JPH0469620A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶を用いて階調表示を行う液晶電気光学装
置に関する。

［従来の技術］ 従来の液晶電気光学装置の一例として、特開昭６３−２
２８１２４号公報に開示される技術が知られている。こ
の技術は、電極間の液晶の層の厚さを変化さぜなもので
、実際には一方の電極の表面に、厚さの変化する層厚調
整膜を設けることにより、液晶の層の厚さを変化させて
いる。

なお、液晶の層の厚さを変化させると、電極間に印加す
る電圧を変化させることにより、液晶のＯＮする面積が
変化する。この液晶のＯＮする面積の変化によって、階
調表示を行うものである。

［発明が解決しようとする課題］ 液晶が配される基板と基板との間の寸法（セルギャップ
）に誤差が生じると、液晶のＯＮする面積が変化し、意
図する階調表示が行えなくなる。このため、セルギャッ
プは、均一に保つ必要がある。

セルギャップを均一にする技術の一例を簡単に説明する
。一方の基板の表面に数μｍのスペーサ（二酸化珪素な
どによる透明な粒や柱）を撒き、他方の基板を重ねる。

すると、一対の基板間の寸法は、スペーサの寸法になる
。その後、一対の基板間に液晶を流し込み、液晶を充填
する。

しかるに、従来技術に示したものは、液晶が配される側
の基板の表面に、層厚調整膜による凹凸が形成されてい
たため、スペーサが層厚調整膜の谷部に位置したり、頂
部に位置したりする。このため、基板間の寸法を一定に
するのは困難であった。

本発明の目的は、基板間のセルギャップを均一にして、
高品位の表示が可能な液晶電気光学装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の液晶電気光学装
置は、次の技術的手段を採用する。

液晶電気光学装置は、相対向する面に電極を有する一対
の基板の間に、液晶を充填した液晶パネルを備える。

そして、前記液晶パネルは、前記一対の基板の少なくと
も一方の基板の前記電極の表面に、膜厚が変化する第１
誘電体を備えるとともに、この第１誘電体と誘電率が異
なり、前記第１誘電体を覆って、前記液晶が充填される
側の面を平坦化した第２誘電体を備える。

なお、本発明の液晶電気光学装置は、好ましい態様とし
て、電極間の印加電圧を変化可能な制御装置を備える。

［作用］ 電極の表面に形成された第１誘電体と第２誘電体とは、
それぞれ厚さが変化するように設けられている。このな
め、電極間に電圧を印加すると、第１誘電体および第２
誘電体の厚さの変化に応じた電圧が、液晶にかかる。

液晶は、加えられた電圧値によってＯＮするため、第１
誘電体および第２誘電体の厚さと、印加電圧によってＯ
Ｎする面積が決定される。

なお、好ましい態様の制御装置によって、電極間に印加
する電圧値を変化させ、液晶のＯＮする面積を変化させ
ても良い。

また、第２誘電体が、膜厚が変化する第１誘電体を覆っ
て、液晶が充填される側の面を平坦化している。つまり
、第２誘電体によって、液晶と接触する面が平らになる
。このなめ、一対の基板の間に液晶を配した状態で、基
板間のセルギャップを均一にすることができる。

［発明の効果コ 本発明は、以上の作用で説明したように、基板間のセル
ギャップを均一にすることができるため、液晶によって
意図した濃度の表示ができる。つまり、品位の高い液晶
表示が可能になる。

［実施例］ 次に、本発明の液晶電気光学装置を、図に示す一実施例
に基づき説明する。

（実施例の構成） 第１図ないし第１２図は本発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は液晶電気光学装置の概略図を示す。

イ）液晶パネルの概略説明。

本実施例の液晶電気光学装置に使用される液晶パネル１
は、テレビ画面など表示面積の広いデイスプレィに適用
が可能なもので、液晶２に反強誘電性液晶（いわゆるＡ
ＦＬＣ）を用いたものである。

液晶パネル１は、一対の偏光板３．４、この−対の偏光
板３．４に挟まれた一対の透明絶縁基板５．６、この一
対の基板５．６の間に充填された液晶２から構成される
。

口）偏光板３．４の説明。

一対の偏光板３．４は、それぞれの偏光方向を調節する
もので、偏光方向を調節することにより、液晶パネル１
に明暗のコントラストを持たせることができる。

ハ）基板５．６の説明。

一対の基板５．６は、例えばガラスやアクリルを使用し
た板で、一方の基板（以下、第１基板〉５の表面（液晶
２が配される側の面）には、はぼ全面に亘って、多数の
縞状の透明電極（以下、第１透明電極）７が形成されて
いる。また、他方の基板（以下、第２基板）６の表面〈
液晶２が配される側の面）にも、はぼ全面に亘っ゛Ｃ１
多数の縞状の透明電極（以下、第２透明電極）８が形成
されている。第１透明電極７と第２透明電極８とは、第
２図に示すように、第１．基板５と第２基板６とが対向
した状態で、格子状となるように設けられている。なお
、両透明電極７．８の材質は、周知なもので、例えば酸
化ずす、酸化インジュウム、ＩＴＯなどが用いられる。

第２透明電極８の各表面には、それぞれ厚さが３段階に
変化する第１誘電体９が形成されている。

この第１誘電体９は、例えば誘電率が約４の二酸化珪素
を用い、周知の薄膜加工技術であるリフトオフ法によっ
て形成されたものである。

このリフトオフ法を簡単に説明する。まず、第２基板６
の表面に直接フォトレジストを塗布し、露光、現像によ
り第１誘電体９の形成されるパターンを作成する。次い
で、蒸着により第２基板６の表面に二酸化珪素を蒸着し
て、二酸化珪素の膜を形成する。ついで、フォトレジス
トを除去して、第２基板６の表面に直接蒸着された二酸
化珪素の膜のみを残す。上記を繰り返すことにより、段
階状の第１誘電体９が第２基板６１・、の第２透明電極
８の表面に形成される。

第２基板６の表面に形成された第１誘電体９は、第１誘
電体９とは誘電率の異なる第２誘電体１０によって覆わ
れる。この第２誘電体１０は、液晶２が配される側の面
が平坦に設けられている。この第２誘電体１０は、例え
ば誘電率が約１２の酸化タンタルで、第１誘電体９が形
成された第２基板６の表面に酸化タンタルを蒸着し、蒸
着後、表面を周知のラッピング法やポリッシンク法の研
磨技術を用いて、高精度に平坦化されたものである。

第１透明電極７の表面、あるいは第２誘電体１０の表面
には、必要に応じてカラーフィルタが設けられる。

また、第１基板５側あるいは第２基板６側で、液晶２に
接触する少なくとも一方の面には、配向処理が施されて
いる。配向処理の一例としては、ポリイミドラビング、
ＬＢ膜、ＳｉＯ斜方蒸着などがある。

なお、液晶２が配される隙間は、図示しない多数のスペ
ーサによって、例えば２μｍに均一に保たれている。

二）液晶２の説明。

液晶２は、スペーサによって２μＩｎに保たれた隙間に
充填された反強誘電性液晶で、ＭＨＰＯＢＣなどのＡＦ
ＬＣ材料を複数混合した混合液晶、あるいは少なくとも
１種のＡＦＬＣ材料を含む混合液晶で、誘電率が約８で
、印加電圧に対する透過率の変化が、第３図に示すよう
な、履歴曲線を描くものが使用されている。

反強誘電性液晶は、スイッチング速度が従来のネマチッ
ク液晶を用いた液晶素子に比較して１００〜１０００倍
と非常に高速である特徴を備える。また、反強誘電性液
晶は、暗表示状態から明表示状態へ切り替えるしきい値
電圧（ＯＮ電圧値）と、明表示状態から暗表示状態へ切
り替えるしきい値電圧（０「Ｆ電圧値）とに差がある。

なお、本実施例の液晶パネル１は、正電圧を印加した際
のＯＮ電圧値は約２５Ｖ、叶Ｆ電圧値は約１３．５Ｖで
ある。また、負電圧を印加した際のＯＮ電圧値は約−２
５Ｖ、叶「電圧値は約−１３，５Ｖである。また、液晶
パネル１は、ＯＮ電圧値と叶Ｆ電圧値との差を利用した
メモリー効果によって、下達する制御装置１１によって
通電制御される。

ホ）１画素における階調制御の説明。

液晶パネル１の各第１透明電極７および各第２透明電極
８は、それぞれ制御装Ｗ１１によって通電制御され、各
第１透明電極７と各第２透明電極８とが交差する各画素
の階調制御がなされる。

１画素は、第４図に示すように、第１誘電体９が３段階
に形成されており、第１誘電体９の一番厚い部分を第１
領域、２番目に厚い部分を第２領域、一番薄い部分を第
３領域と呼ぶ。そして、第２透明電極８の表面から第２
誘電体１０の表面までの膜厚ｄＴが３０００オングスト
ローム、第１領域の第１誘電体９の膜厚ｄ１１が２７０
０オングストローム、第２領域の第１誘電体９の膜厚ｄ
１２が１５００オングストローム、第３領域の第１誘電
体９の膜３１１３が３００オングストロームとする。

次に、第１透明電極７と第２透明電極８とに電圧を印加
して、実際に液晶２に印加される電圧は、次式で与えら
れる。

Ｖ＝Ｖ１　／　（１＋（ｄ１／εｌ＋ｄ２／ε２）ε３
／ｄＬ）なお、■は液晶２に印加される電圧、Ｖｌは第
１透明電極７と第２透明電極８とに印加する電圧、ｄｌ
は第１誘電体９の膜厚、ｄ２は第２誘電体１０の膜厚、
ｄＬは液晶２の厚さ、ε１は第１誘電体９の誘電率、ε
２は第２誘電体１０の誘電率、ε３は液晶２の誘電率で
ある。

上記の式から、画素内の第１領域をＯＮするには３２Ｖ
以上あるいは一３２Ｖ以下の電圧を印加する必要がある
。同様に、第２領域をＯＮするには３０Ｖ以十あるいは
一３０Ｖ以千の電圧を印加する必要があり、第３領域を
ＯＮするには２８Ｖ以上あるいは一２８■以千の電圧を
印加する必要がある。また、ＯＮ表示をＯＦＦするには
、１７．３Ｖ以下あるいは−１７，３■以上の電圧を印
加する必要がある。

へ）１画素分における制御装置１１の説明。

制御装置１１は、１画素内でＯＮ表示面積が異なること
を用いて、第５図ないし第８図に示す、４種のデータ信
号と、第９図に示す１種の走査信号とを組み合わせ、４
階調制御を行う。なお、４種のデータ信号は、第１．２
．３領域全てを叶「するＯＦＦデータ（実際は０■）、
第３領域のみをＯＮする１／３　ＯＮデータＶｄｌ　（
実際は３Ｖ、−３Ｖ）　、第２．３領域をＯＮする２／
３　ＯＮデータＶｄ２（実際は５■、−５■）、第１．
２．３領域全てをＯＮするａｌｌ　ＯＮデータＶｄ３（
実際は７ｖ、−７Ｖ）テある。

また、走査信号は、消去信月（ＯＶ）、選択信号ｖｓｉ
　　（実際は２６Ｖ、−２６Ｖ）　、非選択信号ＶＳＯ
（実際は１９Ｖ、−１９Ｖ　）で構成される。なお、各
データ信号および走査信号は、時間１０保持される。こ
の時間１，０は、画素の表示が叶Ｆ状態の時に、第３領
域のみをＯＮする電圧を印加して、第３領域をＯＮ表示
に変化させ、光の透過率が飽和値の９０％に達する時間
、あるいは画素の表示がＯＮの時に、消去信号を加えて
叶Ｆ表示に変化させ、光の透過率が飽和値の１０％に達
する時間のどちらか長い方の時間で、決定されている。

そして、制御装置１１は、第１透明電極７および第２透
明電極８に、データ信号と走査信号とをそれぞれ印加し
、各画素の階調制御を行う。

ト）制御装置１１の構成。

制御装置１１は、液晶パネル１に設けられた多数の画素
をそれぞれ階調制御するために、第２図に示す回路を採
用する。

本実施例に示す制御装置１１は、フルカラーの液晶パネ
ル１を周知のアナログＲ，ＧＢ信号を入力してフルカラ
ー表示するもので、入力されるＲＧＢ信号のレベル補正
回路１２、信号変換回路１３、入力される同期信号より
各種コントロール信号を作り出すコントロール回路１４
、データ信号を一方の電極（例えば第１透明電ｒｆｉ７
）に印加する列駆動回路１５、走査信号を他方の電極（
例えば第２透明電極８）に印加する行駆動回路１６から
構成される。

レベル補正回路１２は、入力されたＲＧＢ信号をそれぞ
れ４階調をなす４種のデータ信号（ＯＶ、３■、５■、
７Ｖ）に変換する回路である。

信号変換回路１３は、レベル補正回路１２で変換された
データ信号をそのまま通過させるか、反転して出力する
回路で、コンｉ・ロール回路１４で作り出されたフィー
ルド信号Ｆｌによって、反転が選択される。この結果、
信号変換回路１３によって、７種のデータ信号（−７■
、−５Ｖ、−３Ｖ、０■、３Ｖ、５■、７Ｖ）が作成さ
れる。

コントロール回路１４は、フィールド信号Ｆｌの他に、
３種のクロック信号ｃｔ、１−ｃＩ、２、ＣＦ２、およ
び走査信号を構成する５種類の電圧レベル（−２６Ｖ、
−１９■、０■、１９Ｖ、２６■〉に対応した３ビツト
の走査信号ＤＩ　、Ｄ２　、Ｄ３を出力する。

列駆動回路１５は、シフトレジスタ１７とアナログデー
タラッヂ１８とから構成される。詳しくは、第１０図に
示すように、列駆動回路１５は、１組のシフトレジスタ
１７と、２段のサンプルホールド回路１８ａ　、１８ｂ
からなる。信号変換回路１３からのＲＧＢ信号は、コン
トロール回路１４で作り出された第１クロツク信号ＣＬ
１に同期して、初段サンプルホールド回路５Ｈ１１，５
Ｈ１２、Ｓ　Ｈ１３−８Ｈ１ｎに、順次ラッチされ、１
行分の信号をラッチした後、ホールドされる。初段サン
プルホールド回路１８ａにホールドされた信号は、コン
トロール回路１４で作り出された第２クロツク信号ＣＩ
、２に同期して、次段サンプルホールド回路５Ｈ２１，
５Ｈ２２，５Ｈ２３・・・５Ｈ２０に、順次ラッチされ
、各第１透明電極７にデータ信号として出力される。そ
して、列駆動回路１５は、上記動作を縁り返す。

行駆動回路１６は、シフトレジスタ１９とドライパート
２０から構成される。詳しくは、第１１図に示すように
、行駆動回路１６は、３組のシフトレジスタ１９ａ　、
１９ｂ　、　１９ｃと、第２透明電極８の数に応じた多
数のデコーダ２０ａ、各デコーダ２０ａに対して５つの
アナログイッチを備えた多数のスイッチ回路２０ｂから
なる。各シフトレジスタ１９ａ　、１９ｂ、１９ｃは、
コントロール回路１４で作り出された走査信号ＤＩ　、
Ｄ２　、Ｄ３を、コントロール回路１４で作り出された
第３クロツク信号Ｃ［，３に同期して取り込む。そして
、各行に対応したシフトレジスタ１９ａ　、１９ｂ　、
１９ｃは、各デコーダ２０ａでデコードされ、データに
応じた走査電圧レベル（−２６Ｖ、＝１９■、ＯＶ、１
９Ｖ、２６■）のアナログスイッチをＯＮＬ、各第２透
明電極８へ、消去、選択、非選択の走査信号として出力
される。そして、行駆動回路１６は、上記動作を繰り返
す。

（実施例の作動） 次に、上記構成よりなる液晶電気光学装置の作動を、１
つの画素を用いて簡単に説明する。

各画素は、高速で画面が変化する。第１２図は、ある１
画素に印加されるデータ信号と走査信号とが組み合わさ
れた駆動波形を示す。この信号は、第１画面では画素を
叶Ｆし、第２画面では画素の１７３をＯＷＬ、第３画面
では画素の２７３をＯＮＬ、第４画面では画素全体をＯ
Ｎするべく印加された信号である。各画面では、＋フィ
ールドと、この＋フィールドとはまったく逆の一フィー
ルドとで構成され、電圧による歪みが液晶２に加わらな
いように設けられている。

第１画面では、選択信号が印加されたときに、この画素
に加わる電圧は、２８Ｖ以下（−２８Ｖ以上）の２６Ｖ
　（−２６Ｖ　）であり、ＯＦＦ表示となる。

第２画面では、選択信号が印加されたときに、この画素
に加わる電圧は、２８Ｖ（−２８Ｖ）と３０Ｖ（−３０
Ｖ）との間の２９Ｖ　（−２９Ｖ　）であり、結果的に
画素の１７３がＯＮ表示する。

第３画面では、選択信号が印加されたときに、この画素
に加わる電圧は、３０Ｖ　（−３０Ｖ　）と３２Ｖ（−
３２Ｖ）との間の３１Ｖ　（−３１Ｖ）であり、結果的
に画素の２７３がＯＮ表示する。

第４画面では、選択信号が印加されたときに、この画素
に加わる電圧は、３２Ｖ以上（−３２Ｖ以下）の３３Ｖ
　（−３３Ｖ）であり、結果的に画素全体がＯＮ表示す
る。

各画面では、非選択信号である１９Ｖ　（−１９Ｖ）が
印加されている間は、メモリー効果によって、各表示状
態が保持されている。そして、消去信号である０■が印
加されると、保持されていた表示が消される。

（実施例の効果） 本実施例に示される液晶電気光学装置は、画面全体に亘
って均一に階調表示を行うためには、画面全体での液晶
２に加わる電界強度の差を、約１■／μｍ以下にすれば
良い。

そして本実施例に示される液晶パネル１は、第２誘電体
１０が、第１誘電体９を覆って、液晶２が充填される側
の面を高精度に平坦化されている。

このため、基板５．６間の隙間の精度を、±０．０５μ
ｍはどに保つことができる。

このため、画面全体での液晶２に加わる電界強度の差は
、約０．８Ｖ／μｍ以下となる。この結果、本実施例の
液晶電気光学装置は、画面全体に亘って、十分均一な中
間調表示を実現することができる。

また、液晶２が充填される側の面が高精度に平担化され
ているため、従来の基板表面に凹凸を形成した液晶電気
光学装置に比較して、液晶２の配向欠陥の発生を防ぐこ
とができる。これによっても、本実施例の液晶電気光学
装置は、画面全体に亘って、高品位な表示を行うことが
できる。

なお、上記の実施例では、４階調表示を行うために、第
１誘電体９の膜厚を３段階に変化させたが、この段数に
限定されるものではなく、例えば段数を増して、階調数
を増やしても良い。

また、制御装置１１の形式は本実施例に限定されるもの
ではなく、他の構成の回路によって駆動波形を形成して
も良い。

（第２実施例） 第１３図は第２実施例を示すもので、第２透明電極８上
に形成された第１誘電体９および第２誘電体１０の断面
図を示す。

本実施例の第１誘電体９は、連続的な傾斜によって膜厚
が変化するものである。この様に、第１誘電体９に連続
的な傾斜を設ける技術としては、周知のイオンエツチン
グ法によって、ブレーズグレーティングを作る技術が適
用できる。

本実施例のように、第１誘電体９を連続的な傾斜に設け
ることによって、ＯＮ表示面積と叶Ｆ表示面積とを、電
圧を連続的に変化させることによって、無段階に変化さ
せることができる。このため、前記第１実施例よりも、
より微妙な中間調を表示することが可能になる。

（第３実施例） 第１４図は第３実施例を示すもので、第２透明電極８上
に形成された第１誘電体９および第２誘電体１０の断面
図を示す。

本実施例の第１誘電体９は、連続的な傾斜を４カ所有し
、断面が三角形の膜を２つの並べた形状のものである。

本実施例のような構成では、ＯＮ表示と叶Ｆ表示との境
界を４つ設けることができる。この結果、液晶パネル１
は、木目の細かい中間調を表示することが可能になる。

また、画素が大きくても、中間調の木目を細かくできる
。

なお、傾斜の数は、４つに限定されるものではなく、用
途に応じて増減させても良い。

（第４実施例） 第１５図は第４実施例を示すもので、第２透明電極８上
に形成された第１誘電体９および第２誘電体１０の断面
図を示す。

本実施例は、第２透明電極８の表面に、第２誘電体９の
突起をランダムに設けたものである。この様に、第１誘
電体９にランダムな突起を設ける技術としては、周知の
イオンエツチングを、斜めの方向から行う技術が適用で
きる。

本実施例のように、第１誘電体９にランダムな突起を設
けると、ＯＮ表示と叶Ｆ表示との境界の数が非常に増す
ことができる。この結果、液晶パネルは、より滑らかで
、より細かい中間調を表示することが可能になる。

（変形例） 液晶の一例として、反強誘電性液晶を例に示したが強誘
電性液晶を用いても良く、また、液晶の応答時間が遅く
ても良い用途に使用するのであれば、ネマティック液晶
や、コレスティック液晶など他の液晶を利用しても良い
。

第１誘電体と第２誘電体とからなる膜を、２枚の基板の
それぞれの面に設けて良い。

制御装置は、電圧を変化させて階調を変化させた例を示
したが、一定の電圧しか印加しない制御装置を用いて、
中間トーンの表示のみを行うように設けても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１２図は本発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は液晶電気光学装置の概略図、第２図は制御
装置の電気回路図、第３図は反強誘電性液晶の特性を示
すグラフ、第４図は電極の表面に形成された第１誘電体
と第２誘電体の断面図、第５図ないし第９図は４種のデ
ータ信号と１種の走査信号を説明するためのタイムチャ
ート、第１０図は列駆動回路の電気回路図、第１１図は
行駆動回路の電気回路図、第１２図は駆動波形を説明す
るためのタイムチャートである。 第１３図は本発明の第２実施例を示す液晶電気光学装置
の要部断面図である。 第１４図は本発明の第３実施例を示す液晶電気光学装置
の要部断面図である。 第１５図は本発明の第４実施例を示す液晶電気光学装置
の要部断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相対向する面に電極を有する一対の基板の間に、液
   晶を充填した液晶パネルを備える液晶電気光学装置にお
   いて、 前記液晶パネルは、 前記一対の基板の少なくとも一方の基板の電極の表面に
   、膜厚が変化する第１誘電体を備えるとともに、 この第１誘電体と誘電率が異なり、前記第１誘電体を覆
   って、前記液晶が充填される側の面を平坦化した第２誘
   電体を備える ことを特徴とする液晶電気光学装置。