JPH0784262A

JPH0784262A - 強誘電性液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0784262A
Application number: JP22858893A
Authority: JP
Inventors: Akira Tagawa; 晶田川; Hitoshi Takeda; 均竹田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】片安定なＣ１ユニフォーム配向を得て、高コ
ントラストの強誘電性液晶表示装置を得る。【構成】一対の基板間に強誘電性液晶を挟持して電圧
無印加時に上記強誘電性液晶に交流電圧を印加し、該交
流電圧の波高値を制御することにより階調表示を得る強
誘電性液晶表示装置において、上記一対の基板のうち少
なくとも一方の基板上に絶縁層が形成される構成によ
る。【効果】強い片安定なＣ１ユニフォーム配向が得られ
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
関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電性液
晶表示装置および、これを薄膜トランジスタ等のアクテ
ィブ素子を用いて駆動する強誘電性液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示装置は時計、電卓はもと
より、ワープロ、パソコンなどのＯＡ機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマティック相を
利用したものである。

【０００３】ネマティック相を用いた液晶表示装置とし
ては、ツィストネマティック型（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅ
ｍａｔｉｃ、ＴＮ型）液晶表示装置、スーパーツイステ
ッド型（ＳｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎ
ｇｅｎｃｅＥｆｆｅｃｔ、ＳＢＥ型）液晶表示装置な
どがある。

【０００４】しかしながら、ツイステッドネマティック
（ＴＮ）型液晶表示装置では、走査線数の増加とともに
駆動マージンが狭くなり、十分なコントラストが得られ
なくなるという欠点が存在するため、大容量の表示装置
を作ることは困難である。このＴＮ型液晶表示装置を改
良するためスーパーツイステッドネマティック（ＳＴ
Ｎ）型液晶表示装置、ダブルレイヤースーパーツイステ
ッドネマティック（ＤＳＴＮ）型液晶表示装置が開発さ
れているが、ライン数の増加と共にコントラスト、応答
速度が低下するので、現状では８００×１０２４ライン
程度の表示容量が限界である。加えて、ＴＮ型、ＳＴＮ
型、ＤＳＴＮ型などのネマティック相を利用した液晶表
示装置は視野角が狭いという大きな欠点を有している。
また、コントラスト、応答速度とも十分に良い値は得ら
れない。

【０００５】一方、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示
装置も開発され、１０００×１０００ライン等の大容量
表示が可能となり、高いコントラストが得られるように
なったが、通常はＴＮ液晶を組み合わせるため、視野
角、応答速度の点で問題が残っていた。

【０００６】そこで、このようなネマティック液晶を用
いる液晶表示装置を改良する装置として、１９８０年に
クラーク（Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ）とラガバル（Ｓ．Ｔ．
Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）によって、カイラルスメクティッ
クＣ液晶、すなわち強誘電性液晶を用いた液晶表示装置
が提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報；
米国特許第４３６７９２４号）。この液晶表示装置は、
液晶分子の誘電異方性を利用する電界効果を用いた前記
の液晶表示装置とは異なり、強誘電性液晶の自発分極の
極性と電界の極性とを整合させる回転力を用いた構成の
液晶表示装置である。この液晶装置の特徴としては、双
安定性、メモリ性、高速応答性などを挙げることができ
る。すなわち、強誘電性液晶をギャップを薄くしたセル
に注入すると、界面の影響を受けて強誘電性液晶の螺旋
構造がほどけ、図１（ａ）に示すように分極の向き１５
（紙面に対し垂直方向）を有する液晶分子１８がスメク
ティック層法線１７に対して傾き角＋θ１９だけ傾いて
安定する領域と、逆方向に傾き角−θ２０だけ傾いて安
定する領域とが混在し、双安定性を有する。このセル内
の強誘電性液晶に対して電圧１６（紙面に対し垂直方
向）を印加することによって、図１（ｂ）に示すように
液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃えることがで
きる。また、印加する電圧の極性を切り替えることによ
って図１（ｃ）に示すように液晶分子の配向を図１
（ｂ）とは逆方向に揃えることができる。このスイッチ
ング駆動に伴い、セル内の強誘電性液晶では、複屈折光
が変化するので２つの偏光子間に上記セルを挟むことに
よって、透過光を制御することができる。さらに、図１
（ｄ）に示すように、電圧の印加を停止しても液晶分子
の配向は界面の配向規制力によって電圧印加停止前の状
態に維持されるので、メモリ効果も得ることができる。
また、スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自発分
極と電界が直接作用するために、ＴＮ型液晶表示装置の
１／１０００以下という高速応答性をもち、それにより
高速表示が可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強誘電
性液晶を用いた表示装置は高速表示が可能であるという
利点をもつが、解決しなければならない問題点も多数存
在する。その代表的なものは、クラーク・ラガバル型表
示装置は、双安定性をもつため階調表示が困難であると
いう点である。クラーク・ラガバル型表示装置におい
て、階調表示には種々の方法が提案されているが、有望
な方法の１つとして特開平３−２４２６２４特開平３−２４３９１５森、他、第１６回液晶討論会、３Ｋ１１１（１９９
０）．豊田、他、第１６回液晶討論会、３Ｋ１１２（１９９
０）．松居、他、第１７回液晶討論会、３Ｆ３０１（１９９
１）．Ｋ.Ｎｉto et al.,Ｐroc.ＩＲＤＣ．１７９（１９９
１）．などで開示されている手法がある。

【０００８】これらは片安定のクラーク・ラガバル型セ
ルに交流電圧を印加し、その電圧の大きさに応じて液晶
分子の分子軸方向を一義的に変化させることによって中
間調表示を行う方法である。図２に、このモードの原理
を示す。電圧を印加しないときに分子は１０１の位置に
存在し、これに電圧をかけるとその極性に応じて分子は
右又は左に動く。充分に高い電圧を印加すると分子は１
０２または１０３の位置まで動くがそれ以下の電圧の場
合には中間的な位置で分子がとどまる。そこで、例え
ば、１０１の位置に片方の偏光板の偏光軸を合わせ、も
う一方の偏光板の偏光軸をこれと直交に合わせれば中間
調表示が得られる。なお、ここで断っておかなくてはな
らないが、図２はこのモードを理解するために簡略化し
た図であり、実際の強誘電性液晶セルにおいては液晶分
子の分子軸方向は基板の上面から下面まで一様ではな
く、捩れていることを述べておかなくてはならない。図
３は印加電圧とチルト角の関係、図４は印加電圧と透過
光量の関係であり、中間調表示が行えることがわかる。
なお、これまで開示されている技術によれば、片安定の
強誘電性液晶を用いることが述べられているが、片安定
でも双安定でもいずれの場合も中間調表示が可能であ
る。しかしながら、双安定の場合は、電圧無印加時にど
ちらの安定状態に戻るかを制御しなければならず、駆動
方法が繁雑となるため、片安定であることが望ましい。
また、電圧無印加時を最暗状態とするため、この片安定
状態は、消光位を持つユニフォーム配向であることが望
ましい。

【０００９】しかしながら、電圧無印加時に、欠陥の無
い一様なユニフォーム配向を実現し、かつ、十分な片安
定性を実現することは、極めて困難であるのが現状であ
る。一般に、一対の基板間で、配向処理や配向膜種を変
えることにより片安定が得られることが知られている。
しかし、必ずしも、このような非対称性により十分な片
安定性を得られる訳ではない。材料や配向状態によって
は、非対称性によっても片安定性を得ることができず、
場合によっては、より強い双安定性を示す場合すらあ
る。また、仮に片安定が得られたとしても、十分な片安
定性でないことも多い。表示装置においては、表示状態
から暗状態へのスイッチングは、電圧ＯＦＦにより得ら
れる。すなわち、明から暗への応答は、片安定状態への
分子の緩和によるので、応答速度の面から非常に強い片
安定性が必要となる。

【００１０】また、松居、他、第１７回液晶討論会、
３Ｆ３０１（１９９１）．Ｋ．Ｎito et al.,Ｐroc.ＩＤＲＣ,１７９（１９９
１）．においては、アンチパラレルラビングセルを用いて片安
定を得ているが、一般に、アンチパラレルラビングは欠
陥の無い一様な配向が得られにくい。

【００１１】また、特開平３−２４２６２４特開平３−２４３９１５においては、Ｉｓｏ（等方性液体）−Ｃｈ（コレステリ
ック相）−Ｓｃ＊（カイラルスメクティックＣ相）とい
う相系列（ＩＮＣ相系列）を持つ強誘電性液晶材料を用
いたり、アンチパラレルラビングセルを用いている。し
かしながら、ＩＮＣ相系列を示す強誘電性液晶材料は、
スメティック層法線が揃いにくく良配向を得にくい。ま
た、アンチパラレルラビングは、上述したように欠陥の
無い一様な配向が得られにくい。

【００１２】本発明はこのような状況下でなされたもの
であり、絶縁層を片方の基板上にのみ形成し、配向制御
層をパラレルラビング又は片側ラビング処理することに
より、ＳｍＣ＊相において層構造が「く」の字に折れ曲
がる配向のうち、Ｃ１配向を一様に得て、かつ強い片安
定を実現するものである。本発明を用いることにより、
コントラストの点から特に望ましいＣ１ユニフォーム配
向が得られる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
強誘電性液晶装置は、一対の基板間に強誘電性液晶を挟
持して電圧無印加時の上記強誘電性液晶の安定状態が１
つであり、上記強誘電性液晶に交流電圧を印加し、該交
流電圧の波高値を制御することにより階調表示を得る強
誘電性液晶表示装置において、上記一対の基板のうち一
方の基板上にのみ絶縁層が形成され、上記一対の基板の
うち少なくとも一方の基板上に配向制御層が形成され、
上記一対の基板の少なくとも一方にラビング処理が施さ
れ、上記強誘電性液晶のカイラルスメクティックＣ相に
おける配向がＣ１ユニホーム配向であることを特徴とす
る。

【００１４】また、請求項２に係る本発明は、上記一対
の基板のうち片方の基板上に画素電極をマトリクス状に
配置すると共に、上記画素電極に対応して駆動する電極
群と信号電極とアクティブ素子とを設け、他方基板に対
向電極を備え、アクティブマトリクス駆動することを特
徴とする。

【００１５】また、請求項３に係る本発明は、上記一対
の基板のうち片方の基板が単結晶シリコンを構成要素と
して含んでおり、他方の基板が透明基板であることを特
徴とする。

【００１６】また、請求項４に係る本発明は、上記一対
の基板上のうち少なくとも片方の基板上にシランカップ
リング層を設けたことを特徴とする。

【００１７】また、請求項５に係る本発明は、上記一対
の基板の配向処理が異なることを特徴とする。

【００１８】また、請求項６に係る本発明は、上記一対
の基板の双方にラビング処理を施し、該ラビング処理方
向が基板間で略平行であることを特徴とする。

【００１９】また、請求項７に係る本発明は、上記一対
の基板のうちアクティブ素子の無い側の基板にのみラビ
ング処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の強誘
電性液晶表示装置である。

【００２０】また、請求項８に係る本発明は、上記一対
の基板のうち単結晶シリコンを構成要素として含んでい
る基板で無い側の基板にのみラビング処理を施すことを
特徴とする請求項３に記載の強誘電性液晶表示装置であ
る。

【００２１】

【作用】本発明によれば、絶縁層を一対の基板のうち片
方の基板上にのみ形成した場合に、より一様で強い片安
定性を示すＣ１ユニフォーム配向が得られ、高コントラ
ストの階調表示が簡単に得られる。

【００２２】

【実施例】一般に、パラレルラビングまたは片側ラビン
グを施したクラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置
には、ジグザグ欠陥（ヘアピン欠陥及びライトニング欠
陥のこと）と呼ばれる配向欠陥が生じやすい。これは、
ＳｍＣ＊相において層構造が「く」の字型に折れ曲がる
ことに起因し、ラビング方向に対し「く」の字がどちら
向きに折れ曲がるかで、液晶分子の配向はＣ１配向とＣ
２配向に分けられる。Ｃ１配向とＣ２配向の定義を図５
に示す。ここで、図５（ａ）は強誘電性液晶の断面構造
を示し、図５（ｂ）は上面から見た時の強誘電性液晶の
様子を示す。ここでは、ジグザグ欠陥内にＣ１配向があ
り、その外側にＣ２配向がある。なお、内側にＣ２配
向、外側にＣ１配向が形成されることもある。また、ク
ラーク・ラガバル型にはユニフォーム配向とツイスト配
向と呼ばれる２種類の分子配向状態も存在する。図６に
示すように、液晶の層構造はブックシェルフ構造と
「く」の字に曲がったシェブロン構造があり、液晶分子
が基板の一方から他方の基板の間で略一様に配向してい
る状態をユニフォーム配向、基板の一方から他方の基板
の間で液晶分子が捩れて配向している状態ツイスト配向
と呼ぶ。一般に、ユニフォーム配向は消光位を持ち、ツ
イスト配向は消光位を持たないことが知られている。本
発明で述べられている液晶表示装置においては、電圧無
印加時に最暗状態となるため、消光位を持つユニフォー
ム配向であることが望ましい。

【００２３】そのため、シェブロン層構造を示す配向状
態のうち、本液晶表示装置に用いることができる。液晶
配向状態としては、Ｃ１ユニフォーム配向（Ｃ１Ｕ配
向）とＣ２ユニフォーム配向（Ｃ２Ｕ配向）が上げられ
る。

【００２４】本発明者が検討を重ねた結果、Ｃ１Ｕ配向
とＣ２Ｕ配向とを比較した場合、Ｃ１Ｕ配向の方が、よ
り強い片安定性が得られることがわかった。また、絶縁
層を一対の基板のうち片方の基板上にのみ形成した場
合、より一様で片安定なＣ１Ｕ配向が得られることがわ
かった。

【００２５】このような片安定性を生かした駆動法とし
ては、アクティブマトリクス駆動が上げられる。特に、
薄膜トランジスタを用いた駆動は好ましい。

【００２６】図７に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用
いたアクティブマトリクス型液晶表示装置の等価回路を
示す。ここで、走査電極駆動回路Ｄ₁からのゲート電極
Ｇｎと信号電極駆動回路Ｄ₂からのソース電極Ｓｍとが
交差するところにスイッチング素子であるＴＦＴが設け
られ、ＴＦＴのドレイン電極と対向電極（図示していな
いが、画素全面をおおうものでも、個別に駆動できるよ
うに分離されていても良い）との間に強誘電性液晶が挟
持された画素Ｐｎ／ｍを駆動する構成になっている。こ
の装置を駆動する場合、走査電極駆動回路Ｄ₁より信号
を送ってゲート電極Ｇｎに電界を印加し、ＴＦＴをＯＮ
にする。これに同期させて信号電極駆動回路Ｄ₂よりソ
ース電極Ｓｍに信号を送ると、ドレイン電極を通して強
誘電性液晶に電荷が蓄積され、これによって生じる電界
によって液晶が応答し、画素Ｐｎ／ｍの透過光量が変化
する。

【００２７】次に、図７に係る強誘電性液晶表示装置を
アクティブマトリクス駆動する時の駆動波形及び透過光
量の変化を図８に示す。本実施例では、ｌ本のゲート電
極Ｇ₁と該ゲート電極と交差するｍ本のソース電極Ｓｍ
に注目して説明する。なお、図８においては、ゲート電
極Ｇ₁と、ソース電極Ｓ₁，Ｓ₂と、画素Ｐ_1/1，Ｐ_1/2に
実効的に印加される電圧Ｖ_1/1，Ｖ_1/2と、その時の透過
光量Ｔ_1/1，Ｔ_1/2の変化についてのみ示す。

【００２８】まず、ｔ₁の時間、ゲート電極Ｇ₁より信号
を送ってＴＦＴをＯＮにする。これに同期して、ゲート
電極Ｇ₁に接続された画素（Ｐ_1/1，Ｐ_1/2，・・・
Ｐ_1/m）に求められる表示に対応するゼロまたは正の電
圧をソース電極Ｓｍから印加する。次のｔ₁の時間には
ゲート電極Ｇ₂より信号を送ってＴＦＴをＯＮにし、こ
れに同期させてソース電極Ｓｍから信号を送る。以下同
様にして順次各走査電極に接続したＴＦＴをＯＮにして
ゆく。

【００２９】さて、総てのソース電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間にゲート電極Ｇ₁より信号を送ってＴ
ＦＴをＯＮにする。これに同期して、ゲート電極Ｇ₁に
接続された画素（Ｐ_1/1，Ｐ_1/2，・・・Ｐ_1/m）に求め
られる表示に対応するゼロまたは負の電圧をソース電極
Ｓｍから印加する。次のｔ₁の時間にはゲート電極Ｇ₂よ
り信号を送ってＴＦＴをＯＮにし、これに同期させてソ
ース電極Ｓｍからゼロまたは負の信号を送る。以下同様
にして順次各ゲート電極Ｇｎに接続したＴＦＴをＯＮに
してゆく。このとき画素に印加される電圧波形とそのと
きの透過光量変化の一例を図８に示す。画素Ｐ_1/1には
大きな値の正負の電界が１フレームごとに交互に印加さ
れ、この画素は白表示となる。画素Ｐ_1/2に印加される
電圧は最初の４フレームでは画素Ｐ_1/1に印加される電
圧よりも小さく、このためＰ_1/2はＰ_1/1よりも暗い表示
となり、中間調表示が得られる。５番目と６番目のフレ
ームでは印加される電圧はゼロとなり、この画素は黒表
示に変化する。

【００３０】また、このような片安定性を生かす液晶表
示装置として、片側基板に単結晶シリコン基板を使用し
た反対型の液晶表示装置も好ましい。

【００３１】図９に、反射型の液晶表示装置の断面構造
を示す。この例では、基板上にシリコンゲートＮＭＯＳ
のスイッチング回路を搭載した場合である。この装置
は、最下部に単結晶シリコン基板７を備え、この単結晶
シリコン基板７の上にフィールドシリコン酸化膜６が形
成されている。フィールドシリコン酸化膜６には一部、
この図示例では２箇所に貫通孔６ａ、６ｂが開設され、
これらの貫通孔６ａ、６ｂの内部と貫通孔６ａ、６ｂの
上縁部回りのフィールドシリコン酸化膜６の上表面部分
には単結晶シリコン基板７の底部に達する状態でそれぞ
れアルミニウム電極４ｃ，４ｂが形成されている。な
お、このアルミニウム電極４ｃ，４ｂの下の単結晶シリ
コン基板７部分は、ソース領域８とドレイン領域９とな
っている。上記貫通孔６ａ，６ｂとの間にはゲート絶縁
膜１１とゲート電極１０が配設されている。ゲート電極
１０は、アルミニウム電極４ｃ，４ｂと短絡しないよう
に、その表面をシリコン酸化膜等で被覆している。この
ゲート電極１０は、本実施例ではポリシリコンを使用し
ているが、これに限定するものではない。上記アルミニ
ウム電極４ｃ，４ｂ及びフィードシリコン酸化膜６の上
には、保護膜５が形成されている。保護膜５は、単結晶
シリコン基板７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５のアルミニ
ウム電極４ｂの上の部分には貫通孔５ａが開設され、保
護膜５の上と貫通孔５ａには底部がアルミニウム電極４
ｂに達する状態で電極兼反射膜４ａが形成されている。
この電極兼反射膜４ａは、本実施例では反射率の高いア
ルミニウムを用いているが、これに限定するものではな
い。また、電極兼反射膜４ａは、下部電極４ｂとのコン
タクト抵抗を低くするため、電極兼反射膜４ａ形成後に
熱処理が必要だが、この時に電極兼反射膜４ａの表面に
凹凸が生じ、反射率の低下をきたす。本実施例では、電
極兼反射膜４ａの表面を平滑にし、反射率を高める目的
で保護膜５の形成後と、電極兼反射膜４ａを形成した後
に行う熱処理後とにそれぞれ表面を研磨し、平滑となる
処理を行っている。この電極兼反射膜４ａの上には場合
によっては図示しない配向膜を形成後、下面全面に透明
対向電極２が形成され、しかる後場合によっては図示し
ない配向膜を形成した透明ガラス基板１が対向配置さ
れ、この透明ガラス基板１と上述した単結晶シリコン基
板７との間に、液晶層３が形成されている。透明ガラス
基板１は光入射側として使用される。

【００３２】また、本実施例にあっては、単結晶シリコ
ン基板７を用いているのでＩＣの技術をそのまま液晶表
示装置に適用可能である。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、製品技術と装置、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出来ることになる。加えて
既設のＩＣ工場のクリーンルームで他のＩＣと同時に製
造出来るため、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。

【００３３】次に、本発明を実施するための液晶駆動回
路について説明する。図１０に、液晶駆動用スイッチン
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ＬＣに直接電圧を供給するた
め、液晶のスイッチングに必要な耐圧が必要である。Ｑ
₂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液晶ＬＣをスイッチング
させる。このＱ₁のＯＮ状態はＱ₂がＯＦＦ後もそのまま
保持される。このように、本実施例の回路を用いると、
液晶材料の抵抗値が低い場合及び自己分極率が大きい場
合でも良好な表示品位を得ることが出来る。

【００３４】このようにシリコン単結晶基板を利用する
と、複数のトランジスタやコンデンサ利用した回路を構
成することが出来、従来のＴＦＴでは実現出来なかった
機能を備えた液晶表示装置が実現できる。なお、図１０
に示した回路図は基本的な概念を示すためのものであ
り、トランジスタや他の素子を付加することによりより
望ましいものになることは言うまでもない。なお、カラ
ーフィルタを組み合わせればカラー表示を得ることがで
きる。

【００３５】以上説明したような強誘電性液晶装置を用
いると、以下の利点がある。まず、片安定性が強いた
め、黒状態が求められるときには液晶に電界がかからず
高いコントラストが得られる。第２に、各画素に印加す
る電圧を変えることで透過光量を変えることができ、容
量に階調表示を行うことができる。第３に、１フレーム
毎に印加電圧の極性を切り替えるため電荷の偏りのない
信頼性の高い液晶素子が得られる。また、ネマティック
液晶をＴＦＴと組み合わせた素子に比べて応答速度が速
く、視野角が広いという長所がある。

【００３６】配向処理層の形成法としては、ラビング
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示素子の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、配向膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法（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貼り
合わせる方法）、アンチパラレルラビング法（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
ように貼り合わせる方法）、片ラビング法（一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法）がある。本発明
の強誘電性液晶素子の場合、片ラビングの場合は、薄膜
トランジスタや単結晶シリコンによる回路を形成しない
ほうの基板にのみラビング処理を施すことが特に好まし
い。その理由としては以下の２つを上げることができ
る。まず第１に、薄膜トランジスタや回路を形成しない
基板の方が平坦であり、均一なラビング処理が容易にで
きるからである。第２に、薄膜トランジスタや単結晶シ
リコン回路を形成した基板にラビング処理を施すと、そ
の処理によって生じる静電気によって、薄膜トランジス
タや回路の特性が変化したり、配線間の絶縁破壊が生じ
たりし易いためである。

【００３７】以下、具体的に実施例について説明する。

【００３８】実施例１パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成し、両側に配向膜ＰＳ
Ｉ−Ａ−Ｘ００７（チッソ石油化学製）をスピンコート
し、絶縁膜を形成した側の基板のみをラビング処理し
た。この一対のガラス基板をセル厚１．３μｍで貼り合
わせ、下表に示す組成物１を真空注入した。

【００３９】

【表１】

【００４０】作製した強誘電性液晶セルを偏光顕微鏡に
セットし観察したところ、Ｃ１Ｕ配向とＣ２Ｕ配向が観
察された。Ｃ１Ｕ配向部のみを顕微鏡の視野内に入れ、
印加電圧に対する透過光強度の応答特性を測定し、その
結果を図１１に示す。つまり、正のパルス電圧を印加し
た後も、負のパルス電圧を印加した後も、印加電圧が０
になると、透過光強度が最も暗くなる状態へと戻ること
から、強い片安定性が得られていることがわかる。

【００４１】比較例１実施例１において、Ｃ２Ｕ配向部のみを顕微鏡視野内に
入れ、印加電圧に対する透過光強度の応答特性を測定
し、その結果を図１２に示す。実施例１の結果に比べ
て、負のパルス電圧を印加した後は、印加電圧が０にな
ると、透過光強度が最も暗くなる状態へと戻るが、正の
パルス電圧を印加した後は、印加電圧が０になっても、
最暗状態にならないことから、非常に片安定性が弱いこ
とがわかる。

【００４２】実施例２パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成した。更に、絶縁膜を
形成しない側の基板に配向膜ＰＳＩ−Ａ−２００１（チ
ッソ石油化学製、プレティルト角：約１０°）を、絶縁
膜を形成した側の基板に配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１
（チッソ石油化学製、プレティルト角：約５°）をスピ
ンコートし、絶縁膜を形成した側の基板のみをラビング
処理した。この一対のガラス基板をセル厚１．６μｍで
貼り合わせ、下表に示す組成物２を真空注入した。偏光
顕微鏡下で観察したところ、Ｃ１Ｕ配向が極めて安定に
得られた。次に、パルス電圧波形に対する透過光強度の
変化を図１３に示す。実施例１と同様に、非常に強い片
安定性を示していることがわかる。

【００４３】

【表２】

【００４４】実施例３パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成し、両側基板に配向膜
ＰＳＩ−Ａ−２００１（チッソ石油化学製、プレティル
ト角：約１０°）を、スピンコートし、両側基板をラビ
ング処理した。この一対のガラス基板を、両基板のラビ
ング方向が略平行となるよう、セル厚２．２μｍで貼り
合わせ、上述した組成物１を真空注入した。

【００４５】作成した強誘電性液晶セルを偏光顕微鏡に
セットして観察したところ、Ｃ１Ｕ配向が極めて安定に
得られた。また、非常に強い片安定性を示した。印加電
圧に対する透過光強度の応答特性を測定し、その結果を
図１４に示す。実施例１と同様に、強い片安定性が得ら
れていることがわかる。また、応答速度（透過光強度の
１０〜９０％に要する時間）の印加電圧依存性を図１５
に示す。立ち上がり時間（ＲｉｓｅＴｉｍｅ）及び立
ち下がり時間（ＦａｌｌＴｉｍｅ）の双方とも１００
ｍｓｅｃ以下であり、ＴＮ型液晶と比較して明らかに高
速応答になっている。また、６０Ｈｚ矩形波を印加しつ
つ透過光強度を測定し、その結果を図１６に示す。印加
電圧によって透過光量が連続的に変化することがわか
る。

【００４６】実施例４実施例３において、液晶材料を下表に示す組成物３とし
た場合も、同様な結果が得られた。この時の応答速度の
印加電圧依存性を図１７に示す。高速応答が実現してい
ることがわかる。

【００４７】

【表３】

【００４８】実施例５実施例３において、配向膜材料をＰＳＩ−Ａ−Ｘ００７
（チッソ石油化学製、プレティルト角：約５°）とした
場合も、同様な結果が得られた。また、応答速度の印加
電圧依存性を図１８に示す。高速応答が得られているこ
とがわかる。

【００４９】実施例６実施例５において、ラビング処理を片側にのみ施した場
合も、同様な結果が得られた。パラレルラビングのとき
と、絶縁層を形成した側にのみラビング処理したとき
と、絶縁層を形成しない側にのみラビング処理したとき
の立ち下がり速度（ＦａｌｌＴｉｍｅ）の印加電圧依
存性を図１９に合わせて示す。充分な高速応答が実現し
ていることがわかる。

【００５０】実施例７パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成した。両側基板に配向
膜ＰＳＩーＡ−Ｘ００７（チッソ石油化学製、プレティ
ルト角：約５°）をスピンコートし、両側基板をラビン
グ処理した。更に、絶縁膜を形成していない側の基板
に、シランカップリング剤（ＡＹ４３−００８、東レ・
ダウコーニング・シリコーン製）をスピンコートした。
この一対のガラス基板を、ラビング方向が略平行となる
ようにセル厚１．５μｍで貼り合わせ、液晶ＳＣＥ８
（メルク製）を真空注入した。偏光顕微鏡下で観察した
ところ、Ｃ１Ｕ配向が極めて安定に得られた。また、非
常に強い片安定性を示した。パルス電圧波形に対する透
過光強度の変化を図２０に示す。非常に強い片安定性を
示している。

【００５１】実施例８実施例７において、液晶材料を、上述した組成物１とし
た場合にも同様な結果が得られ、非常に強い片安定性を
示した。

【００５２】実施例９パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成した。両側基板に配向
膜ＰＳＩーＡ−Ｘ００７（チッソ石油化学製、プレティ
ルト角：約５°）をスピンコートし、両側基板をラビン
グ処理した。更に、絶縁膜を形成した側の基板に、シラ
ンカップリング剤（ＡＹ４３−００８、東レ・ダウコー
ニング・シリコーン製）をスピンコートした。この一対
のガラス基板を、ラビング方向が略平行となるように、
セル厚１．５μｍで貼り合わせ、上述した組成物１を真
空注入した。この場合も実施例８と同様の結果が得ら
れ、非常に強い片安定性を示した。

【００５３】実施例１０パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成した。両側基板に配向
膜ＰＳＩーＡ−Ｘ００７（チッソ石油化学製、プレティ
ルト角：約５°）をスピンコートした。この一対のガラ
ス基板のうち、絶縁層を形成しない基板に、配向膜上に
更にシランカップリング剤（ＡＹ４３−００８、東レ・
ダウコーニング・シリコーン製）をスピンコートした。
その後両基板にラビング処理を施し、ラビング方向が略
平行となるようにセル厚１．６μｍで貼り合わせ、上述
した組成物１を真空注入した。偏光顕微鏡下で観察した
ところ、Ｃ１Ｕ配向とＣ２Ｕ配向が観察された。Ｃ１Ｕ
配向は強い片安定性を示した。

【００５４】実施例１１パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上の片側に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３
１０−ＳＧ、東京応化製）を形成した。両側基板に配向
膜ＰＳＩーＡ−Ｘ００７（チッソ石油化学製、プレティ
ルト角：約５°）をスピンコートした。この一対のガラ
ス基板のうち、絶縁層を形成した基板に、配向膜上に更
にシランカップリング剤（ＡＹ４３−００８、東レ・ダ
ウコーニング・シリコーン製）をスピンコートした。そ
の後両基板にラビング処理を施し、ラビング方向が略平
行となるようにセル厚１．９μｍで貼り合わせ、上述し
た組成物１を真空注入した。この場合も、実施例８と同
様の結果が得られた。

【００５５】実施例１２パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板の一方に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３１
０−ＳＧ、東京応化製）を形成し、その上に配向膜ＰＳ
ＩーＡ−２００１（チッソ石油化学製、プレティルト
角：約１０度）をスピンコートした。他方の基板には絶
縁層を形成せず、配向膜ＰＳＩーＡ−２１０１（チッソ
石油化学製、プレティルト角：約５度）をスピンコート
した。絶縁層を形成した側の基板のみをラビング処理し
た。この一対のガラス基板をセル厚１．４μｍで貼り合
わせ、液晶ＳＣＥ８（メルク製）を真空注入した。この
セルは、Ｃ１Ｕ配向が安定に得られた。また、片安定性
も示した。その応答速度の印加電圧依存性を図２１に示
す。高速応答が実現していることがわかる。

【００５６】実施例１３パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板の一方に絶縁膜（ＯＣＤＴＹＰＥ２Ｐ−５９３１
０−ＳＧ、東京応化製）を形成し、その上に配向膜ＰＳ
ＩーＡ−２１０１（チッソ石油化学製、プレティルト
角：約５度）をスピンコートした。他方の基板には絶縁
層を形成せず、配向膜ＰＳＩーＡ−２００１（チッソ石
油化学製、プレティルト角：約１０度）をスピンコート
した。絶縁層を形成した側の基板のみをラビング処理し
た。この一対のガラス基板をセル厚１．１μｍで貼り合
わせ、液晶ＳＣＥ８（メルク製）を真空注入した。この
セルは、Ｃ１Ｕ配向が安定に得られた。また、片安定性
も示した。応答速度の印加電圧依存性を図２２に示す。

【００５７】実施例１４以下のように、図７に示すようなＴＦＴを用いた液晶表
示装置を作製した。

【００５８】画素電極がマトリクス状に配置され、画素
電極に対応してゲート電極とソース電極と薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）をもうけた基板に、配向膜ＰＳＩ−Ａ−
Ｘ００７（チッソ石油化学製）をスピンコートした。一
方、対向基板には絶縁膜を形成し、その上に配向膜ＰＳ
ＩーＡーＸ００７を形成した。対向基板のみラビング処
理を施した後、両基板を貼り合わせた。このパネルに液
晶ＣＳ−１０１４（チッソ石油化学製）を真空注入し
た。このパネルのＣ１配向部を偏光顕微鏡下で観察しな
がら、図８に示すような駆動波形で駆動した。透過光強
度のソース電圧依存性を図２３に示すようになった。

【００５９】実施例１５図９、１０に示す回路を用いてアクティブマトリクス駆
動する際の、駆動方法を示す。本実施例に用いる駆動回
路を図２４に示す。

【００６０】Ｐ_1/1〜Ｐ_1/3、Ｐ_2/1〜Ｐ_2/3は基板上に構
成された画素であり、各画素毎に駆動電圧を供給する回
路を備えている。回路の構成は図２４に示すものである
が、これに限定するものではない。また説明を簡単にす
るためにＰ_1/1〜Ｐ_1/3、Ｐ_2/1〜Ｐ_2/3で図示したマトリ
クスを使って動作を説明するが、実際は必要とされる走
査線数とデータ線数を備えている。各画素には行方向に
Ｇａｔｅ信号を供給する複数のＧａｔｅ線と複数の電源
を供給する電源線を具備し、列方向にはＤａｔａ信号を
供給する複数のＤａｔａ線を備えている。

【００６１】以下に動作について説明する。この駆動回
路を利用したときの、駆動の例をより具体的に示す。各
画素に実際に印加される駆動電圧波形（Ｖ_1/1，Ｖ_1/2，
Ｖ_1/3）及び透過光量（Ｔ_1/1，Ｔ_1/2，Ｔ_1/3）の例を図
２５に示す。電源１に＋５Ｖの電圧を供給し、Ｇａｔｅ
１に＋６Ｖの電圧を供給し、Ｄａｔａ線に各画素に信号
を供給するＤａｔａ信号を供給する。この走査によって
第１行目の表示データが画素に書き込まれる。次に、Ｇ
ａｔｅ１をＯＦＦし、Ｇａｔｅ２をＯＮする。このとき
電源２に供給する電圧は＋５Ｖであり、Ｇａｔｅ信号
は、＋６Ｖである。この操作によって第２行目に表示デ
ータが書き込まれる。この操作を第１の表示フレームに
わたって行うことにより第１の表示フレームに必要な表
示データを書き込む。第１の表示フレームに続く第２の
表示フレームには第１の表示フレームと電源線の極性を
反転し表示データを書き込む。ここで、電源の極性に応
じてＧａｔｅ信号の電圧を変化させても良い。このこと
により液晶には交流電圧を印加することになる。

【００６２】

【発明の効果】本発明を用いることにより、片安定なＣ
１Ｕ配向が容易に得られ片安定性の強い強誘電性液晶表
示装置を得ることができた。この表示装置を例えばアク
ティブマトリクス駆動することにより、大容量、広視野
角、高コントラスト、無限階調表示（フルカラー表示）
の可能な強誘電性液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置を
説明するための図である。

【図２】中間調表示強誘電性液晶表示モードを説明する
ための図である。

【図３】中間調表示強誘電性液晶表示モードの見かけの
チルト角θの印加電圧依存性を示す図である。

【図４】中間調表示強誘電性液晶表示モードの透過光強
度の印加電圧依存性を示す図である。

【図５】Ｃ１配向とＣ２配向を説明するための図であ
る。

【図６】ユニフォーム配向とツイステッド配向を説明す
るための図である。

【図７】アクティブマトリクス型液晶表示装置について
説明するための図である。

【図８】アクティブマトリクス型液晶表示装置の各画素
の駆動方法及びその時の透過光量の一実施例を示す図で
ある。

【図９】反射型液晶表示装置の断面構造を示す図であ
る。

【図１０】各画素へのスイッチング回路の一実施例を示
す図である。

【図１１】実施例１に係る印加電圧に対する透過光強度
の応答特性を示す図である。

【図１２】比較例１に係る印加電圧に対する透過光強度
の応答特性を示す図である。

【図１３】実施例２に係る印加電圧に対する透過光強度
の応答特性を示す図である。

【図１４】実施例３に係る印加電圧に対する透過光強度
の応答特性を示す図である。

【図１５】実施例３に係る応答速度の印加電圧依存性を
示す図である。

【図１６】実施例３に係る印加電圧に対する透過光強度
の応答特性を示す図である。

【図１７】実施例４に係る応答速度の印加電圧依存性を
示す図である。

【図１８】実施例５に係る応答速度の印加電圧依存性を
示す図である。

【図１９】実施例６に係る立ち下がり時間（Ｆａｌｌ
ｔｉｍｅ）の印加電圧依存性を示す図である。

【図２０】実施例７に係る印加電圧に対する透過光強度
の応答特性を示す図である。

【図２１】実施例１２に係る応答速度の印加電圧依存性
を示す図である。

【図２２】実施例１３に係る応答速度の印加電圧依存性
を示す図である。

【図２３】実施例１４に係る透過光強度のソース電圧依
存性を示す図である。

【図２４】実施例１５に係る駆動回路を示す図である。

【図２５】実施例１５に係る画素への印加電圧と透過光
強度の変化を示す図である。

【符号の説明】

１透明ガラス基板２透明対向電極３液晶層４ａ電極兼反射膜５保護膜６フィールドシリコン酸化膜７単結晶シリコン基板１０ゲート電極１５分極の向き１６電圧１７スメクティック層法線１８液晶分子１９傾き角＋θ ２０傾き角−θ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に強誘電性液晶を挟持して
電圧無印加時の上記強誘電性液晶の安定状態が１つであ
り、上記強誘電性液晶に交流電圧を印加し、該交流電圧
の波高値を制御することにより階調表示を得る強誘電性
液晶表示装置において、上記一対の基板のうち一方の基板上にのみ絶縁層が形成
され、上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上に
配向制御層が形成され、上記一対の基板の少なくとも一
方にラビング処理が施され、上記強誘電性液晶のカイラ
ルスメクティックＣ相における層配向がＣ１ユニフォー
ム配向であることを特徴とする強誘電性液晶表示装置。
【請求項２】上記一対の基板のうち片方の基板上に画
素電極をマトリクス状に配置すると共に、上記画素電極
に対応して駆動する電極群とアクティブ素子とを設け、
他方基板に対向電極を備え、アクティブマトリクス駆動
することを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶表
示装置。
【請求項３】上記一対の基板のうち片方の基板が単結
晶シリコンを構成要素として含んでおり、他方の基板が
透明基板であることを特徴とする請求項１に記載の強誘
電性液晶表示装置。
【請求項４】上記一対の基板上のうち少なくとも片方
の基板上にシランカップリング層を設けたことを特徴と
する請求項１，２，または３に記載の強誘電性液晶表示
装置。
【請求項５】上記一対の基板の配向処理が異なること
を特徴とする請求項１，２，３，または４に記載の強誘
電性液晶表示装置。
【請求項６】上記一対の基板の双方にラビング処理を
施し、該ラビング処理方向が基板間で略平行であること
を特徴とする請求項１，２，３，４，または５に記載の
強誘電性液晶表示装置。
【請求項７】上記一対の基板のうちアクティブ素子の
無い側の基板にのみラビング処理を施すことを特徴とす
る請求項２に記載の強誘電性液晶表示装置。
【請求項８】上記一対の基板のうち単結晶シリコンを
構成要素として含んでいる基板で無い側の基板にのみラ
ビング処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の強
誘電性液晶表示装置。