JPH05181131A

JPH05181131A - 強誘電性液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05181131A
Application number: JP4018191A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Nakai; 法行中井; Kazuya Ishiwatari; 和也石渡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-01-07
Filing date: 1992-01-07
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】単純マトリクス駆動される強誘電性液晶表示
装置において、２値駆動でありながら、より多彩な色を
表示できるようにする。また、表示色相のバランスを改
善する。【構成】赤、緑、青および白色の４色の単色絵素から
なるカラー絵素をマトリクス状に配置してこれらを情報
電極と走査電極とによって単純マトリクス駆動する強誘
電性液晶表示装置において、前記情報電極または走査電
極の一方が２分割されて１単色絵素が２つの画素で構成
されるとともに、各々の単色絵素がポリアミド樹脂また
はそれを主体とする材料からなる赤、緑、青および白色
のいずれかのカラーフィルタを具備する。また、情報電
極または走査電極の引き回し金属電極で白色絵素の一部
を遮光して白色絵素の開口を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶表示装置
に関し、特に１カラー絵素が赤、緑、青および白色の４
色の単色絵素からなる強誘電性液晶表示装置において、
１単色絵素が２つの画素からなり、これら２つの画素上
に単色のカラーフィルタが形成されている、単純マトリ
クス駆動表示可能な強誘電性液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶素子として、例えばエム
・シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュ・ヘルフリ
ッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著“アプライド・フィジ
ックス・レターズ（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）”第１８巻、第４号（１９７１年２月
１５日発行）、第１２７〜１２８頁の“ボルテージ・デ
ィペンデント・オプティカル・アクティビティ・オブ・
ア・ツイステッド・ネマチック・リキッド・クリスタル
（Ｖｏｌｔａｇｅ−ＤｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａ
ｌＡｃｔｉｖｉｔｙｏｆａＴｗｉｓｔｅｄＮ
ｅｍａｔｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）”に示
されたツイステッド・ネマチック液晶を用いたものが知
られている。

【０００３】このツイステッド・ネマチック液晶は、画
素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆
動の時、クロストークを発生するという問題点があるた
め画素数が制限されていた。

【０００４】また、各画素に薄膜トランジスタによるス
イッチング素子を接続し、各画素毎をスイッチングする
方式の表示素子が知られているが、基板上に薄膜トラン
ジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、大面積の表示
素子を作成することが難しいという問題点があった。

【０００５】これらの問題点を解決するものとして、ク
ラーク（Ｃｌａｒｋ）等により米国特許第４３６７９２
４号明細書で強誘電性液晶が提案されている。

【０００６】図４は、強誘電性液晶素子の動作説明のた
めに、セルの例を模式的に描いたものである。２１ａと
２１ｂは、それぞれＩｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂あるいはＩＴＯ
（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の薄膜からな
る透明電極で被覆された基板（ガラス板）であり、その
間に複数の液晶分子層２２がガラス面に垂直になるよう
に配向したＳｍＣ^*相またはＳｍＨ^*相の液晶が封入され
ている。太線で示した線２３が液晶分子を表わしてお
り、この液晶分子２３は、その分子に直交した方向に双
極子モーメント（Ｐ⊥）２４を有している。基板２１ａ
と２１ｂ上の電極間に一定の閾値以上の電圧を印加する
と、液晶分子２３のらせん構造がほどけ、双極子モーメ
ント（Ｐ⊥）２４がすべて電界方向に向くよう、液晶分
子２３の配向方向を変えることができる。液晶分子２３
は、細長い形状を有しており、その長軸方向と短軸方向
で屈折率異方性を示し、したがって、例えばガラス面の
上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置した偏光子
を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶
光学変調素子となることは、容易に理解される。

【０００７】強誘電性液晶素子で好ましく用いられる液
晶セルは、その厚さを充分に薄く（例えば１０μｍ以
下）することができる。このように液晶層が薄くなるに
したがい、図５に示すように電界を印加していない状態
でも液晶分子のらせん構造がほどけて非らせん構造とな
り、その双極子モーメントＰａまたはＰｂは上向き（３
４ａ）または下向き（３４ｂ）のどちらかの状態をと
る。このようなセルに、図５に示す如く一定の閾値以上
の極性の異なる電界ＥａまたはＥｂを付与すると、双極
子モーメントは、電界ＥａまたはＥｂの電界ベクトルに
対応して上向き３４ａまたは下向き３４ｂと向きを変
え、それに応じて液晶分子は、第１の安定状態３３ａか
あるいは第２の安定状態３３ｂの何れか一方に配向す
る。

【０００８】このような強誘電性液晶素子を光学変調素
子として用いることの利点は２つある。

【０００９】その第１は、応答速度が極めて速いことで
ある。第２は液晶分子の配向が双安定性を有することで
ある。第２の点を、例えば図５によってさらに説明する
と、電界Ｅａを印加すると液晶分子は第１の安定状態３
３ａに配向するが、この状態は電界を切っても安定であ
る。また、逆向きの電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は
第２の安定状態３３ｂに配向してその分子の向きを変え
るが、やはり電界を切ってもこの状態に留っている。ま
た、与える電界ＥａあるいはＥｂが一定の閾値を越えな
い限り、それぞれそのままの配向状態にやはり維持され
ている。このような応答速度の速さと、双安定性が有効
に実現されるには、セルとしては出来るだけ薄い方が好
ましい。

【００１０】この強誘電性液晶素子が所定の駆動特性を
発揮するためには、一対の平行基板間に配置される強誘
電性液晶が、電解の印加状態とは無関係に上記２つの安
定状態の間での変換が効果的に起こるような分子配列状
態にあることが必要である。例えば、カイラルスメクチ
ック相を有する強誘電性液晶については、カイラルスメ
クチック相の液晶分子層が基板面に対して垂直で、した
がって液晶分子軸が基板面にほぼ平行に配列した領域
（モノドメイン）が形成される必要がある。しかしなが
ら、これまでの強誘電性液晶素子においては、このよう
なモノドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必ずし
も満足に形成されなかったために、充分な特性が得られ
なかったのが実状である。

【００１１】カラー表示パネルは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）
および青（Ｂ）のフィルタ上に光シャッタとして機能す
る多数の画素を上述の強誘電性液晶を用いて作り込み、
３色を１絵素としてカラー表示を行なっている。

【００１２】ところで、このような液晶を用いたカラー
表示パネルにおいて、カラーフィルタは、その表面に形
成された凹凸が大きいと液晶分子の配向状態に著しい欠
陥を及ぼす。また、強誘電性液晶表示装置を形成する際
に、プロセス条件（例えば、配向膜焼成）で高温（２５
０℃以上）がかかるため、これに耐えるカラーフィルタ
が要求される。

【００１３】上記２つの問題点を解消せしめる材料とし
てポリアミド樹脂を用いたカラーフィルタがある（例え
ば特願昭６２−２２４１号参照）。この材料を用い、い
わゆるＲ，Ｇ，Ｂ（赤、緑、青の画素）のカラーフィル
タを形成し、さらにＷ（白（実際には透明）の画素）の
カラーフィルタを形成することにより、強誘電性液晶表
示装置において色の組み合わせの種類を多くする操作を
行なっている。このような強誘電性液晶表示装置におい
て、おいてなるべく多くの色を表示するには画素毎の階
調制御が必要となるが、特に強誘電性液晶では無限（ま
たは無段階）諧調制御が困難なため、２値のみの階調制
御が行なわれている。この２値のみの階調制御ではＲ，
Ｇ，Ｂの３色の場合で原理的に１絵素を８色表示までし
かできないという欠点があった。また、Ｒ，Ｇ，ＢにＷ
を加えても前記３色の場合の８色に、白と黒を除く６色
の明色（ライトレッド、ライトグリーン等）を加えた１
４色、さらには明度（輝度）の異なる無彩色を加えた１
５〜１６色の表示しかできなかった。

【００１４】さらに、ＷはＲ，Ｇ，Ｂと同じ開口（光が
透過する面積）を持たせると、Ｗの透過光量はＲ，Ｇ，
Ｂの２〜３倍と多いため、例えばＲとＷを同時点灯させ
ると透過光量の違いからライトレッドが無彩色に近づき
過ぎてしまうという欠点があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
例における問題点に鑑みてなされたもので、単純マトリ
クス駆動される強誘電性液晶表示装置において、２値駆
動でありながら、より多彩な色を表示できるようにする
ことを目的とする。また、表示色相のバランスを改善す
ることをさらなる目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、赤、緑、青および白色の４色の単色絵
素からなるカラー絵素をマトリクス状に配置してこれら
を情報電極と走査電極とによって単純マトリクス駆動す
る強誘電性液晶表示装置において、前記情報電極または
走査電極の一方が２分割されて１単色絵素が２つの画素
で構成されるとともに、各々の単色絵素がポリアミド樹
脂またはそれを主体とする材料からなる赤、緑、青およ
び白色のいずれかのカラーフィルタを具備することを特
徴とする。

【００１７】

【作用】本発明によれば、表示電極（情報電極および走
査電極）の一方を分割して２つの画素で１つの単色絵素
を構成するようにしている。これらの２つの画素を独立
に２値駆動することにより、１つの単色絵素について、
２つの画素の面積が異なる場合であれば４諧調、同じ場
合でも３諧調の輝度制御を行なうことができる。つま
り、各カラー絵素については、４色の単色絵素をそれぞ
れ４諧調制御することができ、２５６種類の色を表示す
ることができる。単純マトリクス駆動においては、表示
電極のうち走査電極側を分割すると情報電極と走査電極
の双方の駆動信号周波数を２倍にしなければ各画素を独
立に駆動することができないが、情報電極側を分割した
場合は走査電極側の駆動信号を変更しなくてもよい。こ
の点からすると、情報電極側を分割する方が好ましい。

【００１８】１つの単色絵素を構成する２つの画素の開
口面積比および１つのカラー絵素を構成するＲ（赤），
Ｇ（緑），Ｂ（青）の単色絵素とＷ（白）の単色絵素の
開口面積比は表示色の色相分布を見て決定すればよい。
例えば１つの単色絵素を構成する２つの画素の開口面積
比は３：２〜２：１にするのが好ましい。また、Ｗの開
口面積はＲ，Ｇ，Ｂの開口面積より狭く、好ましくは７
０％以下にしてＲ，Ｇ，ＢとＷの光量バランスを取るよ
うにする。このような開口面積の制御は、情報電極また
は走査電極のＷに対応する部位の引き回し金属電極のパ
ターニングにより行なう。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００２０】実施例１本発明の一実施例に係る液晶カラーパネル（強誘電性液
晶表示装置）の製造例を下記に示す。

【００２１】まず、ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ）上に
スピンナを用いて、感光性緑色着色樹脂（宇部興産社製
ＰＡ−１０１２Ｇ）を１．６μｍ塗布した。次に、ホッ
トプレート上で３〜５分プリベークを行なった。ホット
プレートの温度は７８℃〜８３℃とした。その後、カラ
ーフィルタパターンをアライナ（タマラック社製品）を
用いて超高圧水銀灯の光４００ｍＪ／ｃｍ²のエネルギ
で露光し、さらに専用現像液（宇部興産社製ＰＡ−Ａ
Ｄ）で現像した後、専用リンス液およびＩＰＡ（２−プ
ロパノール）を用いてリンスし緑色のフィルタパターン
を得た。この緑色フィルタ形成済み基板を温水引き上げ
乾燥した後、クリーンオーブン中で２００℃、３０分間
ポストベークする。以後同様にして白色着色樹脂（宇部
興産社製ＰＡ−１０００Ｃ）、青色着色樹脂（宇部興産
社製ＰＡ−１０１２Ｂ）および赤色着色樹脂（宇部興産
社製ＰＡ−１０１２Ｒ）によるフィルタパターンを順次
形成した。図１（ｂ）はこれら各色のフィルタパターン
の１カラー絵素当たりの配置例を示す。

【００２２】このようにして得られたカラーフィルタ上
に保護膜を形成し、その上にＩＴＯ膜を成膜してフォト
リソ工程によりＩＴＯによる透明電極（情報電極）パタ
ーンを形成した。この情報電極パターンは、図１（ａ）
に示すように、図中、縦方向に長いリボン状のものが多
数横方向に配列されているストライプ状に、かつ１つの
単色絵素（フィルタパターンの存在するところ）４上を
２本の情報電極１と２が通るようにパターニングした。
２本の情報電極１と２が単色絵素と重なる幅は３：２と
した。さらに、この情報電極パターンの上に絶縁層およ
び配向膜層を形成処理して上側基板を作成した。

【００２３】一方、下側基板は、カラーフィルタを形成
しないこと、およびストライプ状に多数数本配列された
透明電極（走査電極）パターンが互いに同一幅、同一ピ
ッチで形成されていることを除いては上側基板と同様に
して作成した。なお、これらの透過電極はＩＴＯの他、
Ｉｎ₂Ｏ₃やＳｎＯ₂等の薄膜で形成しても良い。

【００２４】次に、これらの上側基板と下側基板を、そ
れぞれのストライプ状電極１，２と３が直交するよう
に、かつ基板間のギャップが１．０〜１．５μｍとなる
ように貼り合わせ、そのギャップにＳｍＣ^*相またはＳ
ｍＨ^*相の強誘電液晶を注入封止した。これにより、各
単色絵素４が１本の走査電極３と２本の情報電極１，２
とで駆動される面積比が３：２の２つの画素に分割され
た液晶カラーパネルが完成した。

【００２５】この液晶カラーパネルを図２のように点灯
させることで２５６色の表現が可能であった。図２中、
１つの正方形は液晶カラーパネルの１カラー絵素を示
し、４つの単色絵素が図１（ｂ）のように配列されてい
るものとする。また、正方形内の各単色絵素に対応する
位置に描かれた長方形およびその中の数字はその単色絵
素の駆動状態（すなわち点灯状態）を示し、数字２は面
積比２の側の画素のみが駆動されている状態、数字３は
面積比３の側の画素のみが駆動されている状態、数字５
は２つの画素が双方とも駆動されている状態を表わして
いる。図２においては、赤と白の単色絵素の組み合わせ
のみを例示している。

【００２６】実施例２Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗの４色のカラーフィルタと保護膜を形成
し、透明電極（ＩＴＯ）膜を成膜し、これをフォトリソ
工程によりパターニングするまでは、実施例１と全く同
様に処理した。その後、金属薄膜を成膜し、フォトリソ
工程にてパターニングを行ない、図３斜線部のような金
属引き回し電極を形成した。前記金属薄膜としては、ク
ロム、モリブデンもしくはアルミニウムまたはこれらの
混合物を用いることができる。この金属引き回し電極
は、情報電極１，２，５，６の配線抵抗による画像むら
を防ぐためと、各画素間の透過光を遮光してコントラス
トを良好にするために設けられる従来と同様のものであ
るが、ここではさらにＷのフィルタの開口（光が透過す
る面積）を制御するための遮光パターンとして用いてい
る。すなわち、図３に示すように、Ｗのフィルタ（単色
絵素９）の開口をＲ，Ｇ，Ｂのフィルタ（単色絵素７，
８，１０）より少なくする（ここではＲ，Ｇ，Ｂの７０
％）ことで、透過光量をＲ，Ｇ，Ｂ各単色絵素に近づ
け、表示色の色相が無彩色側に偏ることを防止してい
る。

【００２７】なお、このような遮光パターンは走査電極
側に設けても良く、または情報電極を走査電極の双方の
設けても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各単色絵素を２つの画素で構成することにより、２５６
色の表現が可能になり、かつ金属引き回し電極によりＷ
の開口を他のＲ，Ｇ，Ｂの開口より小さくすることでＷ
を点灯したときの色調が無彩色側に近付くことを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る強誘電性液晶表示装
置の１単色絵素（ａ）および１カラー絵素（ｂ）の構成
を示す説明図である。

【図２】図１のカラー絵素における各画素の駆動状態
と表示色との関係を説明するための図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る強誘電性液晶表示
装置の１カラー絵素の構成を示す説明図である。

【図４】強誘電性液晶の動作説明のための模式図であ
る。

【図５】図４の強誘電性液晶に電界を印加したときの
状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１，２：情報電極、３：走査電極、４：単色絵素（カラ
ーフィルタのある領域）、５，６：白の画素の開口を小
さくした情報電極、７：赤の単色絵素、８：緑の単色絵
素、９：白の単色絵素、１０：青の単色絵素。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤、緑、青および白色の４色の単色絵素
からなるカラー絵素をマトリクス状に配置してこれらを
情報電極と走査電極とによって単純マトリクス駆動する
強誘電性液晶表示装置において、前記情報電極または走
査電極の一方が２分割されて１単色絵素が２つの画素で
構成されるとともに、各々の単色絵素がポリアミド樹脂
またはそれを主体とする材料からなる赤、緑、青および
白色のいずれかのカラーフィルタを具備することを特徴
とする強誘電性液晶表示装置。
【請求項２】前記１単色絵素が３：２〜２：１の開口
面積比を有する２つの画素で構成されている請求項１記
載の強誘電性液晶表示装置。
【請求項３】前記白色絵素のカラーフィルタの各光透
過部分の面積が前記情報電極および走査電極金属上に配
設された引き回し電極のパターニングによって制御され
ている請求項１記載の強誘電性液晶表示装置。