JPH08292422A - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な配向、均一なセル厚、一定のコントラ
ストを保ち、かつ、良好な階調表示を可能にする。 【構成】 マトリクス状に配置した電極と液晶の配向を
制御する配向膜とを有する一対の基板間に強誘電性液晶
を挟持し、各電極の対向した部分を画素として構成した
強誘電性液晶表示素子において、画素内に電極間距離の
異なる領域を設け、これらの任意の２つの領域におい
て、電極間の距離の差よりも、液晶層の厚さの差の方を
小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、強誘電性液晶表示素
子に関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電
性液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶は1975年にMeyerらによっ
て発明され、1980年にClarkとLagerwallによって、表面
安定化強誘電性液晶表示素子としてデバイスへの応用が
提案された。

【０００３】強誘電性液晶表示素子は、通常、キラルス
メクチィックＣ液晶相を２μｍ程度の薄い基板上に挟
み、その時得られる双安定状態間のスイッチングを利用
する。このスイッチングは、強誘電性液晶の自発分極と
電場の直接相互作用によっておこるため、誘電異方性を
利用するネマチィック液晶に比べて約1000倍も速い数10
μsec以下の高速応答が可能である。また、強誘電性液
晶はメモリ性という大きな特徴があり、このメモリ性と
高速応答性を駆使して、1000本以上の走査線を有する大
表示容量液晶ディスプレイも可能である。

【０００４】強誘電性液晶は、次世代液晶として期待さ
れ、盛んに研究されているが、実用化のための大きな課
題として階調表示がある。階調表示の手段として、１画
素内の電極上に段差あるいは傾斜を形成することによっ
て液晶層の厚さを変え、厚さの違いによってドメイン反
転の閾値電圧を変えることを利用する方法等が提案、報
告されている。

【０００５】このような従来の階調表示用の液晶表示素
子に関しては、特開昭62−145216号公報に記載のもの
や、特開昭62−150226号公報に記載のものなどが知られ
ている。

【０００６】図３８は１画素内の電極上に段差を形成し
た従来の強誘電性液晶表示素子の構成を示す。この図に
おいて、１ａは一方側（以下「上側」ともいう）の基
板、１ｂは他方側（以下「下側」ともいう）の基板、２
ａは上側の基板１ａ上に形成された上側の電極、２ｂは
下側の基板１ｂ上に形成された下側の電極、４ａは上側
の絶縁膜、４ｂは下側の絶縁膜、６はスペーサー、７は
強誘電性液晶、８は段差形成用膜である。

【０００７】図３９は１画素内で電極に傾斜を設けた従
来の強誘電性液晶表示素子の構成を示す。この図におい
て、図３８と同じ構成要素には同じ参照番号を付してい
る。９は傾斜形成用膜である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の階調表示用の液晶表示素子においては、次の
ような問題があった。

【０００９】強誘電性液晶の配向は、液晶分子が並ぶ配
向膜の表面の状態に非常に敏感であり、配向膜表面のわ
ずかな傷、凹凸によっても配向を乱してしまい、表示素
子として利用できない。

【００１０】すなわち、図３８に示したような素子構造
では、段差部分で配向が乱れる。また、図３９に示した
ような傾斜を設けた素子構造では、素子中央部において
は良い配向を保つ可能性もあるが、両端部においては図
３８と同様に配向が乱れてしまう。

【００１１】次に、図３８や図３９においては、液晶層
の厚さに変化を持たせているが、段差によって多くの階
調を得ようとすれば、多くの段差が必要となり、液晶層
の厚さ（ｄとする）にも大きな差がでてくる。そのた
め、液晶の屈折率異方性をΔｎとすると、Δｎ・ｄの値
が大きく異なり、光の透過率が変わり、そのため十分な
コントラストが得られず、また、色味の違いが生じてし
まう。

【００１２】また、表面安定化強誘電性液晶表示素子で
は、約２μｍ以下でセル厚を安定化させる必要があり、
そのためにスペーサーボールが使われるが、段差がある
ことによって、段差の高い部分に置かれたスペーサーと
段差の低い部分に置かれたスペーサーでは高さが異なっ
てしまい、安定なセル厚を達成することはできなくなっ
てしまう。

【００１３】さらに、電極上に段差を設けることによっ
て液晶層の厚さを変え、閾値を変えることによる効果に
ついては、図３８の２つの領域Ａ、領域Ｂについて、領
域Ｂでは液晶層が領域Ａに比べ狭いため、領域Ｂの方が
速くスイッチングする。

【００１４】しかしながら、領域Ａと領域Ｂでは形成し
た段差の厚さも異なる。つまり、段差形成用膜８の厚さ
の違いによる電界降下の効果も異なるわけで、段差の厚
い領域Ｂのほうがその効果は大きく、その結果として、
閾値電圧は大きくなる。

【００１５】結局、他方側の電極２ｂ上に段差を形成し
たために、領域Ｂでは、液晶層を狭くすることによる閾
値電圧を低下させる効果と、段差形成用膜８が厚くなり
閾値電圧が上昇する効果という相反する効果のため、段
差による閾値電圧の変化は得られなくなってしまうか、
ごく小さいものになってしまう。

【００１６】また、従来の方式によって得られる階調の
数に関する問題には次のようなものがある。通常の強誘
電性液晶の閾値特性曲線は図４０に示すようになる。図
中、２本の特性曲線のうち、下側は画素内がスイッチン
グし始める特性曲線で０％スイッチング曲線であり、上
側は画素全体がスイッチングしたときの特性曲線で１０
０％スイッチング曲線である。ＳＷ領域はスイッチング
領域を示す。

【００１７】図３８に示した強誘電性液晶表示素子の領
域Ａ及び領域Ｂの各閾値特性曲線を図４１に示す。この
とき得られる階調表示は、閾値特性曲線の電圧範囲ａで
示す領域Ａ領域Ｂのどちらもスイッチングしない、電圧
範囲ｂで示す領域Ｂのみスイッチングする、電圧範囲ｃ
で示す領域Ａ領域Ｂのどちらもスイッチングする、の３
階調である。

【００１８】同様に段差を増やした場合、ｎ（ｎ：任意
の自然数）段の段差で得られる階調数はｎ＋１となる。
この方式で十分な階調を得るためには、非常に多くの段
差を必要とするが、１画素内に多くの段差を作製するに
は技術的に問題が多い。さらに、上に挙げたような問題
も顕著なものになってしまう。よって、少ない段差でで
きるだけ多くの階調数が得られるような技術が求められ
る。

【００１９】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、上記したような従来の欠点を解決し、良
好な配向、均一なセル厚、一定のコントラストを保ち、
かつ、良好な階調表示を可能にすることを目的としてい
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、画素内に電極間距離の異なる領域を作製
し、閾値電圧を変化させ、かつ、平坦化膜によって液晶
層表面を平坦化させる構造を持つものである。

【００２１】すなわち、この発明は、マトリクス状に配
置した電極と液晶の配向を制御する配向膜とを有する一
対の基板間に強誘電性液晶を挟持し、各電極の対向した
部分を画素として構成した強誘電性液晶表示素子におい
て、画素内に電極間距離の異なる領域を設け、これらの
任意の２つの領域において、電極間の距離の差よりも、
液晶層の厚さの差の方を小さくしたことを特徴とする強
誘電性液晶表示素子である。

【００２２】上記構成においては、１画素内の少なくと
も１ヵ所以上で電極に段差を設け、その段差上に平坦化
膜を形成して、液晶層の表面を平坦にした構成であって
もよく、あるいは、１画素内で電極に傾斜を設け、その
傾斜した電極上に平坦化膜を形成して、液晶層の表面を
平坦にした構成であってもよい。

【００２３】強誘電性液晶としては、負の誘電異方性を
持つ強誘電性液晶を用いることが好ましい。また、ｎ
（ｎ：任意の自然数）段の段差でｎ＋１、又は２ｎ個の
階調数を持つことができるような構成とする。

【００２４】この場合、１画素内に電極間距離の異なる
３つの領域を設け、各領域の面積比を１：１：３とし、
各画素ごとに６階調を得るようにするか、あるいは、各
領域の面積比を２：１：４とし、各画素ごとに６階調を
得るようにしてもよい。

【００２５】このような構成において、電極間距離の異
なる方向とラビング方向とは、垂直であることが好まし
い。

【００２６】

【作用】この発明によれば、電極間距離の異なる領域の
うち、任意の２つの領域において、電極間の距離の差よ
りも、液晶層の厚さの差の方を小さくしたので、液晶層
の厚さを略均一に保つことができ、これにより、配向、
コントラスト、セル厚制御に悪影響を及ぼすことがな
い。したがって、良好な配向、均一なセル厚、一定のコ
ントラストを保つことができ、良好な階調表示が可能と
なる。

【００２７】本発明の原理的な構造を図１に示す。本発
明の強誘電性液晶表示素子では、マトリクス状に配置し
た電極と液晶の配向を制御する配向膜とを有する一対の
基板間に強誘電性液晶を挟持し、各電極の対向した部分
を画素として構成するようにしている。

【００２８】この図において、１ａは一方側（以下「上
側」ともいう）の基板、１ｂは他方側（以下「下側」と
もいう）の基板、２ａは上側の基板１ａ上に形成された
上側の電極、２ｂは下側の基板１ｂ上に形成された下側
の電極、３は絶縁性の平坦化膜、４は絶縁膜、５ａは上
側の配向膜、５ｂは下側の配向膜、６はスペーサー、７
は強誘電性の液晶層である。１画素は領域Ａと領域Ｂの
２つの領域から構成されている。

【００２９】本発明の構造では、下側の電極２ｂに段差
を持たせ、その上に段差を平坦にするための平坦化膜３
を形成し、その平坦化膜３によって、液晶層７を一定の
厚さに保っている。

【００３０】領域Ｂでは、図中、ｓ，ｔで示すように、
領域Ａに比べて上側の電極２ａと下側の電極２ｂ間の距
離が短く（ｓ＞ｔ）、速くスイッチングする。また平坦
化膜３の厚さについても、図中、ｕ，ｖで示すように、
領域Ｂの方が薄く（ｕ＞ｖ）、したがって、この膜厚効
果でも領域Ｂの方が領域Ａよりもスイッチングが速い。
つまり、２つの効果の相乗的な効果が得られることにな
る。また、液晶層７は均一に保たれているため、配向、
コントラスト、セル厚制御に悪影響を及ぼす事もない。

【００３１】図１では、下側の電極２ｂに直接段差を形
成しているが、この方式に限らず、図２に示すように、
下側の基板１ｂ上にあらかじめ段差形成用膜８で段差を
形成し、その上から下側の電極２ｂを取り付けてもよ
い。すなわち、本発明では、電極２ｂに段差を持たせる
ことが特徴である。

【００３２】平坦化膜３については、図３に示すよう
に、異なる種類の平坦化膜Ｃと平坦化膜Ｄを用いて平坦
化してもよい。これによって領域Ａと領域Ｂの平坦化膜
による閾値電圧に与える効果がさらに拡大されることが
考えられる。なお、図２及び図３において、図１と同じ
構成要素には同じ参照番号を付している。

【００３３】上側の電極２ａと下側の電極２ｂ上に絶縁
膜４を形成していない場合、上下の電極において電流が
リークしてしまうことがある。そこで、通常は、電極上
に絶縁膜を塗布するのであるが、この発明で用いた平坦
化膜３は非常に良好な絶縁性を有し、絶縁膜としての機
能を持っている。

【００３４】次に、階調表示の取り方について説明す
る。本発明では、負の誘電異方性を持つ強誘電性液晶を
用いることが好ましい。この負の誘電異方性を持つ強誘
電性液晶のτ−Vmin特性曲線は図４のようになる。２本
の特性曲線のうち、下側は画素内がスイッチングし始め
る特性曲線で０％スイッチング曲線であり、上側は画素
全体がスイッチングしたときの特性曲線で１００％スイ
ッチング曲線である。

【００３５】この負の誘電異方性を持つ強誘電性液晶の
大きな特徴は、閾値特性が、電圧が上昇するにつれて一
旦最小値を取った後、上昇することである。そのため、
領域Ａと領域Ｂの２つの領域が有る場合の閾値特性は、
図５のようになり、得られる階調表示は、電圧範囲ａで
示す領域Ａ領域Ｂともにスイッチングしない、電圧範囲
ｂで示す領域Ｂのみスイッチングする、電圧範囲ｃで示
す領域Ａ領域Ｂともにスイッチングする、電圧範囲ｄで
示す領域Ａのみスイッチングする、の４種となり、領域
Ａと領域Ｂの領域比が１：２の場合、４階調を得ること
ができる。

【００３６】同様に、段差を増やした場合、ｎ（ｎ：任
意の自然数）段の段差で得られる階調数は２ｎとなる。
これは従来方式、つまり図３７で示すような特性曲線を
持つ液晶を使用した場合、ｎ段の段差でｎ＋１の階調し
かとれないことに比べて、少ない段差で多くの階調数を
得られ、強誘電性液晶の階調表示に対して有効であると
いえる。

【００３７】

【実施例】以下、図面に示す実施例１から実施例６に基
づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発
明が限定されるものではない。

【００３８】〔実施例１〕本発明による強誘電性液晶表
示素子の実施例１の構成を図６に示す。この図におい
て、１ａはガラスからなる一方側（以下「上側」ともい
う）の基板、１ｂはガラスからなる他方側（以下「下
側」ともいう）の基板、２ａは上側の基板１ａ上に形成
された上側の電極、２ｂは下側の基板１ｂ上に形成され
た下側の電極、３は絶縁性の平坦化膜、４は絶縁膜、５
ａは上側の配向膜、５ｂは下側の配向膜、６はスペーサ
ー、７は負の誘電異方性を持つ強誘電性の液晶層であ
る。１画素は領域Ａと領域Ｂの２つの領域から構成され
ている。

【００３９】この実施例では、下側の電極２ｂに段差を
持たせ、その上に段差を平坦にするための平坦化膜３を
形成し、その平坦化膜３によって、液晶層７を一定の厚
さに保っている。

【００４０】領域Ｂでは、領域Ａに比べて上側の電極２
ａと下側の電極２ｂ間の距離が短く、速くスイッチング
する。また平坦化膜３の厚さについても、領域Ｂの方が
薄く、したがって、この膜厚効果でも領域Ｂの方が領域
Ａよりもスイッチングが速い。つまり、２つの効果の相
乗的な効果が得られることになる。また、液晶層７は均
一に保たれているため、配向、コントラスト、セル厚制
御に悪影響を及ぼす事もない。

【００４１】下側の電極２ｂについては、図７の（ａ）
に示すように、ITOなどの透明電極に直接段差を形成し
てもよい。また、図７の（ｂ）に示すように、下側の基
板１ｂ上にあらかじめ、アルカリ現像型透明耐熱レジス
トV-259などの段差形成用膜８で段差を形成し、その上
からITOなどの透明電極を取り付けてもよい。すなわ
ち、下側の電極２ｂに段差があればよい。

【００４２】透明電極に直接段差を形成して下側の電極
を作製する方法の一例を図８の（ａ）〜（ｆ）に示す。
まず、下側の電極（以下、電極については「透明電極」
ともいう）２ｂとして、ITOをスパッタリング法で4000
Å（0.4μｍ）の厚さで全面に蒸着し（図８の（ａ）参
照）、この上にフォトレジストOFPR800 30cpを塗布し
（図８の（ｂ）参照）、露光、現像、エッチングによっ
てITO部を30μｍの幅に、抜けの部分を75μｍの幅にパ
ターンニングした（図８の（ｃ）参照）。

【００４３】続いてもう一度ITOを1000Å（0.1μｍ）の
厚さで全面にスパッタリングした（図８の（ｄ）参
照）。ここに先述のフォトレジストOFPR800 30cpを塗布
し（図８の（ｅ）参照）、露光、現像、エッチングさせ
ることで、ITO部分を90μｍの幅に、抜けの部分を15μ
ｍの幅にパターンニングした（図８の（ｆ）参照）。こ
れによって、ITO部90μｍ幅、抜けの部分15μｍ幅で、
かつITO部の中に30μｍ幅の段差部（高さ0.4μｍ）を有
する、段差付の透明電極２ｂが作製できた。

【００４４】次に、段差形成用膜で段差を形成して下側
の電極を作製する方法の一例を図９の（ａ）〜（ｅ）に
示す。段差形成用膜８として使用したのは、新日鉄化学
社製のアルカリ現像型透明耐熱レジストV-259である。
これを、下側の基板１ｂ上にスピンコートによって4000
Å（0.4μｍ）の厚さに塗布し（図９の（ａ）参照）、
マスク露光、現像することで、段差部30μｍ幅、抜き部
75μｍ幅にパターンニングした（図９の（ｂ）参照）。

【００４５】あとは図８と同様に、ITOを1000Å（0.1μ
ｍ）の厚さで全面にスパッタリングし（図９の（ｃ）参
照）、フォトレジストOFPR800 30cpを塗布し（図９の
（ｄ）参照）、パターンニングで段差付の透明電極２ｂ
を形成した（図９の（ｅ）参照）。

【００４６】本例においては、以上の２つの方法で下側
の電極に段差を形成したが、段差の形成方法はこれらの
方法に限らず、各種の方法を適用することができる。こ
のような方法で作製した段差付の透明電極２ｂ上に、先
述の平坦化膜３としてV-259を6000Åの厚さでスピンコ
ートした。その結果、表面は均一に平坦化された。ま
た、この平坦化膜３は、絶縁膜としての機能も持ってい
る。さらに、下側の配向膜５ｂとしてチッソ社製のX007
を500Åの厚さで塗布した。

【００４７】上側の基板１ａについては、上側の基板１
ａ上にITOなどの透明電極２ａを全面スパッタリングし
た後で、電極部90μｍ幅、抜き部15μｍ幅にパターンニ
ングした。この結果、表示画素は90μｍ×90μｍとなっ
た。そして、上側の透明電極２ａ上に絶縁膜４として東
京応化社製のOCDを1000Åの厚さで塗布し、上側の配向
膜５ａとしてチッソ社製のX007を500Åの厚さで塗布し
た。各層の厚さは、上側の透明電極２ａが0.1μｍ、絶
縁膜４が0.1μｍ、上側の配向膜５ａと下側の配向膜５
ｂが0.05μｍである。

【００４８】これらの上下基板１ａ，１ｂをパラレルラ
ビングした後、1.0μｍのスペーサー６を介在させて、
２液混合型接着剤を用いて張り合わせた。その結果、セ
ル厚は均一に1.10μｍに制御された。

【００４９】こうして得られた表示素子に、負の誘電異
方性をもつメルク社製の強誘電性液晶SCE8をラビング方
向と平行に注入した。液晶層７は均一な厚さに保たれて
いるため、配向に乱れは生じず、全面に均一なC2U配向
が得られた。

【００５０】この強誘電性液晶表示素子にモノパルスを
かけて得られた特性曲線を図１０に示す。段差の高い方
を領域Ａ、低い方を領域Ｂとすると、電極間の距離の違
いと平坦化膜の厚さの違いで、特性に違いが生じること
が分かる。

【００５１】この特性曲線と顕微鏡観察で見ることがで
きた図１１によると、パルス幅40μｓのとき、電圧範囲
ａで示す領域Ａ領域Ｂのどちらの領域もスイッチングし
ないのが19Ｖ以下あるいは56Ｖ以上、電圧範囲ｂで示す
領域Ａのみスイッチングするのが24Ｖ〜28.5Ｖ、電圧範
囲ｃで示す領域Ａ領域Ｂのどちらの領域もスイッチング
するのが34Ｖ〜41Ｖ、電圧範囲ｄで示す領域Ｂのみスイ
ッチングするのが46Ｖ〜51Ｖとなった。

【００５２】領域Ａと領域Ｂの面積比が１：２であるた
め、得られる階調は、０：１：２：３の４階調となっ
た。各階調表示の電圧範囲は段差部の高さを変えること
で調整できるので、必要に応じて段差の高さを設定すれ
ばよい。

【００５３】このような構成を持つ強誘電性液晶表示素
子では、液晶層が均一であるため、配向、セル厚制御、
色味の問題が解決でき、なおかつ十分な特性差を実現で
き、１つの段差で４つの階調を得ることができた。

【００５４】〔実施例２〕本発明の実施例２の構成を図
１２に示す。図１２において、図６と同じ構成要素には
同じ参照番号を付してその説明を省略する。

【００５５】この実施例においては、下側の基板１ｂ
に、実施例１と同様の方法で、ITO部90μｍ幅、抜けの
部分15μｍ幅で、かつITO部の中に30μｍ幅の段差部
（高さ0.4μｍ）を有する、段差付の透明電極２ｂを作
製した。そして、その段差付の透明電極２ｂ上に、平坦
化膜３を実施例１よりも薄く塗布した。その他の工程は
実施例１と同様である。

【００５６】その結果として、表面は完全には平坦にな
らず、0.1μｍほどの段差が生じた。セル厚を測定した
ところ、領域Ａは0.91μｍ、領域Ｂは1.05μｍとなっ
た。しかし、それぞれの領域は均一に保たれた。また、
配向については、図１３に示すように、ラビング方向と
段差の方向を垂直にしたところ、良好なC2U配向が得ら
れた。

【００５７】このセルにモノパルスをかけたところ、特
性曲線は図１０と同等のものが得られた。４階調領域の
得られる電圧範囲は、電圧範囲ａが14Ｖ以下あるいは57
Ｖ以上、電圧範囲ｂが19Ｖ〜29Ｖ、電圧範囲ｃが34Ｖ〜
36Ｖ、電圧範囲ｄが41Ｖ〜52Ｖとなった。

【００５８】この実施例２の場合、実施例１に比べて、
電界印加距離の違い、平坦化膜の厚さの差にあわせて、
液晶層の厚さも異なっているため、その効果も加味され
たと考えられ、実施例１、２の領域Ｂについて、特性曲
線の最小値を比べると、セル厚自体は一定でどちらも42
Ｖであるが、領域Ａについては実施例１では27.2Ｖであ
り、実施例２では32.2Ｖとなった。つまり、２つの領域
の特性差は大きくなった。このように、完全な平坦化が
できなくとも、ラビング方向を揃えることで、配向の問
題を解決し、より大きな特性差を出すことも可能となっ
た。

【００５９】〔実施例３〕本発明の実施例３の構成を図
１４に示す。図１４において、図６と同じ構成要素には
同じ参照番号を付してその説明を省略する。

【００６０】この実施例においては、下側の電極２ｂ上
に形成した平坦化膜は、異なる種類の平坦化膜３ａと平
坦化膜３ｂを用いている。下側の電極２ｂと平坦化膜３
ｂの大きさは図１５に示す通りである。

【００６１】この実施例の作製プロセスは図１６の
（ａ）〜（ｄ）に示すようになる。下側の基板１ｂに
は、まず、実施例１と同様の方法で、ITO部90μｍ幅、
抜けの部分15μｍ幅で、かつITO部の中に30μｍ幅の段
差部（高さ0.4μｍ）を有する、段差付の透明電極２ｂ
を作製した（図１６の（ａ）参照）。

【００６２】そして、その上に新日鉄化学社製の平坦化
膜V-259PAをスピンコートで0.5μｍの厚さに塗布した
（図１６の（ｂ）参照）。これをマスク露光、現像し、
画素中の段差部分を埋め込むような形状にした（図１６
の（ｃ）参照）。この結果として、画素部は90μｍ×0.
6μｍの長方形となった。ここに、ダウケミカル社製の
平坦化膜BCBをスピンコートで0.6μｍの厚さに塗布した
ところ、表面は平坦になった（図１６の（ｄ）参照）。

【００６３】上側の基板１ａについては、実施例１と同
様の方法で、透明電極２ａ、絶縁膜４及び配向膜５ａを
形成した。各層の厚さは、透明電極２ａが0.1μｍ、絶
縁膜４が0.1μｍ、配向膜５ａが0.05μｍである。

【００６４】これらの上下基板１ａ，１ｂをパラレルラ
ビングした後、1.0μｍのスペーサー６を介在させて、
２液混合型接着剤を用いて張り合わせた。完成したセル
は、セル厚1.05μｍで均一に保たれた。また、メルク社
製の液晶SCE8を注入したところ、良好な配向が得られ
た。

【００６５】下側の基板１ｂについては、図１７にスピ
ンコート条件と段差の形状の関係を示すように、平坦化
膜V-259PAを厚く塗った場合には図１７の（ａ）に示す
ような平坦化膜３ｂの形状となり、平坦化膜V-259PAを
薄く塗った場合には図１７の（ｂ）に示すような平坦化
膜３ｂの形状となった。

【００６６】このように、スピンコートの条件によっ
て、段差部が平坦にならないものも生じたが、次の工程
で塗布した平坦化膜（BCB）でほぼ平坦化された。ま
た、この段階で、BCBを薄く塗布したもので平坦化させ
ないものも作製した。この場合でも、ラビング方向と段
差の方向を垂直にすることで、段差にかかわらず良好な
配向が得られた。

【００６７】この実施例で得られる特性曲線も図１０で
示すようになったが、領域Ａの最小電圧は32.0Ｖ、領域
Ｂでは42.0Ｖとなった。これは実施例１とほぼ同一の値
である。

【００６８】この実施例では、実施例１に比べて、
（１）２種類の異なる平坦化膜を使用した、（２）段差
は0.1μｍと低い、ことが特徴であるが、このことか
ら、平坦化膜の種類を変える、いくつかの平坦化膜を組
み合わせる、といったことで自由に特性差をコントロー
ルすることができる。

【００６９】〔実施例４〕本発明の実施例４の構成を図
１８に示す。図１８において、図６と同じ構成要素には
同じ参照番号を付してその説明を省略する。この実施例
においては、平坦化膜３を２層形成している。

【００７０】この実施例の作製プロセスは図２１及び図
２２の（ａ）〜（ｈ）に示すようになる。下側の基板１
ａには、まず、ITOを全面に0.1μｍの厚さでスパッタリ
ングした後（図２１の（ａ）参照）、フォトレジストの
塗布（図２１の（ｂ）参照）、マスク露光、現像、エッ
チングによって、領域Ｂに相当する30μｍを残し（図２
１の（ｃ）参照）、その上から、一回目として、新日鉄
化学社製の平坦化膜V-259PAを0.3μｍの厚さで塗布した
（図２１の（ｃ）参照）。

【００７１】さらにもう一度、ITOを0.1μｍエッチング
して（図２２の（ｅ）参照）、レジスト処理で（図２２
の（ｆ）参照）、領域Ａに相当する60μｍの部分を形成
した（図２２の（ｇ）参照）。ITOの両端の取り出し口
は、図１９及び図２０に示すように、領域Ａと領域Ｂの
２つの領域が重なり合うようにITOと平坦化膜をパター
ンニングしている。

【００７２】この上に、２回目として、平坦化膜V-259P
Aを0.2μｍの厚さで塗布した（図２２の（ｈ）参照）。
このプロセスで、フローティングITO型の段差を形成し
た。後は、この上にチッソ社製の配向膜X007を塗布し、
ラビングした。

【００７３】上側の基板１ａは実施例１と同様にして作
製した。この上下基板１ａ，１ｂを1.0μｍのスペーサ
ー６を介在させて張り合わせたところ、セル全面均一に
1.10μｍのセル厚が得られた。その後、メルク社製の液
晶SCE8を注入した。また、配向も良好なC2U配向が得ら
れた。この構造は、ITO上の平坦化膜３の厚さから考え
ると、機能的に実施例１と同等であり、実際得られた結
果も実施例１と同一であった。

【００７４】この実施例では、平坦化膜を２層塗布する
のが特徴であるが、これは同一のものを塗布するとは限
らず、別の種類のものを塗布してもよい。別の種類の平
坦化膜を塗布することによって、２つの領域の特性差も
同一のものを塗布したものとは異なることが考えられ
る。

【００７５】〔実施例５〕本発明の実施例５の構成を図
２３に示す。図２３において、図６と同じ構成要素には
同じ参照番号を付してその説明を省略する。この実施例
においては、段差を２つ設け、特性の異なる領域を３箇
所とした。

【００７６】この実施例の作製プロセスは図２５及び図
２６の（ａ）〜（ｉ）に示すようになる。まず、下側の
基板１ｂの全面にITOを0.4μｍの厚さでスパッタリング
し（図２５の（ａ）参照）、レジストの塗布（図２５の
（ｂ）参照）、マスク露光、現像、エッチングで、90μ
ｍの幅にパターンニングした（図２５の（ｃ）参照）。

【００７７】そこに再度ITOを0.4μｍの厚さでスパッタ
リングして（図２５の（ｄ）参照）、120μｍの幅にパ
ターンニングした（図２５の（ｅ）及び図２６の（ｆ）
参照）。さらにもう一度、ITOを0.1μｍの厚さで全面ス
パッタリングして（図２６の（ｇ）参照）、150μｍの
幅でパターンニングした（図２６の（ｈ）及び（ｉ）参
照）。

【００７８】これによって、１画素が150μｍで、領域
比が１：１：３で、段差が0.4μｍの２段階のものが得
られた。この実施例では、これと同時に、領域比が左か
ら２：１：４で、段差が0.6μｍの２段階のものも作製
した。段差はこの比の順に高くなって行くものとする。
段差は、本例においてはITOのみで作製したが、これま
での実施例と同じように、段差形成用膜で作製してもよ
い。

【００７９】このようにして得られた２段差付の透明電
極２ｂの形成された下側の基板１ｂに平坦化膜３を塗布
したところ、表面はほぼ平坦化された。この上にチッソ
社製の配向膜X007を塗布し、ラビングした。なお、平坦
化膜３を故意に薄く塗布したところ、段差は完全には平
坦化されなかったが、配向膜５ｂの塗布後、段差と平行
にラビングしたところ、良好な配向が得られた。

【００８０】上側の基板１ａは実施例１と同様に作製し
た。２枚の上下基板１ａ，１ｂを1.0μｍのスペーサー
６を介在させて張り合わせたところ、均一なセル厚1.10
μｍのものが得られた。本例で作製したセルで、図２４
の（ａ）に示すような領域比が１：１：３のものをタイ
プ１、図２４の（ｂ）に示すような領域比が２：１：４
のものをタイプ２とした。

【００８１】タイプ１の特性曲線を図２７に示し、タイ
プ２の特性曲線を図２８に示す。タイプ１とタイプ２で
は段差の大きさが異なるため、特性の変化量も異なる。
タイプ１とタイプ２で特性曲線の最小値を比較すると、
次の表のようになる。

【００８２】

【表１】

【００８３】このため、電圧範囲ａ〜ｆで示すスイッチ
ングする領域（ＳＷ領域）もタイプ１とタイプ２では異
なり、タイプ１とタイプ２では次の表のようになる。表
中、スイッチングする領域は○印で示し、スイッチング
しない領域は×印で示す。

【表２】

【００８４】

【表３】

【００８５】タイプ１とタイプ２で最も大きく異なる点
は、スイッチング領域のｄ（電圧範囲ｄで示す領域）で
ある。タイプ１においては、この電圧範囲ｄの区間で
は、領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの全領域でスイッチング
するが、タイプ２においては、この電圧範囲ｄの区間で
は、領域Ｂしかスイッチングしない。

【００８６】そのため、階調数は、タイプ１において
は、図２９に示すように、０：１：２：３：４：５の６
階調であるが、タイプ２においては、全領域を一度にス
イッチングすることができないので、タイプ１が透過光
量０％から100％までの６階調であるのに対して、タイ
プ２では、図３０に示すように、０％から約85％までの
６階調である。

【００８７】ただし、段差を２つ設けて、３つのスイッ
チング特性の異なる領域を作った場合、６階調が可能で
あるため、必要な階調数がそれ以下であれば、駆動電圧
の有利不利を考えて、タイプ１とタイプ２とを選択すれ
ばよい。

【００８８】このようなデバイス構造と、負の誘電異方
性を持つ液晶の組み合わせを用いることで、ｎ個の領域
を作れば、２ｎ個の階調数を得ることができる。また、
段差の大きさと、各領域の大きさをコントロールするこ
とで、階調のとり方も自由にコントロールできるので、
必要な階調数に応じて、段差の数、高さを設計すること
ができる。

【００８９】〔実施例６〕本発明の実施例６の構成を図
３１に示す。図３１において、図６と同じ構成要素には
同じ参照番号を付してその説明を省略する。図中、９は
傾斜形成用膜である。この実施例においては、画素内に
段差を作るのではなく、ゆるやかな傾斜を持たせたこと
が特徴である。

【００９０】この実施例の作製プロセスは図３３及び図
３４の（ａ）〜（ｈ）に示すようになる。まず、感光性
ポリイミドを、露光時間を変えて、段差のある型を形成
し（図３３の（ａ）参照）、焼成したところ、角が取れ
たなだらかなスタンプの原型ができた（図３３の（ｂ）
参照）。

【００９１】これをニッケルにスタンプとしておこした
（図３３の（ｃ）参照）。これをガラスからなる下側の
基板１ｂ上に、東レ社製のセミコファインSP910を1.0μ
ｍの厚さでスピンコートしたものの上にスタンプしたと
ころ（図３３の（ｄ）参照）、ほぼ図３４の（ｅ）に示
すような傾斜形成用膜９ができた。

【００９２】ここにITOを全面にスパッタリングして
（図３４の（ｆ）参照）、レジストの塗布、マスク露
光、現像、エッチングで、画素内のみにITOをパターン
ニングした（図３４の（ｇ）参照）。その上から、新日
鉄化学社製の平坦化膜V-259PAを塗布したところ、表面
は平坦化した（図３４の（ｈ）参照）。

【００９３】その後、チッソ社製の配向膜X007を塗布
し、ラビングした。また、平坦化膜３を故意に薄く塗布
し、表面が完全に平坦化していない場合でも、図３２に
示すように傾斜方向と垂直にラビングすることで、良好
なC2U配向が得られた。

【００９４】上側の基板１ａは実施例１と同様に作製
し、２枚の上下基板１ａ，１ｂを0.1μｍのスペーサー
６を介在させて張り合わせた。できあがったセルにメル
ク社製の液晶SCE8を注入した。

【００９５】この構造の特徴は、段差を作る方法に比べ
ると、印加電圧に応じて、透過光量を自由にコントロー
ルできることである。また、従来の液晶を使った場合、
図３５に示すように、印加電圧を高くしていくにつれ
て、段差の高い方からスイッチングが始まり、その後、
スイッチングできる領域が増加し、最後に全面スイッチ
ングしていくが、負の誘電異方性の液晶を用いた場合、
図３６に示すように、印加電圧を高くするにつれて全面
スイッチングを行うようになるが、さらに印加電圧を高
くした場合、今度は段差の高い方からスイッチングしな
い領域がでてくる。そうして、スイッチング領域が減少
し、最後に全面スイッチングしなくなってしまう。

【００９６】これは、負の誘電異方性をもつ液晶では、
図４に示すような特性曲線を持つために生じる現象であ
る。この方式による階調表示では、図３６の（ａ）の従
来モードと同じ方式、あるいは図３６の（ｂ）の従来と
逆のモードのどちらでも、適切な方を選択することがで
きる。また、これら２つのモードを組み合わせてもよ
い。

【００９７】この実施例では、ゆるやかな傾斜を作った
が、形状はこれに限らず、図３７の（ａ）及び（ｂ）に
示すように、１つの画素内で山形にしたり、半円球のよ
うな形状にしてもよい。この場合のスイッチングは、印
加電圧を高くするにつれて、まず、中心部からスイッチ
ングし始め、徐々に全面に広がり、全面スイッチングし
た後、今度は中心部からスイッチングしなくなってい
き、ついには全面スイッチングしなくなるという、スイ
ッチング特性を持つものと考えられる。また、本例にお
いてはスタンプ法を用いて傾斜を作製したが、この傾斜
の作製方法はこれに限らず、さまざまな方法を適用する
ことができる。

【００９８】

【発明の効果】この発明によれば、配向、色味（コント
ラスト）、セル厚制御、階調数についての問題点を改善
し、強誘電性液晶表示素子の階調表示を可能とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的な構造を示す説明図である。

【図２】本発明の段差形成用膜で段差を形成した場合の
原理的な構造を示す説明図である。

【図３】本発明の平坦化膜の構成を示す説明図である。

【図４】本発明の負の誘電異方性を持つ強誘電性液晶の
τ−Vmin特性曲線を示すグラフである。

【図５】本発明の負の誘電異方性を持つ強誘電性液晶の
スイッチング領域を示すグラフである。

【図６】本発明による強誘電性液晶表示素子の実施例１
の構成を示す説明図である。

【図７】実施例１の透明電極に直接段差を形成した場合
と段差形成用膜で段差を形成した場合の構造を示す説明
図である。

【図８】実施例１の透明電極に直接段差を形成して下側
の電極を作製する方法の一例を示す説明図である。

【図９】実施例１の段差形成用膜で段差を形成して下側
の電極を作製する方法の一例を示す説明図である。

【図１０】実施例１の強誘電性液晶表示素子にモノパル
スをかけて得られた特性曲線を示すグラフである。

【図１１】実施例１の強誘電性液晶表示素子の１画素の
顕微鏡観察の説明図である。

【図１２】本発明の実施例２の構成を示す説明図であ
る。

【図１３】実施例２のラビング方向と段差の方向を示す
説明図である。

【図１４】本発明の実施例３の構成を示す説明図であ
る。

【図１５】実施例３の平坦化膜の構成を示す説明図であ
る。

【図１６】実施例３の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図１７】実施例３のスピンコート条件と段差の形状の
関係を示す説明図である。

【図１８】本発明の実施例４の構成を示す説明図であ
る。

【図１９】実施例４の透明電極の両端の取り出し口を示
す説明図である。

【図２０】実施例４の透明電極の両端の取り出し口を示
す説明図である。

【図２１】実施例４の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図２２】実施例４の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図２３】本発明の実施例５の構成を示す説明図であ
る。

【図２４】実施例５のタイプ１とタイプ２の形状を示す
説明図である。

【図２５】実施例５の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図２６】実施例５の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図２７】実施例５のタイプ１の特性曲線を示すグラフ
である。

【図２８】実施例５のタイプ２の特性曲線を示すグラフ
である。

【図２９】実施例５のタイプ１の強誘電性液晶表示素子
の１画素の顕微鏡観察の説明図である。

【図３０】実施例５のタイプ２の強誘電性液晶表示素子
の１画素の顕微鏡観察の説明図である。

【図３１】本発明の実施例６の構成を示す説明図であ
る。

【図３２】実施例６のラビング方向と段差の方向を示す
説明図である。

【図３３】実施例６の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図３４】実施例６の作製プロセスを示す説明図であ
る。

【図３５】従来の強誘電性液晶表示素子の１画素の顕微
鏡観察の説明図である。

【図３６】実施例６の強誘電性液晶表示素子の１画素の
顕微鏡観察の説明図である。

【図３７】実施例６の傾斜の形状を示す説明図である。

【図３８】１画素内の電極上に段差を形成した従来の強
誘電性液晶表示素子の構成を示す説明図である。

【図３９】１画素内で電極に傾斜を設けた従来の強誘電
性液晶表示素子の構成を示す説明図である。

【図４０】従来の強誘電性液晶の閾値特性曲線を示すグ
ラフである。

【図４１】従来の強誘電性液晶表示素子の領域Ａ及び領
域Ｂの各閾値特性曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａ 一方側（上側）の基板 １ｂ 他方側（下側）の基板 ２ａ 上側の電極 ２ｂ 下側の電極 ３ 平坦化膜 ４ 絶縁膜 ５ａ 上側の配向膜 ５ｂ 下側の配向膜 ６ スペーサー ７ 強誘電性の液晶層 ８ 段差形成用膜 ９ 傾斜形成用膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/141 Ｇ０２Ｆ 1/137 ５１０

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配置した電極と液晶の配
   向を制御する配向膜とを有する一対の基板間に強誘電性
   液晶を挟持し、各電極の対向した部分を画素として構成
   した強誘電性液晶表示素子において、 画素内に電極間距離の異なる領域を設け、これらの任意
   の２つの領域において、電極間の距離の差よりも、液晶
   層の厚さの差の方を小さくしたことを特徴とする強誘電
   性液晶表示素子。
2. 【請求項２】 １画素内の少なくとも１ヵ所以上で電極
   に段差を設け、その段差上に平坦化膜を形成することに
   より、液晶層の表面を平坦にしたことを特徴とする請求
   項１記載の強誘電性液晶表示素子。
3. 【請求項３】 １画素内で電極に傾斜を設け、その傾斜
   した電極上に平坦化膜を形成することにより、液晶層の
   表面を平坦にしたことを特徴とする請求項１記載の強誘
   電性液晶表示素子。
4. 【請求項４】 強誘電性液晶が負の誘電異方性を持つ強
   誘電性液晶からなることを特徴とする請求項１から３の
   いずれか１つに記載の強誘電性液晶表示素子。
5. 【請求項５】 ｎ（ｎ：任意の自然数）段の段差でｎ＋
   １、又は２ｎ個の階調数を持つことを特徴とする請求項
   ４記載の強誘電性液晶表示素子。
6. 【請求項６】 １画素内に電極間距離の異なる３つの領
   域を設け、各領域の面積比を１：１：３とし、各画素ご
   とに６階調を得ることを特徴とする請求項１記載の強誘
   電性液晶表示素子。
7. 【請求項７】 １画素内に電極間距離の異なる３つの領
   域を設け、各領域の面積比を２：１：４とし、各画素ご
   とに６階調を得ることを特徴とする請求項１記載の強誘
   電性液晶表示素子。
8. 【請求項８】 電極間距離の異なる方向とラビング方向
   とが垂直であることを特徴とする請求項１から７のいず
   れか１つに記載の強誘電性液晶表示素子。