JP2984496B2

JP2984496B2 - 液晶表示素子

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Publication number: JP2984496B2
Application number: JP34868992A
Authority: JP
Inventors: 克彦新庄; 修三金子; 健夫塚本; 哲也金子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH06202115A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョン等に用い
られる液晶表示素子に関し、特に強誘電性液晶を用いた
液晶表示素子およびそれによる中間調表示方法に関する
ものである。

【０００２】

【背景技術の説明】従来の液晶表示素子の一例として
は、ツイストネマティック（ＴＮ）液晶を用いたアクテ
ィブマトリクス駆動方式を用いた液晶液晶表示素子が知
られている。この素子では、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を画素ごとにマトリクス配置し、ＴＦＴのゲートに
駆動パルスを印加してソースとドレイン間を導通状態と
し、このとき画像信号がソースからドレイン側のキャパ
シタに蓄積され、この蓄積された画像信号に対応してＴ
Ｎ液晶分子が向きを変え光の透過が変わる。よって、画
像信号の電圧を変調することによって中間調（階調）表
示を行うことが出来る。

【０００３】しかし、このようなＴＮ液晶を用いたアク
ティブマトリクス駆動方式の素子では、使用するＴＦＴ
が複雑な構造を有しているため、その作製工程数が多
く、製造コストを高いものとしている。更には、ＴＦＴ
を構成している薄膜半導体としての多結晶シリコン、非
晶質シリコン）を広い面積にわたって均一な特性を持つ
ように被膜形成することが難しい。

【０００４】一方、低コストで製造できるものとしてＴ
Ｎ液晶を用いたパッシブマトリクス駆動方式の液晶表示
素子が知られている。この表示パネルでは走査線数
（Ｎ）が増大するに従って、１画面（１フレーム）を走
査する間に一つの選択点に有効な電界が印加されている
時間（デューティー比）が１／Ｎの割合で減少する。こ
のためクロストークが発生し、しかも高コントラストの
画像とならないなどの欠点を有している。更に、デュー
ティー比が小さくなると各画素の階調を電圧変調により
制御することが困難にもなる。このように、ＴＮ液晶を
用いたパッシブマトリクス駆動方式の液晶表示素子は、
高密度配線数の表示素子、例えば液晶テレビジョンパネ
ルなどに適したものとは言い難い。

【０００５】この様な従来のＴＮ液晶が持つ根本的な問
題を解決するものとして、クラークとラガヴァルに付与
された米国特許第４３６７９２４号の明細書に記載され
ている様な、双安定性を有する強誘電性液晶素子が知ら
れている。この強誘電性液晶素子は理想的には２つの双
安定状態のいずれかに安定しようとして、中間的な分子
位置を取らないため、階調表示には不向きであると考え
られてきた。従って、強誘電性液晶素子を用いて階調表
示を行うには、画素分割法に代表される様なデイジタル
的な手法による階調表示に頼らざるを得なかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たデイジタル的な手法による階調表示法では、１フレー
ムを複数の画素によって構成されたサブフレームに分割
し、１フレーム描画時において、サブフレーム内の各画
素に対してデューティー比の異なった電界を印加して駆
動する。この場合、高階調度特性を得るためには、１つ
のサブフレームを構成する画素数が増大するため、表示
画面が大きくなるに従い、１画素あたりのデューティー
比がかなり小さくなる。とって、高コントラストを得る
ためには液晶材料の高速応答性が要求される。また１画
素の階調表示のために多数の駆動電極を必要とする。更
には、複雑な演算処理回路を要するなど、近年注目され
ている高品位テレビジョン（HDTV）などの高階調表示素
子に採用するには解決すべき技術課題が多すぎる。

【０００７】これに対して本発明者らは、先ず、単一の
フレームに対し階調表示に対応して異なった波高値を有
するパルス電圧を液晶に印加して階調表示を行う方法を
見出した。しかしながら、この方法では、強誘電性液晶
の閾値特性が急岐であるため、非常に高い精度で印加電
圧を制御しなくてはならない。しかも、印加電圧に対す
る表示画素内で局在的に発現する分極反転領域（ドメイ
ン）の位置と、その成長方向がランダムになりやすく、
その結果、線形の印加電圧−透過率特性を容易に得るこ
とが困難であった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、上記技術課題に鑑みなされた
ものであり、従来より簡単な構成で大きな階調数が得ら
れる液晶表示素子およびそれによる中間調表示方法を提
供することを目的とするものである。

【０００９】本発明の別の目的は、線形の印加電圧−透
過率特性が容易に得られ、安定した階調表示が行える液
晶表示素子およびそれによる中間調表示方法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した技術課題を解決
し、上記目的を達成するための液晶表示素子は、互いに
対向する一対の電極と、該一対の電極間に配した双安定
状態をもつ強誘電性液晶とを備えた画素を具備する液晶
表示素子において、前記一対の電極に印加する中間調信
号を発生する中間調信号発生手段を具備するとともに、
前記画素は、少なくとも一方の電極上に等しい高さの凹
凸状のストライプを複数有しており、該中間調信号に応
じて分極反転する領域を前記強誘電性液晶のカイラルス
メクチック相の層方向と略平行な縞状領域として発現す
べく、画素内の液晶の反転しきい値を異ならしめたこと
を特徴とするものである。

【００１１】別の、上述した技術課題を解決し上記目的
を達成するための液晶表示素子は、互いに対向する一対
の電極と、該一対の電極間に配した双安定状態をもつ強
誘電性液晶とを具えた画素を具備する液晶表示素子にお
いて、前記一対の電極に印加する中間調信号を発生する
中間調信号発生手段を具備するとともに、前記中間調信
号に応じて分極反転する領域を前記強誘電性液晶のカイ
ラルスメクチック相の層方向と略平行な縞状領域として
発現すべく、前記画素内の液晶の反転閾値を異ならしめ
たことを特徴とするものである。

【００１２】別の、上述した技術課題を解決し上記目的
を達成するための液晶表示素子は、互いに対向する一対
の電極と、該一対の電極間に配した双安定状態をもつ強
誘電性液晶とを具えた画素を具備する液晶表示素子にお
いて、前記一対の電極に印加する中間調信号を発生する
中間調信号発生手段を具備するとともに、少なくとも一
方の電極上に設けられた凹凸状のストライプの方向と前
記液晶の双安定状態での２つの分子配向方向とのなす鋭
角のうちもっとも絶対値の小さな角の大きさが、強誘電
性液晶素子のカイラルスメクチック相のコーン角以下で
あることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、ドメインの大きさや密度が印
加電圧に良好にしかも再現性良く応答するものとなるの
で、線形の印加電圧−透過率特性が容易かつ安定的に得
られ、優れたアナログ階調表示を行うことが出来る。

【００１４】また、本発明によれば、実質的に液晶の配
向状態の設定と凹凸状のストライプの形成という信頼性
のある技術との組み合わせのみで、印加電圧に良好に応
答するドメインを形成することが出来るので、制御性の
よいアナログ階調表示を行うことが出来る。

【００１５】

【好適な実施態様の説明】本発明の好適な実施態様の一
つは、液晶セルを規定する一対の電極に印加される中間
調信号に応じて分極反転する領域を、前記強誘電性液晶
のカイラルスメクチック相の層方向と略平行な縞状領域
として発現させて中間調を表示するものである。

【００１６】図１は上記実施態様による液晶表示素子を
説明するための模式図である。

【００１７】図１には、液晶分子が双安定状態のうちの
一方の状態である初期状態にある領域（黒領域）２のな
かに、液晶分子が双安定状態のうちの他方の状態に分極
反転したドメイン（白領域）３が複数縞状に発現してい
る画素１が模式的に示されている。一方、図２に比較対
象としてドメイン２２が縞状ではなく無秩序に形成され
た画素２１を示す。ドメイン３が縞状に発現する場合に
は、同じ波形の信号を印加した場合に同じドメインが現
れる確率が極めて高くなる。しかも信号の波高値及び／
またはパルス幅に応じて縞状ドメインの長さや密度がリ
ニアに変化する。従って透過率の制御性が良好になり諧
調表示に適したものとなるのである。一方、図２の場合
には、同じ波形の信号を印加したとしても、そのたびご
とに現れるドメインの形状や大きさが異なることが多く
再現性に劣る。よって、信号の波高値及び／またはパル
ス幅に完全には対応しなくなるのである。よる液晶のこ
とを特徴とするものである。

【００１８】本発明に用いられる強誘電性液晶として
は、カイラルスメクチックＣ相及び、Ｈ相、Ｉ相などを
とる液晶が好ましく用いられ、特に、カイラルスメクチ
ックＣ相が好ましい。

【００１９】本発明に用いられる液晶セル即ち画素を形
成する一対の電極としては、少なくとも一方が透明導電
体で形成されることが望ましく、そのような材料として
は、酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）等が好適に用いられる。また、本発明に用いられる
中間調信号としては、波高値のみが変調された信号や、
パルス幅が変調された信号あるいは、波高値とパルス幅
の両方が変調された信号のいずれでもよい。このような
中間調信号を発生する中間調信号発生手段は半導体集積
回路などにより作製される。より好ましくは一対の電極
の各々に独立した信号を印加してそれらの組み合わせに
より中間調信号とすることが望ましい。

【００２０】そして、液晶材料、電極材料、液晶セル内
での配向状態を適宜選択設計して、中間調信号に応じて
分極反転する領域を、強誘電性液晶の層方向と略平行な
縞状領域として発現させる。

【００２１】本発明においては、少なくとも一方の電極
上の液晶側に凹凸状のストライプを設けることにより液
晶分子の分極反転閾値を調整することが好ましい。この
ようなストライプは一画素内で均一な形状で形成されて
も不均一な形状で形成されてもよい。また、一画素内を
複数の副画素に分けそれぞれの副画素内では均一とし、
異なる副画素間では不均一とするものであってもよい。
このようなストライプは電極あるいはその上の配向膜の
一部を用いて形成してもよく、あるいは、ストライプの
ための特別な部材を設けてもよい。いずれにせよ、スト
ライプは成膜とパターニングによって容易に形成するこ
とができる。

【００２２】そして、上記ストライプの方向と液晶の双
安定状態での２つの分子配向方向とのなす鋭角のうちも
っとも絶対値の小さな角の大きさが、強誘電性液晶のコ
ーン角以下とすることが好ましい。双安定状態での分子
配向方向（ｎ１，ｎ２）は、メモリ状態を偏光板・検光
板とによるクロスニコル下で観察した時の消光位から決
定でき、ここでいうコーン角Θとは、例えば、振幅２０
Ｖ，周波数１０Ｈｚの両極性矩形パルスを印加しなが
ら、偏光板・検光板クロスニコル下観察した時の消光位
を求めて決定している。すなわち消光位２方向のなす角
の２分の１をコーン角Θとしているのである。また、液
晶の層法線方向Ｌは上記Θ測定時の２方向の２等分線の
方向と定義できる。

【００２３】図３は片側の電極側に凹凸ストライプを付
与した一画素を、面に垂直な方向から観察したときのド
メインのようすを説明するための模式図である。１１
は、画素、１２はストライプ凸部、１３は反転ドメイン
である。反転ドメイン１３は、縞状に形成され、図３中
のどのドメインの方向も層法線方向Ｌに垂直な方向とほ
ぼ一致している。つまり、反転ドメイン１３は層方向に
伸びているのである。このような縞状ドメインは（Ａ）
のように複数のストライプを横切って伸びる場合と、
（Ｂ）のようにストライプ凹部のみ明確に同一方向に縞
状になり、はしご状にストライプ凹部をつなぐ形状の場
合と、の代表的な２つがある。同一ピッチのストライプ
凹凸を付け、凸部の幅を狭く、例えば液晶のカイラルピ
ッチの２分の１以下の幅の凸部とすることにより優先的
に（Ａ）の状態を作り出すことができる。あるいは、同
一ピッチのストライプ凹凸を付けそのストライプ段差を
比較的低くすることによっても優先的に（Ａ）の状態を
作り出すことができる。（Ａ）及び（Ｂ）いずれの場合
であっても、反転ドメインは、印加信号に応じて、その
数は一定のまま、縞の太さが変化する。しかも、信号印
加後ドメインウォールが形成されたさらに後にドメイン
が拡大あるいは縮小する不安定性が極めて小さく、画素
間での透過率のばらつきもほとんど見られなくなる。前
述したとおりストライプのないセルの場合には、図２の
様に反転ドメインは明確な方向性を持たず、かつ、出現
位置にも規則性はなく、画素間で透過率がばらつき、さ
らに、ドメインウォール形成後、ドメインの不安定が見
らることになる。なお、図３にみられる層方向に伸びる
制御性の良いドメインを発現させるためには、層法線方
向とストライプ方向のなす角を、Θの２倍以下とするこ
とが望ましい。そうでない場合には図２に示すドメイン
形態になりやすいからである。

【００２４】液晶の上記層構造を得るためには、両側の
電極上にストライプ修飾が施されていても良く、その際
には２つのストライプ方向をほぼ平行にすることによ
り、配向状態、階調表示状態が良好になる。

【００２５】また、配向状態を制御するためにラビング
処理を行うことが好ましい。この場合、両方の電極側に
ラビング処理を行っても、ストライプのある側またはな
い側のいずれか一方のみにラビング処理を行っても良
い。ストライプのある面をラビングする際には、ラビン
グ方向とストライプ方向がほぼ平行であることが望まし
く、特にラビング方向とストライプ方向のなす鋭角がΘ
以下のときに、配向状態、階調表示状態が良好なものと
なる。更に、両面にラビング処理を施したセルにおいて
基板の貼り合わせ方向は、上下基板のラビング方向が、
互いに同じ向きになる方向（平行ラビング）でも、互い
に反対の向きになる方向（反平行ラビング）のどちらで
も良い。また、縞状ドメインのピッチが厚セル状態（バ
ルク状態）で測定した液晶のカイラルピッチの２分の１
から２倍程度（一般的には１μｍ〜２０μｍ程度）で、
縞の長さが透過率５０％中間調表示状態で幅の２倍以上
（一般的には２μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上）
とすれば、更に良好な階調性を得ることができる。

【００２６】また、前述したようにストライプのピッチ
を変えて画素内に配置することによってより良好に閾値
を制御することができる。図４に電極側に一定のサイズ
のストライプ凸部を異なるピッチで付与したセルの反転
ドメイン領域の様子を示す。Ｌは層法線方向を示す。
（Ａ）はピッチが小さい場合、（Ｂ）はピッチが中位の
場合、（Ｃ）はピッチが大きい場合、（Ｄ）は凸部を設
けない場合である。３１が凸部であり、初期状態でセル
は全黒３２である。（Ａ）〜（Ｄ）に示すセルに対して
等しい電圧を印加した後の反転ドメイン３３の面積はＡ
＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄとなり、またセル（Ａ）〜（Ｃ）では反転
ドメインは、層方向に伸びているがセル（Ｄ）ではラン
ダムである。この様な現象が観察された原因としては、
上述のストライプ凹凸による縞ドメインの発生の以外で
は、ストライプ間隔が小さいときにはストライプ間の力
学的な相関が強く反転ドメインとしてラッチされやすい
ことがその一つとしてあげられる。

【００２７】図５を参照して、信号印加時の画素の時間
変化について説明する。全く新しい印加パルスを用いた
ときの、書き込みの各時点（Ａ）〜（Ｄ）における画素
の様子は、ストライプ間隔が小さいときは左側のように
なり、ストライプ間隔が大きいときは右側のようにな
る。ここで（Ｂ）時点ではどちらの場合も凸ストライプ
の上部が先に反転を始めており、（Ｃ）時点において、
ストライプ間隔が小さいときは、双方向に透過率の異な
る構造が見え始めるが、ストライプ間隔が大きいときは
透過率が全体的に低下しており、最終的に（Ｄ）時点
で、ストライプ間隔が小さいときには縞ドメインとして
ラッチされるが、他方では、反転ドメインとして残らな
い。つまり、過渡状態における力学的な相関の差異によ
って、閾値差が生ずると考えられる。なお、ここで述べ
たドメイン形成過程は１００μｓ以下のパルス幅の電圧
を印加した場合に頸著である。

【００２８】上述した原因以外の更に別の原因として
は、ラビングによる配向規制力の他に、ストライプ形状
による配向規制力が働き、強誘電性液晶の双安定状態の
間で安定性に非対称性が生じることが挙げられる。図６
に双安定のポテンシャル図を示す。図中Ａで示した安定
状態が、分子軸がストライプ軸に近い側を向くもの、Ｂ
に示す安定状態が分子軸がストライプ軸から遠い側に位
置するものに対応する。ここで横軸は自発分極を示すパ
ラメーター、例えばＣダイレクタの位相角である。スト
ライプ間隔が小さいとき、この形状規制力が大きく、よ
り非対称性が大きくなり、図６の点線のようになる。つ
まり、Ａ状態からＢ状態に書き込む場合は閾値が高くな
り、逆の場合は閾値が低くなる。従って、実際に中間調
を書き込む前のリセット時に、双安定状態における２つ
の異なった分子配向方向のうち、ストライプ方向から離
れた側に分子が配向するように、偏光板、検光板をセッ
トすることが好ましい。このとき、ストライプピッチの
小さな領域の反転閾値はストライプピッチの大きい領域
の反転閾値よりも小さくなる。逆方向の場合は、勿論反
転閾値の大小関係は逆になる。

【００２９】ストライプピッチを変えたときの反転閾値
の変化を図７に示す。実線は図６におけるＡ状態からＢ
状態に書き込む場合、点線は、Ｂ状態からＡ状態に書き
込む場合である。ここでは、リセット状態は黒状態とし
て、白ドメインを書き込むパルス極性を用いている。図
７よりわかるようにパルス幅は、１００μｓ以下、図７
には示していないが特に４０μｓ以下が好ましく、具体
的には図７に示すように２０μｓが望ましい。このよう
に、パルス幅が小さくてもよいことは、走査線数が大き
くなっても十分な階調特性を得ることが可能であること
を示している。

【００３０】以上のとおり、本発明の一実施態様におい
ては、１画素内に、複数の異なるストライプピッチを有
する領域を設けることにより、画素数が増大してもなん
ら問題なく良好な階調制御性を保持できる。

【００３１】本発明に用いられるストライプピッチは、
使用する液晶、セル厚に応じて最適な値を選ぶ必要があ
り、カイラルピッチの２分の１程度以上、具体的には、
３μｍ〜５０μｍとする。加えて、ピッチは凹部と凸部
の幅の小さい方に対して３倍以上、より好ましくは１０
倍以上とすることが望ましい。凹凸の段差は均一な配向
状態を維持する範囲ならばよく、セル厚の２分の１程度
以下、一般的には１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。ま
た凹凸の完全な矩形に限定されるものではない。

【００３２】なお、液晶駆動時に、所望の温度範囲内に
保持するため、熱的制御を行っても良いことは勿論であ
る。また、液晶配向のための配向膜は、ポリイミド、ポ
リピロール、ポリビニルアルコールなどの有機膜、ある
いはＳｉＯの斜方蒸着膜などのようなものが用いられ
る。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の各実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、本発明の目的を達成するものであればその範囲内で
の各種構成要素の変更や置換を含むものである。

【００３４】（実施例１）図８に本実施例による液晶表
示素子の画素パターンを示す。７１の正方形部が各画素
を示しており、７２は基板上の透明薄膜電極上に設けら
れたストライプ凸部である。画素７１のサイズは一辺が
２００μｍ、ストライプ凸部の幅は３μｍ、スペースは
５μｍである。図９に、図８中のａ−ａ’線によるセル
の断面を示す。ガラス基板８１、８２上に、ＩＴＯ８
３，８４が厚み１５０ｎｍ程で成膜されており、２度の
フォトリソグラフィーの工程により、画素パターン、及
び、ストライプパターンが形成されている。８５がスト
ライプ凸部であり、ストライプパターンの段差は約７０
ｎｍである。更に、そのうえにポリイミド８６、８７を
約２０ｎｍ厚で成膜し、ラビング処理を施す。そのとき
のラビング方向についてを図１０を参照して説明する。
ラビング方向は、ストライプを付与した側はｒ１，対向
側は、ｒ２の方向である。ストライプのない基板上から
見て、時計回りを正方向として、ｒ１，ｒ２とストライ
プ方向とのなす角はそれぞれ０°、１０°である。その
後、セルギャップ１．２μｍで貼りあわせられている。
そのギャップ中に強誘電性液晶（代表的にはＣＳ１０１
４（商品名）をベースにブレンドしたもの）を注入して
ある。この液晶のカイラルスメクチックＣ相のコーン角
は３０℃で約１５°、カイラルピッチは約１０μｍであ
る。セルの貼り合わせ方向は両側基板のラビング方向が
同じ向き（平行ラビング）となるようにする。

【００３５】実際に以上のようにして液晶セルを作製し
た。その結果、セルは良好な配向を示した。また、この
セルの双安定方向の２等分線の方向はストライプ方向に
対して、−２°であった。このセルの上下電極間に図１
１に示すようなパルス電圧を印加し、光学応答特性を測
定した。なお、本実施例では、ΔＴ＝２０μｓ、Ｖ_ap＝
１５〜３０Ｖとした。以下、光学特性評価にはこの印加
電圧波形を用いた。そして４×４のマトリクスで、初期
黒状態で各列に異なるパルス電圧Ｖ_apを印加した後の反
転ドメイン形状を観察した。そのときの１画素のドメイ
ンの様子を図１２に示す。反転ドメインはストライプ方
向と８８°の方向に伸びており、縞のピッチは約８μｍ
で、ほぼ画素全体を横切る長さであった。各電圧値ごと
の画素間の透過率のばらつきは非常に小さく、かつ反転
ドメインの重心は各画素の中心付近で一定であった。

【００３６】更に、基本的には同じ構成で、対向側のラ
ビング方向のみが異なるセル、具体的にはｒ２を、１０
°、５°、０°、−５°とした４つのセルを作製した。
これらのセルも良好な特性を示した。

【００３７】また、上下基板に同様のストライプ凹凸を
設け、平行に貼り合わせ、ｒ１及びｒ２をそれぞれ０
°、−８°としてセルをも作製した。このセルでもほぼ
同様の結果が得られた。

【００３８】（実施例２）実施例１と同様のストライプ
パターンを作成し、前述のｒ１，ｒ２の方向を０°、１
８０°としてラビング処理を行い、貼り合わせた。この
セルは良好な配向を示した。また、このセルの双安定方
向の２等分線の方向は、ほぼストライプ方向と一致し
た。次に、実施例１と同様の光学応答特性を測定した結
果、実施例１と同様の均一で階調制御性の良い表示が得
られた。

【００３９】（実施例３）図１３に本実施例による液晶
表示素子のストライプ状のパターンの形状を示す。１２
０１は画素エリアを示しており、１２０２はストライプ
状凸部である。画素サイズは２００μｍ角、ストライプ
の幅は、３μｍである。最もストライプ状パターンの密
なところは、１μｍスペース、最も粗なところは、１５
μｍスペースである。作製方法、液晶材料、セルギャッ
プなどは、実施例１と同様で、ラビング方向ｒ１，ｒ２
方向がほぼ平行となるように貼り合わせた。このセルは
良好な配向状態を示した。このセルで、双安定状態方向
のうち、ストライプ方向から遠い方向がリセット方向と
なるように偏光板・検光板をクロスニコルにセットし、
異なるパルス電圧Ｖ_apを印加した後の反転ドメイン形状
を観察した結果、図１４のようになった。反転ドメイン
は、ストライプ間隔の狭い領域から出始める。本実施例
によるセルの印加電圧ー透過率曲線を図１５に示す。本
実施例の曲線は実線で示してあり、比較のためにストラ
イプなしのセル（その他の条件はすべて同じ）の特性を
点線で示してある。図１５から明らかなように階調制御
範囲（電圧幅）が大きく取れ、かつ画素間の透過率のば
らつきは非常に小さく、均一で高階調度をもつ表示がで
きた。

【００４０】（実施例４）実施例３と基本的にはほとん
ど同様のセルで、ストライプが付与された側のラビング
処理を省略し、対向側のみラビング処理を行ったセルを
作製した。ラビング方向ｒ２は、−１０°とした。この
セルも実施例３とほぼ同様な配向状態となり、光学応答
特性も実施例３と同様に良好であった。

【００４１】（実施例５）図１６に本実施例による液晶
表示素子のストライプ状パターンの形状を示す。１５０
１は画素エリアを示しており、１５０２はストライプ状
凸部である。１画素内にストライプピッチの異なる複数
の領域を作り込んである。画素サイズは、２００μｍ
角、ストライプの幅は、３μｍである。９つの領域は、
ストライプ間隔が異なっており、領域１から領域９にい
くに従って、スペースが１μｍから９μｍとなってい
る。ストライプ作成法、条件（ラビングなど）は、実施
例１と同様である。このセルは良好な配向状況を示し
た。このセルで、双安定状態方向のうちストライプ方向
から遠い方向がリセット状態となるように、偏光板・検
光板をクロスニコルにセットし、異なるパルス電圧Ｖ_ap
を印加した後の反転ドメイン形状を観察した結果、画素
内の透過率の模式的な様子は図１７のようになった。反
転ドメインはストライプ間隔の狭い領域から出現し始め
る。領域Ａ，Ｂ，Ｃの透過率曲線も合わせて示す。

【００４２】また、双安定状態の分子軸の２方向のう
ち、ストライプ方向に近い方向がリセット状態となるよ
うに、偏光板・検光板をクロスニコルにセットし、異な
るパルス電圧Ｖ_apを印加した後の反転ドメイン形状を観
察した。その結果は、図１８のようになった。反転ドメ
インはストライプ間隔の広い領域からで始める。領域
Ａ，Ｂ，Ｃの透過率曲線も合わせて示す。いずれの場合
も、１画素内で、反転閾値の異なる複数の領域を作成す
ることができ、実施例３と同様に均一で高階調度を持つ
表示が達成された。

【００４３】（実施例６）実施例５と同様のストライプ
形状を有し、ラビング方向のみを、実施例２と同様にし
たものを作成した。つまり、ｒ１，ｒ２の方向は、それ
ぞれ０°、１８０°（反平行）である。このセルにおい
ても実施例６と同様に均一で高階調度を持つ表示ができ
た。

【００４４】（実施例７）図１８に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１８０
５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１８０７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。

【００４５】次に、図２０を参照して本実施例による液
晶表示素子のセル構成を説明する。上基板において、１
９０１はガラス基板、１９０２はＩＴＯ（透明電極）、
１９０３はポリイミド配向膜であり、下基板において、
１９０４はガラス基板、１９０５はＩＴＯ（透明電
極）、１９０６は更にその上に形成されたＩＴＯのスト
ライプ状凹凸、１９０７はポリイミド配向膜である。Ｉ
ＴＯの幅は、上下基板とも２００μｍ，電極スペースは
２０μｍである。ストライプの幅は、３μｍである。ス
トライプ状パターンの最も密なところは１μｍスペー
ス、最も粗なところでは１５μｍスペースである。作成
方法、液晶材料、セルギャップなどは、実施例３と同様
で、ラビング方向ｒ１，ｒ２も実施例３と同様にｒ１、
ｒ２方向がほぼ平行になるよう貼りあわせた。すなわ
ち、実施例と同様の形態で透明電極及び、ストライプが
画素間で連続しているものである。このようにすること
によって、ラビングの均一性がより良好となる。また、
液晶の注入は、等方相の温度まで上げて行ったが、その
際注入方向はストライプに沿った方向とした。これによ
り、液晶の注入ムラを極力押さえることができた。この
セルは良好な配向状態を示した。このセルで、双安定状
態方向のうち、ストライプ方向から、遠い方向がリセッ
ト方向となるように偏光板、検光板をクロスニコルにセ
ットし、上記駆動回路によって中間調表示を行ったとこ
ろ、良好な結果を得ることができた。また、双安定状態
方向のうち、ストライプ方向から近い方向がリセット方
向となるように偏光板、検光板をクロスニコルにセット
した場合も同様に良好な結果が得られた。

【００４６】

【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表示素子を説明
するための模式図。

【図２】ストライプ凹凸ない液晶表示素子を説明するた
めの模式図。

【図３】本発明の一実施態様による液晶表示素子を説明
するための模式図。

【図４】ストライプピッチの異なる反転ドメインを説明
する為の模式図。

【図５】電圧印加時のドメインの時間変化を示す模式
図。

【図６】双安定性を示すポテンシャル図。

【図７】ストライプピッチと反転閾値の関係を示す線
図。

【図８】実施例１による液晶表示素子のストライプを示
す模式的平面図。

【図９】図８のａーａ’線による模式的断面図。

【図１０】ラビング方向を説明する為の模式図。

【図１１】本発明に用いられる中間調信号を示す図。

【図１２】実施例１による電圧値駆動での反転ドメイン
の様子を示す模式図。

【図１３】実施例３による液晶表示素子のストライプを
示す模式的平面図。

【図１４】実施例３による電圧値駆動での反転ドメイン
の様子を示す模式図。

【図１５】印加電圧と透過率の関係を示す線図。

【図１６】実施例５による液晶表示素子のストライプを
示す模式的平面図。

【図１７】実施例５による電圧値駆動での反転ドメイン
の一例を説明する為の模式図。

【図１８】実施例５による電圧値駆動での反転ドメイン
の他の例を説明する為の模式図。

【図１９】本発明による液晶表示素子を有する画像表示
装置を示す模式図。

【図２０】図１９に示した液晶表示素子のセル構成を説
明する為の模式図。

【符号の説明】

１１画素エリア１２ストライプ凸部１３反転ドメイン２１画素エリア２２反転ドメイン３１凸部３２初期ドメイン（黒）３３反転ドメイン（白）７１画素７２ストライプ凸部８１，８２ガラス基板８３，８４ＩＴＯ８５ストライプ凸部８６，８７ポリイミド１２０１画素エリア１２０２ストライプ状凸部１５０１画素エリア１５０２ストライプ状凸部１８０１表示パネル１８０２ドライバ１８０３トレジスタ１８０４シフトレジスタ１８０５アナログスイッチ１８０６走査波形発生器１８０７フレームメモリ１８０８情報信号発生器１９０１ガラス基板１９０２ＩＴＯ（透明電極）１９０３ポリイミド１９０４ガラス板１９０５ＩＴＯ（透明電極）１９０６ストライプ修飾１９０７ポリイミド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子哲也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 (56)参考文献特開平１−94316（ＪＰ，Ａ) 特開平４−85517（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−238035（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337 510 G02F 1/133 560 G02F 1/133 575 G02F 1/1343

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する一対の電極と、該一対の
電極間に配した双安定状態をもつ強誘電性液晶とを備え
た画素を具備する液晶表示素子において、前記一対の電極に印加する中間調信号を発生する中間調
信号発生手段を具備するとともに、前記画素は、少なくとも一方の電極上に等しい高さの凹
凸状のストライプを複数有しており、該中間調信号に応じて分極反転する領域を前記強誘電性
液晶のカイラルスメクチック相の層方向と略平行な縞状
領域として発現すべく、画素内の液晶の反転しきい値を
異ならしめたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記複数の凹凸状のストライプは、異な
るストライプピッチを有することを特徴とする請求項１
に記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記領域の大きさ及び密度に応じて中間
調を表示することを特徴とする請求項１に記載の液晶表
示素子。
【請求項４】前記中間調信号は、互いに波高値及び／
又はパルス幅の異なる複数の信号からなることを特徴と
する請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項５】互いに対向する一対の電極と、該一対の
電極間に配した双安定状態をもつ強誘電性液晶とを具備
するとともに、少なくとも一方の電極上に設けられた凹凸状のストライ
プの方向と前記液晶の双安定状態での２つの分子配向方
向とのなす鋭角のうち最も絶対値の小さな角の大きさ
が、強誘電性液晶のカイラルスメクチック相のコーン角
以下であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】前記液晶の層法線方向と前記ストライプ
方向とのなす鋭角の大きさが強誘電性液晶のカイラルス
メクチック相のコーン角以下であることを特徴とする請
求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項７】前記ストライプが設けられた電極側のラ
ビング方向と該ストライプの方向とのなす鋭角の絶対値
が、前記液晶のカイラルスメクチック相のコーン角以下
であり、且つ、前記ラビング方向と他方の電極側のラビ
ング方向とのなす鋭角の絶対値が前記液晶のカイラルス
メクチック相のコーン角の２倍以下であることを特徴と
する請求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記ストライプが設けられた電極側とは
反対の電極側にラビング処理を施すことを特徴とする請
求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項９】前記一対の電極の夫々の側に施された２
つのラビング方向が互いにほぼ平行、または反平行であ
ることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】前記画素内に、前記ストライプのピッ
チが互いに異なる複数の領域を有することを特徴とする
請求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】リセット時の液晶分子の配向方向が前
記双安定状態での２つの分子配向のうち前記ストライプ
方向に近い側の状態をとり、前記ストライプのピッチが
小さい領域が、ピッチが大きい領域に対して、反転しき
い値が大きいことを特徴とする請求項５に記載の液晶表
示素子。
【請求項１２】リセット時の液晶分子の配向方向が前
記双安定状態での２つの分子配向方向のうち前記ストラ
イプ方向に遠い状態をとり、前記ストライプのピッチが
小さい領域が、ピッチが大きい領域に対して、反転しき
い値が小さいことを特徴とする請求項５に記載の液晶表
示素子。