JPH07152017A - 液晶素子の駆動方法及びその液晶素子 - Google Patents

液晶素子の駆動方法及びその液晶素子

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JPH07152017A
JPH07152017A JP5325850A JP32585093A JPH07152017A JP H07152017 A JPH07152017 A JP H07152017A JP 5325850 A JP5325850 A JP 5325850A JP 32585093 A JP32585093 A JP 32585093A JP H07152017 A JPH07152017 A JP H07152017A
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敬一 仁藤
Akio Yasuda
章夫 安田
Hidehiko Takanashi
英彦 高梨
Eiho You
映保 楊
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 透明電極２ａ、２ｂ及び配向膜３ａ、３ｂを
この順に設けた一対の基板１ａ、１ｂが所定の間隙を置
いて対向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶５が注入
されている液晶素子であって、この液晶をスイッチング
するためのしきい値電圧の異なる領域が微細に分布して
いる液晶素子をパルス電圧及び／又はパルス幅変調方
式、画素電極分割方式又はタイムインテグレーション方
式によって駆動する駆動方法、及びその液晶素子。 【効果】 液晶素子のアナログ階調性を一層向上させる
ことができ、かつ、大面積の液晶表示素子を低コストに
実現し、そのフルカラービデオレートでの駆動も可能に
するものである。また、上記の各駆動方式を組み合わせ
るときは、上述のしきい値電圧の異なる微細領域を有し
ていなくても、階調性を同様に発現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一対の基体間に液晶が
配されている液晶素子であって、特に、透明電極及び配
向膜をこの順に設けた一対の基板が所定の間隙を置いて
対向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶が注入されて
いる液晶素子の駆動方法、及びその液晶素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】現在商品化されているＴＮ（ツイストネ
マチック）液晶素子は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等
のアクティブマトリックス方式での駆動によって一定の
階調性を発現することができる。しかし、ＴＦＴ製造プ
ロセスにおける歩留り及びコストの問題から、大面積の
表示素子の開発が課題となっている。
【０００３】これに対し、表面安定化双安定型強誘電性
液晶（ＦＬＣ：ferroelectric liquid crystal) を用い
た表示素子は、ＴＦＴ等のアクティブマトリックスを必
要とせず、低コスト、大面積の表示素子を実現できる可
能性がある。
【０００４】ＦＬＣを表示素子に応用しようとする研究
開発は、ここ10年来活発に進められてきている。ＦＬＣ
ディスプレイは、主として次の（１）〜（３）の特徴を
有する優れたものである。 （１）高速応答性（従来のネマチック液晶表示に比較し
て1000倍も高速応答）。 （２）視野角依存性が少ない。 （３）画像にメモリ性がある。
【０００５】従来、こうした強誘電性液晶の表示技術と
しては、表示パネルのセルギャップを２μｍ以下にコン
トロールし、パネル界面の分子配向規制力を用いて液晶
分子を配向させ、２状態のみ安定なエネルギー状態をと
る表面安定化強誘電性液晶表示素子がクラークら（米国
特許第4,367,924 号）により提案され、そのμ秒オーダ
の応答性や、画像のメモリ効果などの特徴でもって研究
開発が精力的にすすめられてきた。
【０００６】このように、双安定モードの強誘電性液晶
表示は、メモリ性をもつためにＣＲＴ（陰極線管）など
で問題となっているフリッカーをなくせること、そし
て、単純Ｘ−Ｙマトリックス駆動でも1000本以上の走査
線で駆動できること（ＴＦＴ：薄膜トランジスタでの駆
動をなくせること）、また、現在主流のネマチック液晶
での視野角が狭いという問題に対しても、分子配向が一
様であること、およびパネルのギャップがネマチック液
晶パネルの半分以下であることから、広い視野角を有す
ることなどを特徴としてきた。
【０００７】このようなＦＬＣディスプレイ（強誘電性
液晶表示素子）は、例えば図28に概略的に示すような構
造からなっている。即ち、ガラスなどの透明な基板１ａ
上に、ＩＴＯ（indium tin oxide：インジウムにスズを
ドープした導電性酸化物）などの透明電極層２ａ、及び
液晶配向膜としての例えばＳｉＯ斜方蒸着層３ａを順次
積層した積層体Ａと；これと同様に、基板１ｂ上に、透
明電極層２ｂ、例えばＳｉＯ斜方蒸着層３ｂを順次積層
した積層体Ｂと；を、液晶配向膜である例えばＳｉＯ斜
方蒸着層３ａ、３ｂが互いに対向するように配し、所定
のセルギャップを実現するためのスペーサ４を挟むこと
により液晶セルを構成し、そのセルギャップに強誘電性
液晶５を注入した構造を有している。
【０００８】しかしながら、こうしたＦＬＣディスプレ
イは上記の優れた特長を有してはいるが、階調表示が難
しいことが課題として挙げられていた。即ち、従来の双
安定モードを用いた強誘電性液晶表示は２状態のみ安定
であることから、ビデオ等の階調表示には不適当である
とされてきた。
【０００９】即ち、従来の強誘電性液晶素子（例えば界
面安定型強誘電性液晶素子）は、外部印加電界Ｅに対し
て分子Ｍの配向方向が図29に示すように状態１と状態２
の二つの状態間をスイッチングする。この分子配向の変
化は、液晶素子を直交する偏光板間に設置することによ
って透過率の変化として現れ、図30のように印加電界に
対して透過率がしきい値電圧Ｖthで０％から 100％に急
峻に変化する。この透過率が変化する電圧幅は一般的に
１Ｖ以下である。さらに、Ｖthがセルギャップの微小な
変動によって変化する。従って、従来の液晶素子では、
透過率−印加電圧のカーブに安定な電圧幅を持たせるこ
とが困難であり、電圧制御による階調表示は困難若しく
は不可能である。
【００１０】このため、サブピクセルを設けて画素面積
を調節すること又は画素電極を分割することにより階調
を行う方法（面積階調法）や、強誘電性液晶の高速スイ
ッチング性を利用して１フィールドの間にスイッチング
又はラインアドレッシングを繰り返すことにより階調を
行う方法（タイムインテグレーション階調法）などの方
法が提案されている。しかし、これらの方法でも未だ階
調表示が不十分であるという問題があった。
【００１１】即ち、面積階調法の場合、階調数を増やせ
ば増やすほど、必要なサブピクセルの数が増え、デバイ
ス作製という面から、また、駆動法という観点から考え
ても、コストパフォーマンスが悪いことは明らかであ
る。また、タイムインテグレーション階調法では、タイ
ムインテグレーション階調法単独ではもちろんのこと、
面積階調法との組み合わせを考えても、実用性は低いと
いう問題があった。
【００１２】そこで、画素毎にアナログ階調表示を行う
方法として、一つの画素内で対向電極間の距離を変化さ
せたり、対向電極間に形成した誘電性層の厚みを変化さ
せることにより局所的に電界強度勾配をつける方法や、
対向電極の材質を変えることにより電圧勾配をつけるこ
とが提案されている。
【００１３】しかしながら、実用レベルのアナログ階調
表示特性を有する液晶表示素子を製造することは、工程
的にも繁雑となり、また、製造条件のコントロールも非
常に困難となり、更に製造コストが高いという問題があ
った。
【００１４】他方、特開平３−276126号公報に示される
ように、配向膜上に 0.3〜２μｍのアルミナ微粒子を散
布する等により、この微粒子の存在部分と非存在部分と
で強誘電性液晶の反転を印加電圧によって制御し、階調
表示を行わんとするＦＬＣディスプレイが提案されてい
る。
【００１５】しかしながら、この公知技術の場合、上記
微粒子のサイズが大きすぎ、また散布量の規定等が不明
であるため、実際には、意図する階調表示は極めて困難
である。
【００１６】即ち、例えば２μｍのセルギャップ中に粒
径 0.3〜２μｍの微粒子を単に散布したのでは、実際に
は液晶の反転を一画素内で微細に変化させることは極め
て困難である。しかも、強誘電性液晶ディスプレイがそ
の液晶の複屈折モードでの表示であるため、セルギャッ
プのコントロールは極めて困難であり、色ムラが出現し
てしまう。この状況は、セルギャップの変動が 500Å以
下であることが要求される現在のＳＴＮ（スーパーツイ
ストネマチック）表示素子と同様であると考えられる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の欠点を解消し、液晶素子、特に強誘電性液晶表
示素子を使用し、パッシブマトリックス駆動においてア
ナログ階調表示を低コストにして容易かつ確実に実現す
ることを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、一対の
基体間に液晶（特に、ＦＬＣ）が配され、この液晶をス
イッチングするためのしきい値電圧の異なる領域が微細
に分布している液晶素子をマトリックス駆動（特に、単
純Ｘ−Ｙマトリックス駆動）によって駆動して階調表示
するに際し、アドレッシング信号を走査電極に印加する
のと同期して、画素の階調に対応してパルス電圧及び／
又はパルス幅を変調したデータ信号をデータ電極に印加
するパルス電圧又はパルス幅変調方式により、階調表示
を行う、液晶素子の駆動方法に係るものである。
【００１９】また、本発明は、上記の液晶素子のマトリ
ックス駆動（特に、単純Ｘ−Ｙマトリックス駆動）によ
って階調表示するに際し、１画素を構成するデータ電極
を互いに異なる面積の複数部分に分割し、アドレッシン
グ信号を走査電極に印加するのと同期して、画素の階調
に対応したデータ信号（パルス電圧）の組み合わせを前
記の分割された複数のデータ電極部分に印加する画素電
極分割方式により、階調表示を行う、液晶素子の駆動方
法も提供するものである。
【００２０】更に、本発明は、上記の液晶素子のマトリ
ックス駆動（特に、単純Ｘ−Ｙマトリックス駆動）によ
って階調表示するに際し、画素の階調に対応して、１フ
レーム又は１フィールド内で１画素当たりに複数回のラ
インアドレッシングを繰り返すタイムインテグレーショ
ン方式により、１フレーム又は１フィールド内の明滅の
頻度により時間平均的に階調表示を行う、液晶素子の駆
動方法も提供するものである。この方式の場合、アドレ
ッシング信号のパルス電圧及び／又はパルス幅は、階調
に応じて変調することもできる。
【００２１】本発明の方法で駆動される液晶素子は、透
明電極及び配向膜をこの順に設けた一対の基板が所定の
間隙を置いて対向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶
が注入されている液晶素子として構成可能であって、上
記の「しきい値電圧の異なる領域が微細に分布している
こと」とは、反転ドメイン（例えば白の中に黒のドメイ
ン又はその反対）による透過率が25％であるときに２μ
ｍφ以上の大きさのドメイン（マイクロドメイン）が１
mm2 の視野の中に 300個以上（好ましくは 600個以上）
存在し、かつ、そのドメイン内でのしきい値電圧幅が透
過率10〜90％の範囲で２ボルト以上であることを意味す
る。
【００２２】即ち、図10に例示するように、本発明の方
法で駆動される液晶素子では、印加電圧によって透過率
が従来（図30）のように急峻に変化するのではなく、比
較的緩やかな変化を示すものである。これは、上記した
ように、特に、一つの画素内において、しきい値電圧
（Ｖth）の異なる微細な領域（マイクロドメイン）の発
現により、印加電圧の大きさに応じてマイクロドメイン
の透過率が変化するためである。そして、一つのドメイ
ン内では、液晶分子が双安定であるとメモリ機能を有
し、フリッカーフリーな静止画像を実現でき、しきい値
電圧の異なるμｍオーダのドメインから一画素が形成さ
れることから、連続階調表示が可能となる。
【００２３】図10では、透過率が変化するしきい値電圧
のうち、透過率10％のときをＶth1、透過率90％のとき
をＶth2 とした場合、しきい値電圧の変化幅（△Ｖth＝
Ｖth2 −Ｖth1)が２ボルト以上である。
【００２４】マイクロドメインについては、図11（Ａ）
に示すように、透過率25％のときに、２μｍφ以上の大
きさのドメインＭＤが 300個以上/mm2の割合で存在する
ものである。こうしたマイクロドメインによる微細な光
透過部分によって、全体として中間調の画面（透過率）
を実現できるが、このようなマイクロドメインによる構
造は、いわば星空の如き様相を呈するので、以下に「ス
ターライトテクスチャ」と称することとする。
【００２５】このスターライトテクスチャによれば、印
加電圧の大小に応じてマイクロドメインによる光透過部
分ＭＤが図11（Ａ）に一点鎖線で示す如くに拡大したり
（透過率上昇）、或いは縮小させる（透過率減少）こと
ができ、印加電圧によって任意に透過率を変化させるこ
とができる。これに反し、従来の構造では、図11（Ｂ）
に示すように、しきい値電圧幅が極めて小さいために、
印加電圧による光透過部分Ｄが急激に増加したり、或い
は消失してしまうだけであり、階調表示が極めて困難で
ある。
【００２６】本発明において、上記のマイクロドメイン
を形成する手段として、液晶中に超微粒子を分散させる
ことができる。図12には、こうした超微粒子10を分散さ
せたＦＬＣディスプレイを例示するが、この基本構造は
図28に示したものと同様である。
【００２７】ここで、超微粒子10によるしきい値電圧の
変化を図13について原理的に説明する。超微粒子10の粒
径をｄ2 、誘電率をε2 、超微粒子10を除く液晶５の厚
みをｄ1 、誘電率をε1 としたとき、超微粒子にかかる
電界Ｅeff は、次式（１）で表される。 Ｅeff ＝（ε2 ／（ε1 ｄ2 ＋ε2 ｄ1 ））×Ｖgap ・・・・・（１）
【００２８】従って、誘電率の値が液晶よりも小さい超
微粒子を添加すると（ε2 ＜ε1 ）、液晶層の全厚ｄga
p(＝ｄ1+ｄ2)よりも小さな微粒子（ｄ2 ）を入れること
により、 Ｅeff ＜Ｅgap となり、液晶には、微粒子を入れない場合（Ｅgap)に比
較して小さな電界Ｅeffが作用する。その反対に、誘電
率の値が液晶より大きな微粒子を添加することにより
（ε2 ＞ε1 ）、 Ｅeff ＞Ｅgap となり、液晶には、微粒子を入れない場合（Ｅgap)に比
較して大きな電界Ｅeffが作用する。
【００２９】以上をまとめると、次の通りとなる。 ε1 ＞ε2 のとき→Ｅeff ＜（Ｖgap/（ｄ1 ＋ｄ2 ））
＝Ｖgap/ｄgap ＝Ｅgap ε1 ＝ε2 のとき→Ｅeff ＝Ｅgap ε1 ＜ε2 のとき→Ｅeff ＞Ｅgap
【００３０】いずれにしても、超微粒子の添加によっ
て、液晶自体に加わる実効電界Ｅeffは変化することに
なり、超微粒子が存在する領域とそうでない領域とで液
晶に加わる実効電界が異なることになる。この結果、同
じ電界Ｅgap を作用させても、それら領域間では反転ド
メインが生じる領域と生じない領域が存在し、図11
（Ａ）で示した如きスターライトテクスチャ構造を発現
できるのである。
【００３１】このことから、本発明によるスターライト
テクスチャ構造は連続階調を実現するのに好適なものと
なり、超微粒子の添加下で印加電圧（大きさ、パルス幅
等）を制御する（即ち、２種類以上の電圧を印加するこ
と）によって多様な透過率（即ち、２種類以上の階調レ
ベル）を得ることができる。これに反し、従来のように
単に微粒子を存在させるだけでは、図11（Ｂ）の如きも
のしか得られず、特に微小な（２μｍ程度の）ギャップ
中に 0.3〜２μｍの微粒子を存在させても目的とする表
示性能が得られないことが明らかであり、また、微小な
ギャップでなくても微粒子部分による色ムラが生じてし
まう（これについては、後記の比較例で詳細に説明す
る）。本発明では、このような現象を生じることなく、
目的とする性能が得られる。
【００３２】本発明は、上記したスターライトテクスチ
ャ構造を発現できる液晶素子、特にパッシブマトリック
ス駆動が可能な液晶ディスプレイにおいて、上述した各
駆動方法（パルス電圧又はパルス幅変調方式、画素電極
分割方式又はタイムインテグレーション方式）を適用す
ることによって、階調性を一層向上させることができ、
かつ、大面積の液晶表示素子を低コストに実現し、その
フルカラービデオレートでの駆動も可能にするものであ
る。
【００３３】即ち、上述したスターライトテクスチャ構
造の液晶素子のアナログ階調性は、本発明による駆動方
法に基いて、変調されたデータ信号を画素の階調に対応
してデータ電極に印加すれば、確実にかつ多様に得るこ
とができる。これは、画素電極を複数に分割し、各分割
部分の面積比を異ならせて、それぞれに画素の階調に対
応したデータ信号を印加することによっても実現できる
し、また、画素の階調に対応して１フレーム又は１フィ
ールド内で１画素当たりに複数回のラインアドレッシン
グ（データ信号の書込み）を繰り返すことによっても実
現できる。
【００３４】そして、本発明に使用する液晶素子は、Ｔ
ＦＴ等を必要としないでパッシブマトリックス駆動が可
能であり、大面積の表示素子として低コストに提供でき
るものである。
【００３５】本発明に使用する液晶素子において、液晶
に添加する微粒子としては、図12に示した対向する透明
電極層２ａ、２ｂの間に存在する液晶５に印加される実
効電界強度に分布を持たせることができるような微粒子
であればよく、例えば誘電率の異なる複数の材質の微粒
子を混合して使用することができる。このように誘電率
の異なる微粒子を存在させることにより、各画素内に誘
電率の分布が形成される。この結果、上記したように、
画素の透明電極層２ａ、２ｂ間に均一に外部電界を印加
した場合でも、その画素内の液晶に印加される実効電界
強度には分布ができ、液晶（特に強誘電性液晶）の双安
定状態間をスイッチングするためのしきい値電圧の幅を
広げることができ、一画素内でアナログ階調表示が可能
となる。
【００３６】また、使用する微粒子として、誘電率が同
じものを使用する場合には、大きさに分布をもたせれば
よい。このように、誘電率は異ならないが大きさが異な
る微粒子を存在させることにより液晶層の厚みに分布が
できる。その結果、一画素の透明電極層２ａ、２ｂ間に
均一に外部電界を印加した場合でも、その画素内の液晶
に印加される実効電界強度には分布ができ、一画素内で
アナログ階調表示が可能となる。微粒子の大きさの分布
について、その分布の広がりはある程度大きい方が、優
れたアナログ階調表示ができるので好ましい。
【００３７】本発明の液晶素子では、液晶に添加する微
粒子はpH2.0 以上の表面を有することが望ましいが、こ
れは、pH2.0 未満では酸性が強すぎ、プロトンにより液
晶が劣化し易いからである。
【００３８】また、この微粒子は、50重量％以下、 0.1
重量％以上の割合で液晶に添加されているのが望まし
い。添加量があまり多いと、凝集してスターライトテク
スチャ構造が発現し難く、また液晶の注入が困難となり
易い。
【００３９】使用可能な微粒子はカーボンブラック及び
／又は酸化チタンからなっていてよく、またカーボンブ
ラックがファーネス法により作製されたカーボンブラッ
クであり、酸化チタンがアモルファス酸化チタンである
のがよい。ファーネス法により作製されたカーボンブラ
ックは、微粒子の粒度分布が比較的広く、またアモルフ
ァス酸化チタンは、表面性が良く、耐久性にも優れてい
る。
【００４０】使用可能な微粒子は、凝集していない一次
微粒子の状態で、液晶セルギャップの半分以下の大きさ
(0.4μｍ以下、特に 0.1μｍ以下）が好ましい。また、
その粒度分布によって階調表示特性をコントロールでき
るが、粒度分布の標準偏差が9.0nm以上であることが透
過率の変化（トランスミタンス）を緩やかにできる点で
望ましい。微粒子の比重が液晶の 0.1〜10倍であること
が、液晶中に分散させた際の沈降防止の点で望ましく、
また、微粒子が良分散性を示すようにシランカップリン
グ剤等で表面処理されているのがよい。
【００４１】本発明において、微粒子は対向する電極間
に存在させる必要があるが、その場所は特に限定され
ず、液晶中でも、液晶配向膜中又は液晶配向膜上でもよ
い。
【００４２】また、本発明は、上述した本発明による各
駆動方法を相互に組み合わせて液晶素子を駆動する方法
も提供するものである。この組み合わせによる駆動方法
では、上記したスターライトテクスチャ構造を使用する
ことが望ましいが、必ずしもそれを使用しなくても階調
性を発現することができる。
【００４３】即ち、駆動方法の組み合わせとしては、デ
ータ電極を分割した上述の面積階調方式と、上述のタイ
ムインテグレーション階調駆動を組み合わせた階調駆動
方法がある。
【００４４】この階調駆動方法の場合、１画素を構成す
るデータ電極の分割数をｎとし、１フレーム又は１フィ
ールド内での１画素当たりのラインアドレッシング回数
をｍとしたとき、前記データ電極の分割部分の面積比を
１：（ｍ＋１）：・・・：（ｍ＋１）n-2 ：（ｍ＋１）
n-1 とするのが、階調性向上の点で望ましい。
【００４５】また、別の駆動方法として、走査電極にア
ドレッシング信号が印加されるのと同期して、その画素
の階調に対応したパルス電圧及び／又はパルス幅を変調
したデータ信号を印加して階調を達成した上述の１画素
内階調と、上述のタイムインテグレーション階調駆動と
を組み合わせた階調駆動方法がある。
【００４６】この駆動方法においては、１画素の線形的
な階調数≧（ｍ＋１）n-1 ＋１を与える最大整数ｎ又は
１画素の非線形的な階調数≧ｎ＋１を与える最大整数ｎ
と、１フレーム又は１フィールド内での１画素当たりの
ラインアドレッシング回数ｍとを組み合わせ、１画素の
透過率比を１：（ｍ＋１）：・・・：（ｍ＋１）n-2：
（ｍ＋１）n-1 とするのが、階調性向上の点で望まし
い。
【００４７】他の駆動方法として、走査電極にアドレッ
シング信号が印加されるのと同期して、その画素の階調
に対応したパルス電圧及び／又はパルス幅を変調したデ
ータ信号を印加して階調を達成した上述の１画素内階調
と、１画素を構成するデータ電極の面積比を変え、アド
レッシング信号が印加されるのと同期して、その画素の
階調に対応したデータ電極の組み合わせにパルス電圧を
印加して階調を達成した上述の面積階調駆動とを組み合
わせた階調駆動方法がある。
【００４８】この場合、変調したデータ信号による１画
素の階調数ｌと、１画素を構成するデータ電極の分割数
ｎとを組み合わせ、このデータ電極の分割部分の面積比
を１：ｌ：・・・：ｌn-2 ：ｌn-1 とするのが、階調性
向上の点で望ましい。
【００４９】更に他の駆動方法としては、走査電極にア
ドレッシング信号が印加されるのと同期して、その画素
の階調に対応したパルス電圧、パルス幅を変調したデー
タ信号を印加して階調を達成した上述の１画素内階調
と、上述のタイムインテグレーション階調駆動と、１画
素を構成するデータ電極の面積比を変え、アドレッシン
グ信号が印加されるのと同期して、その画素の階調に対
応したデータ電極の組み合せにパルス電圧を印加して階
調を達成した上述の面積階調駆動とを組み合せた階調駆
動方法がある。
【００５０】この駆動方法においては、変調したデータ
信号と１画素を構成するデータ電極の分割との組み合せ
で得られる１画素の線形的な階調数≧（ｍ＋１）n-1 ＋
１を与える最大整数ｎ又は１画素の非線形的な階調数≧
ｎ＋１を与える最大整数ｎと、１フレーム又は１フィー
ルド内での１画素当たりのラインアドレッシング回数ｍ
とを組み合せ、１画素の透過率比を１：（ｍ＋１）：・
・・：（ｍ＋１）n-2：（ｍ＋１）n-1 とするのが、階
調性向上の点で望ましい。
【００５１】また、本発明では、上述の各駆動方法をカ
ラーフィルタあるいはカラーインテグレーション法と組
み合せたフルカラー表示を行うことができる。
【００５２】即ち、上述の方法で駆動されるパッシブマ
トリックス液晶ディスプレイの画素にＲ、Ｇ、Ｂのカラ
ーフィルタを組み合せたり、或いは、上述の方法で駆動
されるパッシブマトリックス液晶ディスプレイ（但し、
カラーフィルタなし）に対して、１フレーム又は１フィ
ールド内で各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のバックライトをそれぞ
れ少なくとも１回切り替え、各色に対応した階調を選択
することができる。
【００５３】本発明はまた、上述した各駆動方法により
駆動されるように構成した液晶素子も提供するものであ
る。液晶素子としては、例えば図12に示した構成又は図
28に示した従来構造のいずれでもよいが、図12の構造が
スターライトテクスチャを発現する点で望ましい。
【００５４】この液晶素子は、常法に従って製造するこ
とができる。例えば、ガラス基板にスパッタ法により透
明ＩＴＯ層を形成し、フォトリソグラフ法により所定の
パターニングを行った後、ＳｉＯを基板に対し斜めに真
空蒸着させる。そして、液晶セルを組み立てた後に、セ
ルギャップに特に微粒子を均一に混入した液晶を注入す
ることにより製造することができる。液晶配向膜として
は、ラビング処理されたポリイミド膜やＳｉＯ斜方蒸着
膜を使用することができる。
【００５５】配向膜が酸化シリコンの蒸着層からなって
いるときは、その蒸着後にアニール処理が施されたもの
であることが、その表面性を変化させてスターライトテ
クスチャ構造を出現させる上で好ましい。
【００５６】図14には、液晶素子の構成例を示すが、こ
の具体的な製造例を説明する。
【００５７】液晶セルの作製方法：セルの構成は図14に
示す通り（これは、図12、図28のものに相当）、透明ガ
ラス基板１ａ、１ｂ上に透明電極(100Ω／□のＩＴＯ）
２ａ、２ｂを付け、さらにその上に、液晶配向膜として
ＳｉＯの斜方蒸着膜３ａ、３ｂを形成する。ＳｉＯの斜
方蒸着膜の形成においては、真空蒸着装置内に、ＳｉＯ
蒸着源から鉛直上に基板を配し、鉛直の線と基板法線の
なす角を85度として設置する。ＳｉＯを基板温度170 ℃
で真空蒸着後、大気中で 300℃、１時間の焼成をおこな
う。配向膜は、ＳｉＯ斜方蒸着膜は勿論、ポリイミド
系、ナイロン系等の有機系のラビング膜でも使用可能で
ある。
【００５８】このようにして作製した配向膜付の基板を
その配向処理方向が対向面で反平行となるように組み、
そのスペーサとして目的ギャップ長に応じたガラスビー
ズ（真糸球：直径 0.8〜3.0 μｍ（触媒化成社製））４
を用いる。スペーサは、透明基板の大きさにより小さい
面積の場合は周囲を接着するシール材（ＵＶ硬化型の接
着剤（フォトレック：セキスイ化学（株）製）６中に
0.3wt％程度分散させることにより、基板間のギャップ
を制御する。更に基板面積が大きい場合には、上記真糸
球を基板上に平均密度で 100個／mm2 散布したのち、ギ
ャップをとり、液晶の注入孔を確保して上記シール剤で
セル周囲を接着する。
【００５９】微粒子添加液晶組成物の調製法と使用した
液晶：用いた液晶組成物は、例えば強誘電性液晶（チッ
ソ社製のＣＳ−1014）１ｇにキャボット社製のカーボン
ブラックＭogulを10mg添加し、等方相温度で超音波ホモ
ジナイザを用いて均一に分散させる。使用可能な他の強
誘電性液晶は、チッソ（株）製、メルク（株）製、ＢＤ
Ｈ社製、あるいは他の公知の強誘電性液晶化合物あるい
は非カイラル液晶からなる組成物でも使用できるが、そ
の制限はなく、その相系列の制限も必要とせず、必要な
のは使用温度範囲でカイラルスメクチック液晶相をとる
ことである。
【００６０】液晶の注入方法：その後、微粒子（上記カ
ーボンブラック）10添加強誘電性液晶５の組成物あるい
は強誘電性液晶組成物を等方相温度あるいはカイラルネ
マチック相温度の流動性を示す状態で減圧下で注入す
る。液晶注入後、徐冷し、注入孔周囲のガラス基板上の
液晶を除去したのち、エポキシ系の接着剤で封止し、強
誘電性液晶素子を作製する。
【００６１】
【実施例】以下、本発明を実施例について更に詳細に説
明する。
【００６２】実施例１ 単純Ｘ−Ｙマトリックス方式のパネルの作製法：セルの
構成は、具体的には図１に示す通りであった。すなわ
ち、透明ガラス基板（コーニング7059、 0.7mm厚）１
ａ、１ｂ上に透明電極(100Ω／□のＩＴＯ）２ａ、２ｂ
を付け、透明電極をエッチングにより短冊上に分割し、
データ電極２ａと走査電極２ｂを形成した。
【００６３】さらにその上に、液晶配向膜としてＳｉＯ
の斜方蒸着膜３ａ、３ｂを形成した。ＳｉＯの斜方蒸着
膜の形成においては、真空蒸着装置内に、ＳｉＯ蒸着源
から鉛直上に基板を配し、鉛直の線と基板法線のなす角
を85度として設置した。ＳｉＯを基板温度 170℃で真空
蒸着後、 300℃、１時間の焼成をおこなった。
【００６４】このようにして作製した配向膜付の基板
を、そのデータ電極側と走査電極側の配向処理方向が対
向面で反平行となり、かつデータ電極と走査電極の電極
配列が直交するように組み、そのスペーサとして目的ギ
ャップ長に応じたガラスビーズ（真糸球：直径 0.8〜3.
0 μｍ（触媒化成工業（株）製））４を用いた。ここで
は、配向処理方向を反平行に組んだが、平行に組んでも
構わない。
【００６５】スペーサは、透明基板の大きさにより小さ
い面積の場合は周囲を接着するシール材（ＵＶ硬化型の
接着剤（フォトレック：セキスイ化学（株）製））６中
に0.3 wt％程度分散させることにより、基板間のギャッ
プを制御した。更に基板面積が大きい場合には、上記真
糸球を基板上に平均密度で 100個／mm2 散布したのち、
ギャップをとり、液晶の注入孔を確保して上記シール剤
でセル周囲を接着した。
【００６６】注入されるべき液晶５は、例えば強誘電性
液晶（チッソ社製のＣＳ−1014）１ｇにキャボット社製
のカーボンブラックＭogulを10mg添加し、等方相温度で
超音波ホモジナイザを用いて均一に分散させた液晶組成
物、又は微粒子の添加していない同強誘電性液晶を用い
た。カーボンブラックの添加量は種々変えることができ
る。
【００６７】その後、微粒子（上記カーボンブラック）
添加強誘電性液晶組成物あるいは強誘電性液晶組成物を
等方相温度あるいはカイラルネマチック相温度の流動性
を示す状態で減圧下で注入した。液晶注入後、徐冷し、
注入孔周囲のガラス基板上の液晶を除去したのち、エポ
キシ系の接着剤で封止し、強誘電性液晶素子を作製し
た。
【００６８】こうして作製したパネル11を表示素子とし
て用いるためには、図２に示すように、バックライト1
2、偏光板13、液晶パネル11、偏光板14の順に積層する
ことが必要である。ここでの位置関係として重要なの
は、偏光板の偏光方向と液晶の光学軸との関係であり、
液晶のスイッチングによりバックライトからの光をスイ
ッチし、コントラストが最大になるように配置するのが
好ましい。
【００６９】ここでは強誘電性液晶の例を示す。すなわ
ち、図３に示すように、双安定の一方の状態の遅相軸に
偏光板13の偏光方向を平行にし、偏光板14の偏光方向を
直交させる。このとき、偏光板13から出た光は遅相軸と
平行であるため、直線偏光は複屈折の影響を受けずに液
晶パネルを通過し、偏光板14に入射される。偏光板14で
は、偏光板13の偏光方向と同じ成分は透過できないの
で、この状態が黒レベルとなる。
【００７０】双安定の他方の状態にスイッチした場合、
ＣＳ−1014系では遅相軸が約45度回転するが、このとき
偏光板13を通過した光の偏光方向は液晶の遅相軸と一致
しないため、複屈折の影響をうけ、下記の式の関係にし
たがって、液晶中で直線偏光→楕円偏光→円偏光→楕円
偏光→直線偏光（90度回転）と偏光面を回転し、最終的
に偏光板14の偏光透過軸と一致し、偏光板14を通過し、
白状態となる。
【００７１】 Ｉ＝Ｉ0 ・sin2（２θ) ・sin2（π・Δn ・d/λ） Δn ＝n e −n o ここで Ｉ0 ：偏光板13を通過後の光の強度、 Ｉ：偏光板14を通過後の光の強度、 θ：コーン角（状態１と状態２の遅相軸のなす角）、 n e ：異常光の屈折率、 ｎo ：常光の屈折率、 Δn ：波長λでの複屈折率、 ｄ：セルギャップ（液晶層の厚さ）。
【００７２】この式に示されるように、θを連続的に制
御できればＩを連続的に変えることができる。すなわ
ち、階調表示が達成される。この方法に関しては、既に
単安定強誘電液晶として知られてはいる。しかし、米国
特許第 4,367,924号でクラークらが提案した表面安定化
型双安定強誘電性液晶素子では、その双安定性のため、
このθは２つの値しかとることが出来ず、そのため、白
と黒の２階調表示となり、このままでは階調性は達成さ
れない。
【００７３】１画素内階調方式（パルス電圧変調方
式）：そこで、本実施例では、上記した微粒子（カーボ
ンブラック）添加強誘電性液晶組成物を容したパネルを
図１（図２）に示したように構成し、次のようにして駆
動した。
【００７４】図４に示すように、それぞれのＹ方向の透
明電極２ｂに画素の表示を選択する電気信号、Ｘ方向の
透明電極２ａに表示する情報の内容、白もしくは黒、あ
るいは中間階調を表示するための電気信号を印加した。
【００７５】Ｙ方向に印加される選択電気信号の波形
は、次の通りであった。 １．選択パルスは正負対称な二パルスから構成される。
そのパルス電圧強度および高さは図10に示した液晶素子
のしきい値によって決定される。パルス幅は液晶の応答
速度で決定される。パルスの高さは黒表示をしている液
晶のモノドメインにスターライトテクスチャが出る電
圧：直交偏光板間の液晶セルの透過率変化（Ｔr ）と印
加電圧（Ｖ）との関係のＴr −Ｖカーブの電圧しきい値
Ｖthlow である。
【００７６】２．選択パルスの前に対称なリセットパル
スを設定する。リセットパルスの幅は選択パルスの２倍
であり、その高さは液晶を完全にスイッチングさせるた
めの電圧：Ｔr −ＶカーブにＶthhighにΔＶを足したも
のである。ΔＶは、後述する基板１ｂのＸ方向の電極に
印加される最大信号電圧とする。
【００７７】また、Ｘ方向に印加されるデータ用の電気
信号の波形は、次の通りであった。 １．信号電気信号は正負対称のパルス二つによって構成
される。パルス幅は選択信号の幅と等しくする。信号電
圧の高さＶS は表示する液晶のグレーレベルによって０
からＶthhigh−Ｖthlow の間で変化する。
【００７８】２．信号電圧パルスの極性は、選択パルス
の極性と逆になるように設定する。このことにより、デ
ィスプレイ上の（ｎ，ｍ）にある画素に印加される電圧
はＶS ＋Ｖthlow の和となり、Ｖthhigh−Ｖthlow の間
で変化する。
【００７９】図５には、上記した電圧を印加した時に得
られた液晶セルの透過率の変化を示している。ここで使
用したセルは、配向膜としてＳｉＯの蒸着方向が平行に
なるように作製された。セルギャップは 1.6μｍであっ
た（ギャップ測定は大塚電子（株）製のＭＳ−２０００
膜厚測定装置を使用した）。このセルでは、カーボン微
粒子：モーガルＬを 1.3重量％液晶中に添加した。液晶
セルは直交偏光板間に設置し、電圧を印加していないメ
モリ状態で液晶セルの透過率が最低になるように、セル
の方向を設定した。
【００８０】信号パルスの幅は 350μｓで、リセットパ
ルス幅はその２倍の 700μｓとした。しきい値電圧はこ
のセルでは34Ｖであったために、リセット電圧を35Ｖと
した。信号電圧は18Ｖから30Ｖの間に変化させ、セルの
透過率の変化を測定した。図５からわかるように、セル
の透過率は印加電圧18Ｖから28Ｖまでの範囲に連続的に
変化する。電圧強度を制御することで、液晶セルの透過
率を制御できることを示した。
【００８１】図６には、上記と同様に作製されたセルギ
ャップが 1.8μｍ、配向膜にＳｉＯの蒸着方向が反平行
になるように作製したセルの透過率−電圧の関係を示し
ている。ここでは、電界印加しないときにセルの透過率
が最大になるようにセル方向を設置した。
【００８２】波形として、信号パルス幅は 350μｓに
し、リセットパルス幅はその２倍の 700μｓであった。
リセットパルスの強度は35Ｖにした。透過率は信号電圧
25Ｖから30Ｖまでの間で測定した。上記と同様に、電圧
によって透過率を制御する可能性はここでも示されてい
る。
【００８３】上記の各データに基いて、カーボン微粒子
混合の強誘電性液晶を用いたセルの階調表示のマトリッ
クス駆動を行った。
【００８４】セルの作製は次のように行った。ガラス基
板はコーニング製の７０５９、サイズは52×52×0.7mm3
であった。電極は、スパッタリングによって作製したＩ
ＴＯを使用した。電極の形状は図１に示し、ＩＴＯの抵
抗は 100Ω/cm2であった。セルは、同様なガラス基板二
枚を用いて図１に示すように、両電極が直交するように
作製した。液晶配向膜はＳｉＯ斜方蒸着膜を使用した。
蒸着方向は反平行であった。セルギャップは 1.5μｍで
あった。また、カーボン微粒子はモーガルＬを使用し、
液晶に対する濃度は２重量％であった。使用した液晶は
チッソ石油化学（株）製のＣＳ−１０１４であった。
【００８５】図７に基板１ｂのＸ方向、図８に基板１ａ
のＹ方向の電極に印加される電圧波形をそれぞれ示して
いる。Ｙ方向の電極に印加される信号の構成は次のよう
にした。リセット電圧は24Ｖで選択電圧は20Ｖにした。
信号パルスの幅は 400μｓであった。リセットパルス幅
はその２倍の 800μｓにした。Ｘ方向の電極への印加電
圧は、パルス幅が信号電圧と同様 300μｓで、電圧の強
度は10Ｖから 2.5Ｖの間で変化させた。
【００８６】図９に印加波形によって表示される表示パ
ターンを示した。これによれば、良好な階調表示が実現
されていることがわかった。
【００８７】実施例２ 画素電極分割方式：画素電極分割方式としては、図15に
示すように、例えば１画素を３分割する場合に、分割し
た面積比を１：２：４とし、この３種の画素電極から構
成されるものを１画素とした。上述した双安定の強誘電
性液晶と組み合わせることによる各画素の明（１）、暗
（０）により、‘０００’→０、‘００１’→１、‘０
１０’→２、‘０１１’→３、‘１００’→４、‘１０
１’→５、‘１１０’→６、‘１１１’→７、となり、
８階調の階調数になることが分かる（図16参照）。
【００８８】電極の具体的な分割方法としては、例えば
公開特許公報 昭和63−229430に示されるように、垂直
走査電極と水平走査電極間に挟まれた液晶を画素として
駆動する場合に、水平走査電極を１画素の 1/2、 1/4、
…、1/2 n （ｎは整数）の面積を有するｎ個の微小電極
からなるようにしてもよい。
【００８９】なお、この画素電極分割方式では、図示省
略したが、画素電極の各分割部分にはそれぞれ、画素の
階調に応じたデータ信号を印加するための信号線が接続
され、所定の階調信号が印加される。また、データ信号
の印加された電極部分では、その印加電圧に応じた透過
率（スターライトテクスチャ構造によるもの）が得られ
る。
【００９０】本例による面積階調方法とスターライトテ
クスチャとを組み合わせた場合、分割した各画素電極へ
の書込み電圧の大きさにより各分割画素内で階調表示で
きるので、更に階調数を増やすことができる。
【００９１】例えば、図15の左側に示した如き電極構造
を用いた場合についての具体例を示す。ここでは、デー
タ電極として、各データ電極（透明電極（ＩＴＯ））を
４：２：１に分割した電極Ｄ1-a 、Ｄ1-b 、Ｄ1-c を用
い（図17参照）、その他は実施例１に示す方法によりセ
ルを組み、さらにカーボン超微粒子（モーガルＬ）を２
wt％添加した液晶を注入した。走査電圧波形は図７に示
したものを用い、データ電圧波形は基本的には図８に示
したものを用いた。
【００９２】分割したデータ電極に図８の電圧波形を印
加した場合、各分割電極ａ−ｂ−ｃ間での差がないの
で、図９に示されるものと同じ16階調が得られた。ここ
で、分割電極をその階調に応じ、選択してデータ信号を
印加（例えばｃのみ印加する等）すると、分割していな
い場合の各階調に対して各々８階調を与えるので、最小
画素面積の与える階調が最小の分解能となる。
【００９３】すなわち、（１／７）×（１／15）＝１／
105 の分解能となり、その結果、１画素で 106階調を示
すことが可能になった。更に、分割電極に印加する電圧
をａ、ｂ、ｃで変化させることも可能であるが、分解能
は同じであるために、最大階調数は 106階調であること
は容易に判る。なお、階調数を更に上げる方法は後記の
実施例６に示す。
【００９４】実施例３ タイムインテグレーション方式：タイムインテグレーシ
ョン方式としては、１フレーム又は１フィールド内で１
画素あたりにｎ回のラインアドレスを繰り返すことで、
１フレーム又は１フィールド内の明滅の頻度により時間
平均的に階調が得られ、ｍ回のラインアドレスのうちの
明暗の比率により階調数が規定され、その階調数は（ｍ
＋１）階調となる。
【００９５】これは、走査電極とデータ電極の交点に挟
まれる１画素の液晶のスイッチを考えると、図18に示す
ように、たとえば３回のラインアドレスの繰り返しによ
り４階調の階調数が得られる。この階調は、スターライ
トテクスチャにより、印加パルス電圧に応じて制御可能
である。
【００９６】ここで、本例において、実施例１に用いた
スターライトテクスチャを示す16×16のマトリックスパ
ネルを用いると、各画素当たり１回のラインアドレスで
16階調のレベルを得ることができるので、３回のライン
アドレスにより（１／15）×（１／３）＝１／45の分解
能、即ち46階調を得ることができる（図19参照）。この
具体的な駆動波形を図20、図21に示す。さらに、この駆
動波形を用いた16×16マトリックスパネルの表示を図22
に示す。このように、16階調を越える階調表現を示し
た。
【００９７】実施例４ １画素電極分割方式とタイムインテグレーション方式と
の組み合わせによる階調制御方式：上記した面積階調方
式において階調性が十分でないことがあり、また、上記
したタイムインテグレーション方式においては時間平均
のためにレベル１とレベル２では平均的明るさが区別し
難い組み合わせが重複し、その階調性増加効果が十分に
発揮されないとか、タイムインテグレーションを行うに
は液晶応答速度をかなり高速にする必要があるが、応答
速度を速くしてもその効果が少ないことがある。
【００９８】そこで、本実施例では、上記した面積階調
方式とタイムインテグレーション方式とを次に述べるよ
うにして組み合わせ、例えば最適な組み合わせで27階調
まで拡大することができた。
【００９９】１フィールド内で１回のアドレッシング
（データ書込み）を行うと、階調を得るためには画素の
分割比を１：２：４：……：２n とすれば良いが、１フ
ィールド内で２回以上のアドレッシング（データ書込
み）を行うと、この分割比では十分に有効な階調数の増
加につながらないことがわかった。すなわち、図23に示
すように、明るさレベルの組み合わせの重複度が増大
し、高々15階調となってしまう。
【０１００】ところが、図24に示すように、電極分割の
面積比を３n の比に採ると、画素の階調レベルは８階調
となり、線形的ではないが、タイムインテグレーション
法を用いて１フィールドあたり２回の書換えを行うこと
により、図23で見られた重複度は低下し、図25に示すよ
うに３n ＝27階調の線形的な階調性を得ることができ
る。
【０１０１】この電極分割数とタイムインテグレーショ
ンの回数とが与えられた場合の最適な画素電極面積比を
求めたものが下記の表１である。ここでのアドレッシン
グ回数は１フィールド内或いは１フレーム内でのものを
示す。
【０１０２】
【表１】 表１
【０１０３】これによれば、面積階調とタイムインテグ
レーションとを組み合わせる場合、最大の階調数が得ら
れる場合が存在する。すなわち、１フィールド内或いは
１フレーム内のアドレッシング（データ書込み）回数が
ｍ回で、画素構成電極分割数がｎ個の画素に分割した場
合の画素構成電極の面積比は１：（ｍ＋１）：（ｍ＋
１)2：……：（ｍ＋１）n-1 となる。従って、（ｍ＋
１）n-1 の比（ｎは正の整数）になるように画素構成電
極の面積比を設定することにより、（ｍ＋１）n レベル
の階調数を得ることができる（後記の実施例７参照）。
【０１０４】実施例５ １画素内階調方式とタイムインテグレーション方式との
組み合わせによる階調制御方式：この実施例では、上記
した１画素内階調方式（パルス電圧変調方式）と上記し
たタイムインテグレーション方式とを組み合わせてい
る。この場合、１画素をスターライトテクスチャ組織の
ような、電圧変調による超微細な白黒の割合の制御によ
り透過率の制御を行うものにおいて、従来の面積階調の
面積比に対応した透過率レベルを用いることにより、下
記の表２に示すような階調法が達成できる。
【０１０５】すなわち、上記の表１の画素構成電極分割
数を１画素の階調数を規定するｎ、画素構成電極面積比
を透過率比と読み変えることにより、その組み合わせを
表すことができる。
【０１０６】換言すれば、アドレッシング回数ｍと１画
素内の階調数を規定するｎを決めれば、透過率比の制御
を１：……：（ｍ＋１）n-1 とすることにより、画素電
極を分割しなくても表２に示すように階調が達成される
ことが分かる。
【０１０７】
【表２】 表２（Ａ）
【０１０８】
【表３】 表２（Ｂ）
【０１０９】なお、この階調表示法において、従来の強
誘電性液晶材料（図30の特性のもの）を注入した場合に
は、しきい値が急峻なため、画素内階調が白黒の２階調
となり、表２（Ａ）のｎ＝１に相当し、アドレッシング
回数１回で２階調、２回のアドレッシングで３階調、３
回のアドレッシングで４階調となり、一定の階調性は得
られる。
【０１１０】実施例６ １画素内階調方式と画素電極分割方式との組み合わせに
よる階調制御方式：この組み合わせについては、１電極
内でパルス電圧変調による階調を持った画素の画素面積
を変えた画素から構成される組み合わせになる。
【０１１１】即ち、上記の表１のアドレッシング回数を
１電極内での階調数に読み換えることにより、下記の表
３に示すような階調が達成されることがわかる。例え
ば、スターライト組織を用いて１画素内で16階調での制
御を行う場合、画素電極２分割で２５６階調、画素電極
３分割で４０９６階調を実現できることになる。駆動制
御のマージンを考慮し、１画素内で１０階調での制御を
行う場合、画素電極２分割で１００階調、画素電極３分
割で１０００階調を実現できることになる。
【０１１２】さらに、駆動マージンを設け、１画素内で
８階調での制御を行う場合、画素電極を８：１の面積比
に２分割すると、６４階調（図26にその一部を示す）、
さらに画素電極３分割で５１２階調を実現できることに
なる。さらに、駆動マージンを設け、１画素内で６階調
での制御を行う場合、画素電極２分割で３６階調、画素
電極３分割で２１６階調を実現できることになる。
【０１１３】すなわち、１画素内階調数をｌとし、画素
構成電極分割数をｎとする時、画素構成電極面積比をｌ
n-1 とすることにより、アドレッシング回数が１回でも
階調数ｌn を得ることができる。
【０１１４】
【表４】 表３
【０１１５】なお、この階調表示法において、従来の強
誘電性液晶（図30の特性のもの）を注入した場合には、
表３の１画素内階調数ｌ＝２に相当するため、２分割画
素で４階調、３分割で８階調、４分割で16階調となり、
一定の階調性は得られる。
【０１１６】実施例７ １画素内階調方式とタイムインテグレーション方式と画
素電極分割方式との組み合わせによる階調制御方式：こ
の組み合わせについは、実施例６で述べた階調数の増加
と、実施例４及び５で述べたタイムインテグレーション
による階調数の増加とが得られる（下記の表４参照）。
【０１１７】すなわち、実施例６で示したような画素内
階調と画素電極分割との組み合わせでの階調と、タイム
インテグレーションとの組み合わせを考えればよい。例
えば、１画素内の階調を８階調、電極分割数を３とすれ
ば、上記の表３から５１２階調の線形的階調性を与え
る。線形的な階調性≧（ｍ＋１）n-1 ＋１を与える最大
整数ｎはｎ＝６となり、この時、アドレッシング回数２
回のときは階調数は３6＝７２９階調となる。
【０１１８】また、１画素内の階調を８階調、電極分割
数を２とすれば、上記の表３から６４階調の線形的階調
性を与える。従って、線形的な階調性≧（ｍ＋１）n-1
＋１を与える最大整数ｎはｎ＝４となり、この時、アド
レッシング回数２回のときは階調数は３4 ＝８１階調、
アドレッシング回数３回のときは、階調数は４4 ＝２５
６階調を達成することができる。
【０１１９】
【表５】 表４
【０１２０】なお、この階調表示法において、従来の強
誘電性液晶（図30の特性のもの）を注入した場合には、
しきい値が急峻なため、画素内階調が白黒の２階調とな
り、表４のｎは画素電極分割数に相当し、例えば画素電
極３分割（ｎ＝３）において、アドレッシング回数１回
で８階調、２回のアドレッシングで27階調、３回のアド
レッシングで64階調となり、一定の階調性は得られる。
【０１２１】実施例８ 上記の階調制御法を組み合わせたパッシブマトリックス
液晶ディスプレイの画素に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラーフィ
ルタを組み合わせることによりカラー表示素子が達成で
きた。
【０１２２】実施例９ 上記の階調制御法を組み合わせたパッシブマトリックス
液晶ディスプレイであって、カラーフィルタのないパネ
ルで、１フィールド内あるいは１フレーム内でＲ、Ｇ、
Ｂのバックライトを各１回以上切り替え、各Ｒ、Ｇ、Ｂ
に対応した階調を選択することにより、容易にフルカラ
ー表示素子が達成できた。
【０１２３】比較例１ 記述した特開平３−276126号公報に示された内容に基い
て、以下のようにしてＦＬＣディスプレイを作製した。
【０１２４】長さ40mm、幅25mmで３mmの厚みをもつＩＴ
Ｏ透明電極付きガラス（ＩＴＯ面抵抗＝100 Ω/cm2、膜
厚 500Å）に日本合成ゴム社製のポリイミドＪＡＬＳ−
２４６を 500Åの厚みでスピンコートした。スピンコー
トの条件は、 300rpm ３秒、3000rpm 30秒であった。こ
のポリイミドをコートしたガラス基板を、レイヨン布を
ローラに巻き付け固定したラビング装置を用いて、毛の
押し込み深さを0.15mm、ローラの回転速度を 94rpm、ス
テージの送り速度を５cm／分とし、３回のラビングを行
った。
【０１２５】そして、その基板上に 0.5μｍの粒径のア
ルミナを、ソノコム社製のスペーサ散布機を用いて、１
mm2 中に散布密度として 300個となるように散布した
（これは、それ以上の散布濃度にするためには、アルミ
ナの微粒子が凝集を起こしてしまうためである）。この
基板上にさらに、２μｍのスペーサを同じ散布機を用い
て散布した。この散布密度は、25個／mm2 とした。
【０１２６】ここで、他方のガラス基板において、三井
東圧社製のストラクトボンドをシール剤として用いて、
基板の周辺部にスクリーン印刷機を用いて塗布した。そ
して、両者の基板を位置合わせした後、貼り合わせギャ
ップが 1.7μｍに均一にとれるまで、均一に圧力を加え
た。その際、配向方向は、平行及び反平行の両方を作製
した。その圧力は、１kg/cm2であった。その貼り合わせ
状態のまま、セルを温風式ヒータに入れ、 180℃に２時
間置いて、シール剤を硬化させた。その後、ギャップを
大塚電子社製のセルギャップ測定装置を用いて測定する
と、 1.7μｍ±0.1 μｍにセル全体にわたってギャップ
がコントロールされていることを確認した。
【０１２７】次に、このセルにメルク（株）製の強誘電
性液晶組成物：ＺＬＩ−３７７５を80℃で真空脱気後、
アイソトロピック温度領域である 110℃に昇温し、真空
中で注入した。この過程は、 1.5時間を要した。このセ
ルを室温に徐冷した後、直交した偏光板の間にはさみ、
顕微鏡下でその液晶分子配向性、および電気光学特性を
測定した。
【０１２８】１）液晶分子配向について： 平行配向セル：図27に示すように、スペーサのまわりが
全体を黒の状態にしても、光もれを起こしており、その
ことがセルのコントラストを低下させる主因となる黒レ
ベルの低下を引き起こしていた。
【０１２９】また、強誘電性液晶は、複屈折モードでの
表示であるために、セルギャップは極めて均一に最適な
厚みにコントロールされなければならない。しかしなが
ら、0.5μｍのアルミナを散布した近傍部分では、これ
がスペーサとして作用し、最適のセルギャップから大き
くずれてしまうために、色ムラが顕著に観測された。こ
のことは、いうまでもなく表示品位を大きく低下させ
る。このことは、スペーサが可視光の波長に対して、十
分な大きさをもつことによると考えられる。スペーサ散
布密度をいたずらに増すことは、スペーサの周りの光も
れにより、コントラストを低下してしまい、やはり好ま
しくない。
【０１３０】しかしながら、本発明に基づくスターライ
トテクスチャ構造は、上述した超微粒子の分散によるも
のであるから、光もれが低減し、また液晶の配向も乱す
ことはなく、誘電率分布による実効電界分布を効果的に
生ぜしめることができる。
【０１３１】反平行配向セル：液晶分子の配向テクスチ
ャとしては、配向処理方向にμｍオーダーの細かな縞が
観測された。スペーサのまわりが全体を黒の状態にして
も、光もれを起こしており、そのことがセルのコントラ
ストを低下させる主因となる黒レベルの低下を引き起こ
している。また、スペーサの周りには、多くの欠陥が見
られ、そのことが光もれの大きな原因であると考えられ
る。
【０１３２】２）電気光学効果について： 平行配向セル：パルス幅１ｍ秒で電圧が30Ｖのリセット
パルスをバイポーラで印加後、信号パルスとして、パル
ス幅１ｍ秒で、１Ｖから30Ｖまで電圧を変化させ、その
ときの透過率変化が通常の双安定モードの強誘電性液晶
と異なるかどうかを調べた。
【０１３３】この結果、電圧を変化させて加えていく
と、スペーサの上の部分から液晶分子が動きはじめてい
くようには、顕微鏡下では見えず、スペーサの上の部分
では、液晶の分子配向は乱れており、決してユニフォー
ムではない（全体が黒ならば、輝点として観測され、全
体が白ならば、黒い点として観測される。いずれの場合
にも、コントラストを低下させる：図27参照）。
【０１３４】また、肝心の反転のスイッチングである
が、スペーサ部分（及びその近傍）から反転が起こるこ
ともあり、また、他の部分から反転スイッチングがはじ
まることも観測された。即ち、必ずしも、スペーサ部分
及びその近傍部分から反転スイッチングが起こるとは限
らない。
【０１３５】更に、重要なことは、反転が起きてドメイ
ンが広がるが、その広がりがしきい値電圧幅をもつなら
ば、スイッチング電圧幅をもたなければならない。しか
し、結果的には、しきい値電圧の幅の広がりは、従来系
に比較して殆ど見られなかった。即ち、この系でのしき
い値電圧幅は、１Ｖであった。また、電圧をＤＣ的に変
化させて、そのスイッチングのドメインの変化を検討し
た結果、典型的なボート型ドメインであり、また、セル
の端の部分にジグザグ欠陥が散見されたことから、層構
造としては、 chevron構造であることが確認された。セ
ル全体のスイッチング特性としては、反転がスペーサ部
分及びその近傍から起きる場合もあるということであっ
て、通常のセルと同様のスイッチング特性であった。従
って、一画素内階調表示というレベルのものでは、到底
ありえないものであった。
【０１３６】反平行配向セル：パルス幅１ｍ秒で電圧が
30Ｖのリセットパルスをバイポーラで印加後、信号パル
スとして、パルス幅１ｍ秒で、１Ｖから30Ｖまで電圧を
変化させ、そのときの透過率変化が通常の双安定モード
の強誘電性液晶と異なるかどうかを調べた。
【０１３７】この結果、電圧を変化させて加えていく
と、スペーサの上の部分から液晶分子が動きはじめてい
くようには、顕微鏡下では見えず、μｍオーダーの細か
な、ラビング処理方向に出現した縞に沿って、スイッチ
ングが起こっていることが明らかになった。ここでも、
スペーサの上の部分では、液晶の分子配向は乱れてお
り、決してユニフォームではない（図27参照）。
【０１３８】次に検討したものとして、スペーサの散布
密度を変化させてその影響を検討した。その結果、スペ
ーサの散布密度が０〜500 個／１mm2 のセルでは、セル
全体としてのスイッチング特性は、上に述べた 300個／
１mm2 の場合と同様であることが、実験によって確認さ
れた。
【０１３９】次に、セルギャップの変化として、平行配
向の場合には 1.8μｍ、 1.5μｍの中心値を持つもの
（いずれの場合も、±0.1 μｍの間にセルギャップはコ
ントロールしてある。）でも、全く同様のデバイス特性
を示した。また、反平行セルにおいても、 1.5μｍ、
1.8μｍの中心値を持つものをさらに検討したが、結果
は全く同様であった。
【０１４０】以上をまとめると、本検討により、特開平
３−276126号のディスプレイは、その実施例に忠実に追
試実験を行った結果、階調表示技術として、同公報に述
べられているような効果は得られず、実用的な技術では
ないことが判明した。
【０１４１】以上、本発明を実施例について説明した
が、上述した実施例は本発明の技術的思想に基いて更に
変形が可能である。
【０１４２】例えば、上述した駆動方法のうち、１画素
内階調をパルス電圧の変調以外にも、パルス幅の変調、
或いはこれら両者の組み合わせによっても実現すること
ができる。また、タイムインテグレーションにおけるア
ドレッシングのタイミングや画素電極の分割数、分割形
状等は様々に変化させてよい。
【０１４３】また、液晶の種類をはじめ、液晶素子の各
構成部分の材質、構造、形状、組み立て方法、更には微
細なマイクロドメインの形成に用いる超微粒子の物性、
種類等は種々の変更することができる。また、超微粒子
の添加方法も変更してよいし、その分布位置は液晶中の
みならず、配向膜上、或いは配向膜中であってもよい。
また、マイクロドメインを形成するのに、上述以外の方
法、例えばテトラチアフルバレン−テトラシアノキノジ
メタン錯体等の電荷移動錯体の積層等も可能である。
【０１４４】なお、上述した実施例では、表示素子に好
適な液晶素子について説明したが、表示素子では特に階
調性（中間調）を実現できる点で好ましいものである。
しかし、本発明は、表示素子に限らず、液晶素子をフィ
ルタやシャッタ、ＯＡ機器のディスプレイ画面、スクリ
ーンや、ウォブリング用の位相制御素子等にも適用可能
である。これらのいずれも、上述したしきい値電圧幅に
よって駆動電圧に応じた透過率又はコントラスト比を示
すことを利用して、従来にはない性能を得ることができ
る。
【０１４５】
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、一対の基体
間に液晶が配されている液晶素子において、前記液晶を
スイッチングするためのしきい値電圧の異なる領域が微
細に分布していることを特徴とする液晶素子としている
ので、特に、一つの画素内において、しきい値電圧（Ｖ
th）の異なる微細な領域（マイクロドメイン）の発現に
より、印加電圧の大きさに応じてマイクロドメインの透
過率が比較的緩やかに変化することになる。そして、１
つのドメイン内では、液晶分子が双安定であるとメモリ
機能を有し、フリッカーフリーな静止画像が実現でき、
しきい値電圧の異なるμｍオーダのドメインから一画素
が形成されていることから、高コントラストでアナログ
的な連続階調表示が可能となる。
【０１４６】また、こうした液晶素子、特にパッシブマ
トリックス駆動が可能な液晶ディスプレイにおいて、上
述した各駆動方法（パルス電圧及び／又はパルス幅変調
方式、画素電極分割方式又はタイムインテグレーション
方式）を適用することによって、階調性を一層向上させ
ることができ、かつ、大面積の液晶表示素子を低コスト
に実現し、そのフルカラービデオレートでの駆動も可能
にするものである。また、上記の各駆動方式を組み合わ
せるときは、上述のしきい値電圧の異なる微細領域を有
していなくても、階調性を同様に発現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく液晶表示素子の概略平面図及び
断面図である。
【図２】同液晶表示素子の使用時の概略断面図である。
【図３】同液晶表示素子の液晶の分子と偏光板との関係
を示す概略図である。
【図４】同液晶表示素子の走査波形図及び信号波形図で
ある。
【図５】同液晶表示素子の一例での印加電圧と透過率と
の関係を示す特性図である。
【図６】同液晶表示素子の他の例での印加電圧と透過率
との関係を示す特性図である。
【図７】具体的な走査波形図である。
【図８】具体的な信号波形図である。
【図９】同波形によって得られた表示パターン図であ
る。
【図10】同液晶表示素子のしきい値電圧特性を示す透過
率−印加電圧特性図である。
【図11】同液晶表示素子のスイッチング時の透過率の変
化を説明するための概略図（Ａ）であり、同図（Ｂ）は
階調性のない場合の同様の概略図である。
【図12】同液晶表示素子の基本構造の概略断面図であ
る。
【図13】同液晶表示素子の液晶中での実効電界を説明す
るための概略図である。
【図14】同液晶表示素子の基本構造を説明するための概
略断面図である。
【図15】同液晶表示素子における画素電極の分割状態を
示す概略拡大平面図である。
【図16】同画素電極の分割による階調性を示す概略平面
図である。
【図17】同画素電極の分割パターンを示す概略平面図で
ある。
【図18】タイムインテグレーション法による階調性を説
明するための概略図である。
【図19】同タイムインテグレーションとスターライトテ
クスチャの組み合わせ例による階調性を示す概略平面図
である。
【図20】同組み合わせ例における具体的な走査波形図で
ある。
【図21】同組み合わせ例における具体的なデータ電圧
（信号）波形図である。
【図22】同組み合わせ例によって得られた表示パターン
図である。
【図23】画素電極の分割による階調性の具体例の概略図
である。
【図24】同画素電極の他の分割方法による階調性を示す
概略平面図である。
【図25】同分割方法とタイムインテグレーション法との
組み合わせによる階調性の具体例の概略図である。
【図26】同画素電極の画素内変調方式（パルス電圧変調
方式）と同分割方法との組み合わせによる階調性を示す
概略平面図である。
【図27】比較例による液晶表示素子の透過状態を説明す
るための概略図である。
【図28】従来の液晶表示素子の概略断面図である。
【図29】強誘電性液晶のモデル図である。
【図30】従来の液晶表示素子のしきい値電圧特性を示す
透過率−印加電圧特性図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ・・・基板 ２ａ、２ｂ・・・透明電極層 ３ａ、３ｂ・・・ＳｉＯ斜方蒸着層 ４・・・スペーサ ５・・・液晶 ６・・・シール剤 10・・・超微粒子 Ｖth・・・しきい値電圧 ＭＤ・・・マイクロドメイン Ｄ・・・ドメイン Ｅeff ・・・実効電界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楊 映保 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の基体間に液晶が配され、この液晶
    をスイッチングするためのしきい値電圧の異なる領域が
    微細に分布している液晶素子をマトリックス駆動によっ
    て駆動するに際し、アドレッシング信号を走査電極に印
    加するのと同期して、画素の階調に対応してパルス電圧
    及び／又はパルス幅を変調したデータ信号をデータ電極
    に印加する、液晶素子の駆動方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した液晶素子のマトリッ
    クス駆動に際し、１画素を構成するデータ電極を互いに
    異なる面積の複数部分に分割し、アドレッシング信号を
    走査電極に印加するのと同期して、画素の階調に対応し
    たデータ信号の組み合わせを前記の分割された複数のデ
    ータ電極部分に印加する、液晶素子の駆動方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載した液晶素子のマトリッ
    クス駆動に際し、画素の階調に対応して、１フレーム又
    は１フィールド内で１画素当たりに複数回のラインアド
    レッシングを繰り返す、液晶素子の駆動方法。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載した駆動方法と、請求項
    ３に記載した駆動方法とを組み合わせる、液晶素子の駆
    動方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載した駆動方法において、
    １画素を構成するデータ電極の分割数をｎとし、１フレ
    ーム又は１フィールド内での１画素当たりのラインアド
    レッシング回数をｍとしたとき、前記データ電極の分割
    部分の面積比を１：（ｍ＋１）：・・・：（ｍ＋１）
    n-2 ：（ｍ＋１）n-1 とする、液晶素子の駆動方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載した駆動方法と、請求項
    ３に記載した駆動方法とを組み合わせる、液晶素子の駆
    動方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載した駆動方法において、
    １画素の線形的な階調数≧（ｍ＋１）n-1 ＋１を与える
    最大整数ｎ又は１画素の非線形的な階調数≧ｎ＋１を与
    える最大整数ｎと、１フレーム又は１フィールド内での
    １画素当たりのラインアドレッシング回数ｍとを組み合
    わせ、１画素の透過率比を１：（ｍ＋１）：・・・：
    （ｍ＋１）n-2 ：（ｍ＋１）n-1 とする、液晶素子の駆
    動方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載した駆動方法と、請求項
    ２に記載した駆動方法とを組み合わせる、液晶素子の駆
    動方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載した駆動方法において、
    階調したデータ信号による１画素の階調数ｌと、１画素
    を構成するデータ電極の分割数ｎとを組み合わせ、この
    データ電極の分割部分の面積比を１：ｌ：・・・：ｌ
    n-2 ：ｌn-1 とする、液晶素子の駆動方法。
  10. 【請求項10】 請求項１に記載した駆動方法と、請求項
    ２に記載した駆動方法と、請求項３に記載した駆動方法
    とを組み合わせる、液晶素子の駆動方法。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載した駆動方法において、
    変調したデータ信号と１画素を構成するデータ電極の分
    割との組み合わせで得られる１画素の線形的な階調数≧
    （ｍ＋１）n-1 ＋１を与える最大整数ｎ又は１画素の非
    線形的な階調数≧ｎ＋１を与える最大整数ｎと、１フレ
    ーム又は１フィールド内での１画素当たりのラインアド
    レッシング回数ｍとを組み合わせ、１画素の透過率比を
    １：（ｍ＋１）：・・・：（ｍ＋１）n-2 ：（ｍ＋１）
    n-1 とする、液晶素子の駆動方法。
  12. 【請求項12】 パッシブマトリックス液晶ディスプレイ
    の画素にカラーフィルタを組み合わせる、請求項１〜11
    のいずれか１項に記載した駆動方法。
  13. 【請求項13】 パッシブマトリックス液晶ディスプレイ
    に対して、１フレーム又は１フィールド内で各色のバッ
    クライトをそれぞれ少なくとも１回切り替え、各色に対
    応した階調を選択する、請求項１〜11のいずれか１項に
    記載した駆動方法。
  14. 【請求項14】 透明電極及び配向膜をこの順に設けた一
    対の基板が所定の間隙を置いて対向配置され、前記間隙
    内に強誘電性液晶が注入されている液晶素子であって、
    反転ドメインによる透過率が25％であるときに２μｍφ
    以上の大きさのドメインが１mm2 の視野の中に 300個以
    上存在し、かつ、そのドメイン内でのしきい値電圧幅が
    透過率10〜90％の範囲で２ボルト以上であり、これによ
    って階調表示を行えるように構成した液晶素子をマトリ
    ックス駆動する、請求項１〜13のいずれか１項に記載し
    た駆動方法。
  15. 【請求項15】 請求項１に記載した液晶素子以外の液晶
    素子を使用する、請求項４〜13のいずれか１項に記載し
    た、液晶素子の駆動方法。
  16. 【請求項16】 請求項１〜15のいずれか１項に記載した
    駆動方法によって駆動されるように構成した液晶素子。
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