれに限らず、図１４に示す大容量マトリックス
の表示素子にも適用可能である。図１４の表示素子は、
上側基板に形成した配線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５
…と、下側基板に形成した配線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ
４、Ｌ５とを交差するように両基板が対向配設され、両
配線Ｓ１等とＬ１等との対向する部分で画素が形成され
る構成となっている。その画素に対応して壁を形成すれ
ばよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明の反強誘電性液晶表示素子は、画
素の周辺部および／または内部に壁が形成されており、
これにより閾値の差が生じて階調表示が可能となる。ま
た、画素電極を分割して駆動する必要がないため、従来
構成の駆動回路を使用することが可能であり、コストの
低廉化が図れる。また、画素の周辺部に壁を形成した場
合、画素でない領域からの光の漏れを抑制でき、壁はブ
ラックマトリクスとしても機能させ得る。また、本発明
の製造方法による場合には、一対の基板間に混合物を介
在させ、その混合物に光を照射するだけでよく、製造が
簡単に行える。また、この場合には、壁が一対の基板の
両方に固着した状態に形成されるため、セル厚の均一性
や耐ショック性に優れた構造となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の反強誘電液晶表示素子を示す
平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′線による断面図、
（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ′線による断面図である。

【図２】図１の反強誘電性液晶表示素子の画素に対応し
て形成した壁を示す平面図である。

【図３】図１の反強誘電性液晶表示素子をより詳細に示
す断面図である。

【図４】図３に示す部分がマトリクス状に設けられた反
強誘電性液晶表示素子の等価回路図である。

【図５】図４の反強誘電性液晶表示素子を駆動するため
の電圧波形の例を示す図である。

【図６】本発明の要部である壁の形成方法を示す模式図
である。

【図７】壁の形成パターンの例である。

【図８】壁の形成パターンの例である。

【図９】壁の形成パターンの例である。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は共に、本発明に適用可
能な基板のラビング状態を示す図である。

【図１１】本発明にかかる他の構成の反強誘電性液晶表
示素子を示す模式図である。

【図１２】図１１の反強誘電性液晶表示素子を駆動する
ためのスイッチング回路を示す等価回路図である。

【図１３】図１１の反強誘電性液晶表示素子を駆動する
電圧波形を示す図である。

【図１４】本発明が適用可能な大容量マトリクスの表示
素子を示す平面図である。

【図１５】反強誘電性液晶表示素子の表示原理を説明す
るための模式図である。

【図１６】従来の反強誘電性液晶表示素子を駆動すると
きの印加電圧と光透過率との関係を示す図でる。

【図１７】従来の反強誘電性液晶表示素子をアナログ階
調法により駆動する場合の駆動原理を説明するための図
である。

【符号の説明】

１ａ 基板 １ｂ 基板 ２ａ 電極 ２ｂ 電極 ３ａ 絶縁性膜 ３ｂ 絶縁性膜 ４ａ 配向制御層 ４ｂ 配向制御層 ５ 壁 ６ 反強誘電性液晶 ７ シール材 ３１ 基板 ３２ ゲート電極 ３３ ゲート絶縁膜 ３４ ａ−Ｓｉ半導体膜 ４４ リンドープのｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜 ３５ 絶縁膜 ３６ ソース電極 ３７ ドレイン電極 ３８ 画素電極 ３９ 絶縁膜 ４０ 配向制御層 ４１ 共通電極 ４２ 不透明膜 ４３ 反強誘電性液晶 ４５ 壁 Ｇ₁，Ｇ₂，…，Ｇ_n-1，Ｇ_n，Ｇ_n+1，Ｇ_n+2，…，
Ｇ_l-1，Ｇ_l 走査電極 Ｓ₁，Ｓ₂，…，Ｓ_m，Ｓ_m+1，…，Ｓ_k-1，Ｓ_k 信号電
極 Ｐ_1/1，Ｐ_1/2，…，Ｐ_1/m，Ｐ_1/m+1，…，Ｐ_n/1，
Ｐ_n/2，…，Ｐ_n/k-1，Ｐ_n/k，… 画素 ５１ ガラス基板 ５２ 対向電極 ５３ 反強誘電性液晶 ５４ａ 電極兼反射膜 ５４ｂ Ａｌ電極 ５４ｃ Ａｌ電極 ５５ 保護膜 ５６ フィールドシリコン酸化膜 ５６ａ 貫通孔 ５６ｂ 貫通孔 ５７ 単結晶シリコン ５８ ソース領域 ５９ ドレイン領域 ６０ ゲート電極 ６２ 壁

フロントページの続き (72)発明者 四宮 時彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 倉立 知明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 藤森 孝一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−174514（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−250927（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249502（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−199202（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−159792（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−331994（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−28039（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337 510 G02F 1/1339 G02F 1/141

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも電極を有する一対の基板間に
   反強誘電性液晶が設けられた反強誘電性液晶表示素子に
   おいて、 表示を行う画素がマトリクス状に配され、各画素の一部
   に接するか、あるいは画素内部に当る個所に絶縁性の非
   液晶性物質からなる壁が形成され、前記壁に対して概平
   行に施されるラビング処理によって配向制御方向に垂直
   に成長するドメインを制御し、前記ドメインの大きさを
   制御することによって階調表示を行うことを特徴とする
   反強誘電性液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記一対の基板が、絶縁性膜および／ま
   たは配向制御層を有する請求項１記載の反強誘電性液晶
   表示素子。
3. 【請求項３】 前記壁が無機系絶縁膜よりなる請求項１
   または２に記載の反強誘電性液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記壁が有機高分子膜よりなる請求項１
   または２に記載の反強誘電性液晶表示素子。
5. 【請求項５】 前記壁が非透明性の物質よりなる請求項
   １乃至４のいずれかに記載の反強誘電性液晶表示素子。
6. 【請求項６】 前記壁が基板のラビング方向と平行にな
   っている請求項１乃至５のいずれかに記載の反強誘電性
   液晶表示素子。
7. 【請求項７】 前記壁が、各画素の反強誘電性液晶を複
   数の部分に分割するよう形成されている請求項１乃至６
   のいずれかに記載の反強誘電性液晶表示素子。
8. 【請求項８】 前記反強誘電性液晶がアクティブマトリ
   ックス駆動によって駆動される請求項１乃至７のいずれ
   かに記載の反強誘電性液晶表示素子。
9. 【請求項９】 前記反強誘電性液晶が単純マトリックス
   駆動によって駆動される請求項１乃至７のいずれかに記
   載の反強誘電性液晶表示素子。
10. 【請求項１０】 前記一対の基板のうち一方は透明基板
    であり、他方の基板は単結晶シリコン基板である請求項
    １乃至７のいずれかに記載の反強誘電性液晶表示素子。
11. 【請求項１１】 少なくとも電極を有する一対の基板間
    に反強誘電性液晶が設けられた反強誘電性液晶表示素子
    の製造方法において、 該一対の基板間に、少なくとも反強誘電性液晶と光重合
    性モノマーとを含む混合物を介在させる工程と、 該混合物に、所定のパターンを持つフォトマスクを用い
    て光照射し、光照射部分に絶縁性の非液晶性物質からな
    る壁を形成する工程とを含む反強誘電性液晶表示素子の
    製造方法。