JPH07128640A

JPH07128640A - 強誘電性液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07128640A
Application number: JP5272430A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Kouden; 充浩向殿; Akira Tagawa; 晶田川; Kazuhiko Tamai; 和彦玉井; Tokihiko Shinomiya; 時彦四宮; Tomoaki Kuratate; 知明倉立; Koichi Fujimori; 孝一藤森
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1995-05-19
Also published as: US5539546A; EP0651278B1; EP0651278A3; EP0651278A2; DE69427628D1

Abstract

(57)【要約】【目的】多段階階調表示のできる強誘電性液晶表示装
置【構成】一対の電極の間に強誘電性液晶を介在させた
強誘電性液晶表示装置であって、電極の対向した部分が
画素とされ、画素が分離壁によって異なる大きさの領域
に分割されてなることを特徴とする強誘電性液晶表示装
置。

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
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶は1975年にメイヤー（Meye
r）らによって発見され、1980年にクラーク（Clark）と
ラガバル（Lagerwall）によって、表面安定化強誘電性
液晶としてデバイスへの応用が提案された。強誘電性液
晶表示装置は通常キラルスメクティックＣ液晶相を２μ
ｍ程度の薄い基板間に挟み、そのとき得られる双安定状
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ティック液晶に比
べて約1000倍も速い数10μsec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することによ
り、1000本以上の走査線を有する大表示容量液晶ディス
プレイも可能となる。

【０００３】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。階調表示には大きく分けて、・面積分割法・時間分割法・アナログ階調法の３つがあり、それぞれについてたくさんの提案・報告
があるが、いずれかの手法を用いて、フル階調または２
５６階調などの多段階の階調表示をもつ強誘電性液晶デ
ィスプレイを商品化したという報告はない。従来の階調
表示の手法については、ハートマン（W.J.A.M.Hartman
n）の論文(Ferroelectrics, 122巻，1-26頁，1991年）
によって報告されている。

【０００４】面積分割法は画素の面積を分割してその明
の面積と暗の面積の比で中間調を表示するものであり、
例えば、２５６階調を実現するには、図１のように画素
の面積比を２⁰：２¹：２²：２³：２⁴：２⁵：２⁶：２⁷ とすることによって２５６階調を実現できる。

【０００５】他の方法として、複数の強誘電性液晶を利
用して階調表示する方法が公開特許平３−１７４５１４
号公報に開示されている。この方法は一対の電極間に複
数の分離壁を設けて、この分離壁により強誘電性液晶が
充填される空間を２以上の区画に分離し、空間の各区画
にしきい値電圧がそれぞれ異なる強誘電性液晶を充填し
たものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の面積分割法は１
種類の液晶が利用できる利点はあるが、しかし、この技
術の場合、電極の数が増加するため、駆動のためのＬＳＩの数が
増加し、コストアップになる。（図１のケースでは、階
調なしの場合に比べて、走査電極側で２倍の数の駆動Ｌ
ＳＩが必要であり、信号電極側で４倍の数の駆動ＬＳＩ
が必要となる。）電極幅の細い電極では、電極抵抗が高くなり、信号の
なまりが生じるなどの問題が起こる。線順次操作によるマトリクス駆動の場合、高速のライ
ン書き込み時間が必要となる。（図１のケースでは、走
査電極電極側が２つに分割されているので、２倍の高速
書き込み時間が必要となる。）などの問題があり、この
手法で多段階の階調表示を実現するのは好ましいやり方
とは言えない。

【０００７】複数の強誘電性液晶を利用する方法は、階
調表示に必要な数のしきい値の異なる複数の強誘電性液
晶組成物を充填することを必須としており、極めて煩雑
な表示装置の作成工程を必要とし、必然的に高コストと
なる。従って、この手法で多段階の階調表示を実現する
ことも好ましい方法とは言えない。

【０００８】一方、アナログ階調法としては、例えば、
画素内の強誘電性液晶のスイッチングの閾値の勾配をつ
けるための種々の方法が提案されているが、実用に適し
たものはいまだ確立されていない。上記のような状況下
にあって、多段階階調表示において、単一の液晶組成物
を利用し、かつ電極数を増加させることのない強誘電性
液晶表示装置が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かくしてこの発明によれ
ば、一対の電極の間に強誘電性液晶を介在させた強誘電
性液晶表示装置であって、電極の対向した部分が画素と
され、画素が分離壁によって異なる大きさの領域に分割
されてなることを特徴とする強誘電性液晶表示装置を提
供する。

【００１０】この発明では、一対の電極の対向した部分
が画素とされ、各々の画素が分離壁によって異なる大き
さの領域に分割される。そして、画素に印加される電界
の大きさに応じて、画素の明暗を変化させるものであ
る。即ち画素内を異なる大きさの領域に分割するが、各
領域の液晶のしきい電圧は異なるので、印加した電圧に
対応してスイッチングする液晶とスイッチングしない液
晶が出現する。その結果画素全体として階調表示を得る
ものである。この電極の少なくとも１つは、透光性の絶
縁性基板の上に設けられる。この透光性の絶縁性基板に
はそれぞれＩｎＯ ₃、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ(Indium Tin Oxid
e)などの導電性薄膜からなる透明電極が形成され、不透
明性の絶縁性基板にはＡｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｕ、
Ｃｕ、Ｃｒなどの不透明性の導電膜からなる反射電極が
形成される。

【００１１】画素の形成方法としては、一方の透光性の
絶縁性基板上に複数の線状の電極、例えば走査電極が設
けられ、他方の基板の上に走査電極とは直交する方向に
複数の線状の電極、例えば信号電極が設けられ、これら
走査電極と信号電極の対向する部分を画素とする方法
や、一方の透光性の絶縁性基板上の全面に透明電極が設
けられ、他方の基板上に複数の点状の反射電極が設けら
れ、これら透明電極と反射電極の対向する部分を画素と
する方法などが挙げられる。ここで、画素の大きさは、
電極の大きさやその形状によって異なるが、１０²〜１
０⁶μｍ²の範囲、特に250〜１０⁵μｍ²の範囲が好まし
い。

【００１２】この発明では、画素が分離壁によって異な
る大きさの領域に分割されるが、より詳しくは、各画素
が分離壁によって囲まれ、かつその囲まれた領域内で、
大きさの異なる領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等と分割されること
を意味する。この大きさの異なる領域への分割は，各画
素自体における所望の階調（その位置に存在する強誘電
性液晶による）を得るためになされる。この分割壁内で
の領域の液晶分子について説明すると、液晶分子は分離
壁によって分割された領域内で壁の影響を受ける。分離
壁に接する強誘電性液晶分子は分離壁との相互作用のた
めスイッチングしにくくなり、双安定状態間のスイッチ
ングするしきい値（しきい電圧、Ｖthと略）が変化す
る。即ち、分割された領域が小さいほど分離壁の影響を
受け、Ｖthは上昇する。このように、分割された領域の
大きさを変化させて多様なＶthを持たせ、多様なＶthの
領域に電圧波形を印加することによって多段階階調表示
が行れる。

【００１３】なお、ここで、分離壁はその壁によってＶ
thを変化させることが必須であり、領域の外側の全てが
壁によって囲まれていることを必須としない。ただし、
分離壁の影響を均一化するため、全領域が壁で囲まれて
いることが好ましい。１つの画素領域内において、その
中の最大の領域の大きさは実質的に壁の影響を受けない
大きさであり、最小の領域の大きさは表示装置の作成限
界である。その範囲は、適用される強誘電性液晶および
装置によって異なるが、最大の領域と最少の領域は例え
ば１０²〜１０⁶μｍ²の範囲内であり、１０²〜１０⁵μ
ｍ²の範囲が好ましい。

【００１４】分離壁の材質はＶthに影響を与える材質で
あればよく、無機系、有機系などの種々の材料が使用可
能であり、絶縁性材料である必要はない。例えば、Ｓｉ
Ｏ₂、ＳｉＮx、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃などの無機系膜をフ
ォトリソグラフィーなどの手法でパターニングして形成
したり、また、ブラックマトリックス用に用いられるエ
ポキシ系、アクリル系、ノボラック系などの有機系膜が
適用可能である。例えば、ラウリルアクリレート１０重
量％とステアリルアクリレート１０重量％を溶媒中に溶
解し、これにイルガキュア６５１（IRGACURE651 メルク
社製）を０．５〜１重量％添加した後、１０〜１５分
間、光照射（１２ｍＷ／ｃｍ²）して重合して硬化さ
せ、パターニンを形成することなどが挙げられる。

【００１５】つぎにこの発明の強誘電性液晶表示装置の
例を図２に示す。図２（ａ）は強誘電性液晶装置を基板
側から見た模式図であり、図２（ｂ）および（ｃ）はそ
れぞれＸ−Ｘ’およびＹ−Ｙ’に沿った断面図である。
ここで、１は基板、２は電極、３は絶縁膜、４は配向
膜、５は分離壁、６は強誘電性液晶である。

【００１６】この発明の基板１ａ，１ｂとしては透光性
の絶縁性基板が用いられ、通常、シリコン基板、ガラス
基板およびプラスチックフイルムなどが使われる。一方
の透光性の絶縁性基板１ａ上に複数の線状の電極、すな
わち走査電極２ａが設けられ、他方の基板１ｂの上に走
査電極２ａとは直交する方向に複数の線状の電極、すな
わち信号電極２ｂが設けられ、これら走査電極２ａと信
号電極２ｂの対向する部分が画素とされる。

【００１７】その上に、任意に絶縁性膜３ａ，３ｂが形
成される。この絶縁性膜３ａ，３ｂは例えば、Ｓｉ
Ｏ₂、ＳｉＮｘ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅などの無機系薄
膜、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶など
の有機系薄膜などを用いることができる。絶縁性膜３
ａ，３ｂが無機系薄膜の場合には蒸着法、スパッタ法、
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法、あるいは溶液
塗布法などによって形成できる。また、絶縁性膜３ａ，
３ｂが有機系薄膜の場合には有機物質を溶かした溶液ま
たはその前駆体溶液を用いて、スピンナー塗布法、浸せ
き塗布法、スクリーン印刷法、ロール塗布法などで塗布
し、所定の硬化条件（加熱、光照射など）で硬化させ形
成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法な
どで形成したり、ＬＢ（Langumuir-Blodgett）法などで
形成することもできる。

【００１８】電極２ａ，２ｂまたは任意に形成された絶
縁性膜３ａ，３ｂの上には配向膜４ａ，４ｂが形成され
る。ここで、配向膜の一方は省略されてもよい。さらに
双方に配向膜がある場合でも、一方に配向処理が施され
なくともよい。配向膜には無機系の層を用いる場合と有
機系の層を用いる場合とがある。無機系の配向膜を用い
る場合、よく用いられる方法としては酸化ケイ素の斜め
蒸着がある。また、回転蒸着などの方法を用いることも
できる。有機系の配向膜を用いる場合、ナイロン、ポリ
ビニルアルコール、ポリイミド等を用いることができ、
通常この上をラビングする。また、高分子液晶、ＬＢ膜
を用いて配向させたり、磁場による配向、スペーサエッ
ジ法による配向なども可能である。また、ＳｉＯ_2,Ｓｉ
Ｎｘなどを蒸着し、その上をラビングする方法も可能で
ある。

【００１９】配向処理法としては、ラビング法、斜方蒸
着法などがあるが、大画面の液晶表示装置の量産化の場
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
液晶表示装置の場合、いずれも配向法も用いることがで
きる。

【００２０】ついで、分離壁５を画素の領域に形成す
る。分離壁５を形成した後に絶縁膜３および配向膜４を
形成してもよく、絶縁膜３および配向膜４を形成した後
に分離壁５を形成してもよい。ついで、両基板間に強誘
電性液晶６を挟持する。この発明に用いられる強誘電性
液晶６は、分割された領域毎に複数の種類の液晶が用い
られてもよいが、作業性および経済性の観点より１種の
液晶であることが好ましい。

【００２１】具体的な強誘電性液晶のうち、誘電率異方
性（△εと略）〜０を示す液晶化合物（Ｉ）としては、
フェニルピリミジン系などがあり、具体的には市販のＣ
Ｓー１０１４（チッソ社製）などが好適に利用できる。
△ε＜０を示す液晶化合物（II）としては側鎖にシアノ
基、フッソ基などの極性の強い官能基を有するものがあ
り、具体的には市販のＺＬＩ−５０１４（メルク社製）
などが好適に利用できる。

【００２２】この発明に用いられる強誘電性液晶は、上
記液晶化合物（Ｉ）、（II）を、公知の液晶や組成物と
混合して調製することができる。この液晶組成物には、
本発明の意図する効果が阻害されない限り、種々の添加
剤が配合されていてもよい。例えば、末端にフルオロア
ルキル基を有する他の液晶性化合物や液晶相溶性化合
物、例えば、２色性色素が配合（通常、０．０１〜１ｗ
ｔ％）されていてもよく、その例は、例えば特開平３−
４７，８９１号公報等に示される。

【００２３】二色性色素の配合例としては、スメクティ
ック、ネマティックまたはカイラルネマティック液晶に
ゲスト−ホスト方式の二色性色素を含有させた例を挙げ
られる。ここで、２色性色素の化合物の例としてはマゼ
ンタを示すものはＧ２１４，Ｇ２４１など、緑色を示す
ものはＧ２８２とＧ２３２の混合など、シアンを示すも
のはＧ２８２、Ｇ２７９など、赤色を示すものはＧ２０
５，Ｇ１５６など、黄色を示すものはＧ２３２，Ｇ１４
３など、青色を示すものはＧ２７４，Ｇ２７７（いずれ
も日本感光色素研究所製）などが挙げられる。本発明の
ホストであるスメクティック液晶は、上記の液晶が挙げ
られる。

【００２４】強誘電性液晶６を挟持する方法は、基板１
ａ，１ｂを貼り合わせるときに、分離壁５の厚さよりや
や大きい径の液晶セル厚制御用のスペーサを基板間に散
布し、強誘電性液晶を基板間全面に注入する方法や、一
方の基板１ａ上に分離壁５を形成した後、他方の基板に
強誘電性液晶を挟み、両基板を貼り合わせる方法などが
挙げられる。前者の場合、スペーサ径は１〜３０μｍ程
度、好ましくは１〜１５μｍであり、またスペーサは分
離壁の中に混入されていても同じ効果が得られる。

【００２５】さらに、別の強誘電性液晶６を挟持する方
法が図３に示されている。まず図３（ａ）のように、強
誘電性液晶とアクリル系などの光重合性モノマーを含む
混合物を基板１ａ，１ｂ間に挟持する。挟持は、強誘電
性液晶セルの端部より混合物を注入したり、混合物を直
接両基板の間に挟んだりして行う。この混合物に、任意
に重合開始剤および界面活性剤を添加してもよい。つい
で、図３（ｂ）に示されているようにフォトマスクを用
いて光照射して重合する。ついで、図３（ｃ）に示すよ
うに、照射部分は重合されて分離壁５が形成され、非照
射部分は強誘電性液晶部分とされる。挟持後、アクリル
系等のＵＶ硬化型の樹脂で挟持口を封止して液晶セルと
する。

【００２６】さらに、この液晶セルの上下に偏光軸をほ
ぼ直交させた偏光板を配置させ、偏光板の一方の偏光軸
をセルの液晶のどちらか一方の光軸にほぼ一致させて液
晶表示装置とする。この装置では図２に示すように、画
素の電極は分割されず、強誘電性液晶が画素上で分離壁
５によって異なる大きさの領域に分割されている。図２
は５段階の階調表示の例であるが、まず画素は大きく
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つの領域に分割され、さらに領域Ｂ
は４分割、領域Ｃは９分割、領域Ｄは１６分割され、そ
れぞれの大きさの領域が形成されている。

【００２７】さらに、この発明による液晶表示装置の他
の例を示す。図７はアモルファス（ａ−と略）Ｓｉ半導体・薄
膜トランジスタ（ＴＦＴと略）を用いたアクティブマト
リックス基板と強誘電性液晶を組合せた液晶表示装置の
断面図である。ここで、３１は基板、３２はゲート電
極、３３はゲート絶縁膜、３４はａ−Ｓｉ半導体膜、４
４はリンドープのｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜、３５は絶縁膜、３
６はソース電極、３７はドレイン電極、３８は画素電
極、３９は絶縁膜、４０は配向膜、４１は共通電極、４
２は不透明膜、４３は強誘電性液晶、４５は分離壁であ
る。ここで４２の不透明膜はなくともよい。また４０の
配向膜のうち１つは配向処理が施されている。さらに、
図７の液晶表示装置のように、基板３１の上にカラーフ
ィルタを形成してカラー表示をしてもよい。

【００２８】次に図１０に本発明を適用した反射型の液
晶表示装置の例を示す。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５７を備
え、この単結晶シリコン基板５７の上にフィールドシリ
コン酸化膜５６が形成されている。フィールドシリコン
酸化膜５６には一部、この図示例では２箇所に貫通孔５
６ａ，５６ｂが開孔され、これらの開通孔５６ａ，５６
ｂの内部と貫通孔５６ａ，５６ｂの上縁部回りのフィー
ルドシリコン酸化膜５６の上表面部分には単結晶シリコ
ン基板５７の底部に達する状態でそれぞれＡｌ電極５４
ｃ，５４ｂが形成されている。なお、このＡｌ電極５４
ｃ，５４ｂの下の単結晶シリコン基板５７部分は、ソー
ス領域５８とドレイン領域５９となっている。

【００２９】上記５６ａ，５６ｂとの間にはゲート絶縁
膜６１とゲート電極６０が配設されている。ゲート電極
６０は、Ａｌ電極５４ｃ，５４ｂと短絡しないように、
その表面をシリコン酸化膜で被覆している。このゲート
電極６０は、本例ではポリシリコンを使用している。上
記Ａｌ電極５４ｃ，５４ｂ及びフィールドシリコン酸化
膜５６の上には、保護膜５５が形成されている。保護膜
５５は、単結晶シリコン基板５７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５５のＡｌ電極５４ｂの上の部分には貫通孔５５ａ
が開設され、保護膜５５の上と貫通孔５５ａには底部が
Ａｌ電極５４ｂに達する状態で電極兼反射膜５４ａが形
成されている。この電極兼反射膜５４ａは、本例では反
射率の高いＡｌを用いている。また、電極兼反射膜５４
ａは、下部電極５４ｂとのコンタクト抵抗を低くするた
め、電極兼反射膜５４ａ形成後に熱処理が必要だが、こ
の時に電極兼反射膜５４ａの表面に凹凸が生じ、反射率
の低下をきたす。本例では、電極兼反射膜５４ａの表面
を平滑にし、反射率を高める目的で保護膜５５の形成後
と、電極兼反射膜５４ａを形成した後に行う熱処理後と
それぞれ表面を研磨し、平滑となる処理を行っている。

【００３０】この電極兼反射膜５４ａの上には、図示し
ない配向膜を形成後、下面全面に透明対向電極５２が形
成され、しかる後、図示しない配向膜を形成した透明ガ
ラス基板５１が配向配置され、この透明ガラス基板５１
と上述した単結晶シリコン基板５７との間に、強誘電性
液晶層５３と分離壁６２が形成されている。透明ガラス
基板５１は光入射側として使用される。

【００３１】また、本例は単結晶シリコン基板５７を用
いているので、ＩＣの技術をそのまま液晶装置に適用可
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、製造技術と
装置、回路設計技術、ＣＡＤ技術など高度に発達した先
端技術が適用できることになる。加えて既設のＩＣ工場
のクリーンルームで、他のＩＣと同時に製造できるた
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。

【００３２】この発明の強誘電性液晶表示装置に様々な
Ｖthを与える方法は、＊単純マトリックス駆動＊アクティブマトリックス駆動＊ＬＳＩによる駆動などが挙げられる。

【００３３】ここで、単純マトリックス駆動の場合、走
査電極と信号電極からなるマトリックスと構成して、走
査電極を１本づつ選択し、その選択した走査電極に結合
した画素をスイッチングさせていく。ここで駆動法の電
圧を図６に示す。なお、正負の電圧を印加したとき得ら
れる２つの双安定状態のうち、負の電圧を印加したとき
の状態が黒になるように、偏光板を設定するものとす
る。

【００３４】選択した走査電極には図６の（１）の波形
を印加し、その他の走査電極には（２）の波形を印加す
る。（１）の波形のうち高印加電圧Ｖs1は５〜６０Ｖの
範囲であり、約３０Ｖが好ましい。低印加電圧Ｖs2はＶ
s1より低電圧であればよく、例えば２０Ｖである。走査
電極上の画素の表示状態に応じて信号電極に（３）の波
形を印加する。この時の印加電圧Ｖd1は３〜６０Ｖであ
り、約１０Ｖが好ましい。またパルス巾は１０〜５００
μsecであり、約１００μsecが好ましい。このとき画素
には（４）または（５）の波形が印加される。

【００３５】この駆動例では、１つの書込みが６パルス
で構成される。最初の５パルスは状態を初期化するため
のもので、これによって、画素の状態を一旦黒にする。
それゆえ、Ｖs1は強誘電性液晶の双安定状態間スイッチ
ングに十分な大きさにする必要がある。最後の６パルス
目の電圧の値によって画素の白黒の面積比を制御する。
これは信号側の５および６パルス目の電圧Ｖd2で制御す
る。

【００３６】図２に示すような、異なる４つの領域
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を作成したときは、Ｖd2の値はＶd1
より小さい５通りの値を設定し、５段階の階調表示を行
える。即ち、領域の面積が小さいほどスイッチングのし
きい値は高くなり、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄの順になり、前記の黒の場合を含めて５段階の表示が可
能となる。５段階の表示はパルス巾や印加電圧Ｖd2を変
化させることにより、制御できる。

【００３７】従来の画素分割法では電極が分割されてい
たのに対し、この発明の表示装置では電極は分割され
ず、画素上の強誘電性液晶が分割されている点にある。
この発明の表示装置は電極数を増加させることのない強
誘電性液晶表示装置である。

【００３８】つぎに、アクティブマトリックス駆動の例
について、図８、９を参照して図７のＴＦＴ液晶セルの
場合について説明する。図８にはＴＦＴを用いたアクテ
ィブマトリックス型液晶表示素子の等価回路が示されて
おり、１本の走査電極Ｇ_1,Ｇ _2,．．．，Ｇ_n-1,Ｇ_n,Ｇ
_n+1,Ｇ_n+2,．．．，Ｇ_l-1,Ｇ₁とｋ本の信号電極Ｓ_1,Ｓ
_2,．．．，Ｓ_m,Ｓ_m+1,．．．，Ｓ_k-1,Ｓ_kがマトリクス
状に形成され、その各交点にＴＦＴを配列したアクティ
ブマトリクス基板に強誘電性液晶を組み合わせた液晶表
示素子である。各交点のＴＦＴのゲート電極は走査電極
に接続され、ソース電極は信号電極に接続される。Ｐ
_1/1,Ｐ_1/2,．．．Ｐ_1/m,Ｐ_1/m+1,．．．Ｐ
_n/ _1,Ｐ_n/2,．．．Ｐ_n/k,Ｐ_n/k+1,．．．などは各交点に
形成されたＴＦＴのドレイン電極に接続された画素を示
す。液晶を駆動する場合、走査線より信号を送ってゲー
ト電極Ｇに電界を印加し、ＴＦＴをオン（ＯＮ）にす
る。これに同期させて信号線よりソース電極Ｓに信号を
送ると、ドレイン電極Ｄを通して液晶ＬＣ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す
る。

【００３９】図９に電圧波形の例を示す。例えば、走査
電極Ｇ₁、信号電極Ｓ₁には図９に示すような波形が送ら
れ、このとき画素に印加される電圧波形は図９に示すよ
うになる。強誘電性液晶に正の電圧が印加されたときに
白の表示、負の電圧が印加されたときに黒の表示が得ら
れるように、偏光板を配置するものとする。

【００４０】まず、ｔ₁の時間走査電極Ｇ₁より信号を
送ってＴＦＴをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、
Ｇ₁に接続された画素に接続した信号電極からは正の電
圧＋Ｖs1を印加する。次のｔ₁の時間にはＧ₂より信号
を送ってＴＦＴをオン（ＯＮ）にし、これに同期させて
信号電極から信号を送る。以下同様にして順次ｎ本目ま
での各走査電極に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にして
ゆく。

【００４１】さて、ｎ本目の走査電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦＴ
をオン（ＯＮ）にする。これに同期して、Ｇ₁に接続さ
れた画素に接続した信号電極からは負の電圧−Ｖs1を印
加する。次のｔ₁の時間にはＧ₂より信号を送ってＴＦＴ
をオン（ＯＮ）にし、これに同期させて信号電極から信
号を送る。以下同様にして順次ｎ本目までの各走査電極
に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にしてゆく。それゆ
え、画素には、ｔ₁×ｎの時間、Ｖs1のパルス電圧が印
加されることになる。このパルス電圧は強誘電性を双安
定スイッチングさせるのに十分な値である必要があり、
これによって、画素の状態を黒状態に初期化するわけで
ある。

【００４２】さて、ｎ本目の走査電極により信号を送っ
た後、再びｔ₁の時間走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦ
Ｔをオン（ＯＮ）にする。これに同期して、Ｇ₁に接続
された画素に接続した信号電極からは負の電圧−Ｖs2を
印加する。この値は信号電極ごとに異なり、求められる
画素の表示状態によって値は決められる。図２のように
画素の面積の異なる４つの部分を作った場合、Ｖｓの絶
対値は５通り作る。次のｔ₁の時間にはＧ₂より信号を送
ってＴＦＴをオン（ＯＮ）にし、これに同期させて信号
電極から信号を送る。以下同様にして順次ｎ本目までの
各走査電極に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にしてゆ
く。

【００４３】さて、ｎ本目の走査電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦＴ
をオン（ＯＮ）にする。これに同期して、Ｇ₁に接続さ
れた画素に接続した信号電極からは正の電圧＋Ｖs2を印
加する。この値は信号電極ごとに異なり、求められる画
素の表示状態によって値は決められる。図２のように画
素の面積の異なる４つの部分を作った場合、Ｖｓの絶対
値は５通り作る。次のｔ₁の時間にはＧ₂より信号を送っ
てＴＦＴをオン（ＯＮ）にし、これに同期させて信号電
極から信号を送る。以下同様にして順次ｎ本目までの各
走査電極に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にしてゆく。

【００４４】再びｎ本目の走査電極より信号を送った
後、再びｔ₁の時間走査電極Ｇ₁より信号を送ってＴＦＴ
をオン（ＯＮ）にする。これに同期して、信号電極から
は０Ｖの電圧を印加する。以下同様にして順次ｎ本目ま
での各走査電極に接続したＴＦＴをオン（ＯＮ）にし、
これに同期して、信号電極からは０Ｖの電圧を印加す
る。次に以上と同様な走査をｎ＋１本目からｎ＋ｎ本目
までに行い、以下同様に１本目まで行う。

【００４５】ついでＬＳＩによる駆動を図１０に示し、
強誘電性液晶素子が駆動する例について述べる。図１１
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、液晶に直
接電圧を供給するため、液晶にはスイッチング時の耐圧
が必要である。Ｑ₂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オフ（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、Ｑ ₂をオン（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、強誘電性液晶をスイッチングさせる。

【００４６】このＱ₁のオン（ＯＮ）状態はＱ₂がオフ
（ＯＦＦ）後もそのまま保持される。このように、本例
の回路を用いると、液晶材料の抵抗値が低い場合及び自
発分極が大きい場合でも良好な表示品位を得ることが出
来る。強誘電性液晶には図１２に示すような電圧波形を
印加するとよい。最初の２つのパルス、即ち、τ₁の幅
のＶ₁および−Ｖ₁の電圧によって、強誘電性液晶を双安
定スイッチングさせ、黒状態に初期化する。次のτ₂の
幅の−Ｖ₂およびＶ₂の電圧は画素の求められる明るさに
よって変える。図２のように面積の異なる４つの状態を
用いた場合には、Ｖ₂の絶対値として５段階の値を用い
る。

【００４７】

【実施例】

実施例１強誘電性液晶表示装置を前記図２で説明した方法によっ
て作成し、そのときの断面図を図４（ａ）にを示した。
ここで、ガラス基板11a上にＩＴＯ膜(厚さ；約1000オン
グストローム)12aを作成し、フォトリソグラフィー手法
でストライプ状（巾；約160μｍ)にパターニングした。
この上にＳｉＯ₂絶縁膜15を1.5μｍの厚さで積層し、フ
ォトリソグラフィーを用いてパターニングした。パター
ニングした平面パターンは図２に示した。ついで、この
基板上にポリイミド配向膜(PSI-A-2101；チッソ石油化
学社製)14aを塗布し（厚さ；約400オングストロー
ム）、ラビングする。ラビングは絶縁膜15のパターンに
平行に実施する。

【００４８】一方、同様方法にて図４(b)に示したよう
に、もう一方のガラス基板11b上にＩＴＯ膜(厚さ；約10
00オングストローム)12bを形成し、フォトグラフィー手
法でストライプ状にパターニングする。これら両電極の
対向する部分を画素とした。ついで、この上にＳｉＯ₂
絶縁膜13bを1000オングストロームの厚さで積層し、つ
いでポリイミド配向膜(PSI-A-2101；チッソ石油化学社
製)14bを塗布し（厚さ；約400オングストローム）、ラ
ビングした。

【００４９】つぎに、基板11a上に強誘電性液晶(SCE-8;
メルク社製)16を挟持し、適当な温度をかけながら、も
う一方の基板11bをラビング方向が平行になるように貼
合わせ、図４(c)のような液晶セルを作成した。この
時、全領域は分離壁によって囲まれ、Ａ領域、Ｂ領域、
Ｃ領域およびＤ領域の大きさは、それぞれ22,500、3,60
0、1,600および400μｍ²であった。これを前記単純マト
リックス駆動法によって、20V×150μsec、25V×150μs
ec、30V×150μsecおよび45V×150μsecのパルスで駆動
したところ、極めて良好な５段階階調表示が得られた。

【００５０】実施例２強誘電性液晶表示装置を前記図２で説明した方法によっ
て作成し、図５(a)の断面図に示すように、ガラス基板2
1a上にＩＴＯ膜(厚さ；約1000オングストローム)22aを
作成し、フォトリソグラフィー手法でストライプ状
（巾；約160μｍ)にパターニングした。この上にＳｉＯ
₂絶縁膜23bを1.5μｍの厚さで積層し、ついでポリイミ
ド配向膜(PSI-A-2101；チッソ石油化学社製)24bを塗布
し（厚さ；約400オングストローム）、ラビングした。

【００５１】ついで、ＳｉＯ₂からなる分離壁５を画素
の上に形成した。つぎに、1.5μｍのスペーサを混合し
たフォトレジスト（ＯＦＰＲ−８００；東京応化社製）
25を全面に塗布し、フォトマスクを用いて露光し、現像
して所期のパターンを得た。パターン例は図２に示した
とおりである。この時、黒色色素をこのフォトレジスト
に混入して非透光性にすると、非画素部分が遮光とな
り、好ましかった。

【００５２】一方、図５(b)に示すように、もう一方の
ガラス基板21b上にＩＴＯ膜(厚さ；約1000オングストロ
ーム)22bを形成し、フォトグラフィー手法でストライプ
状にパターニングする。この上にＳｉＯ₂絶縁膜23bを1.
5μｍの厚さで積層し、ついでポリイミド配向膜(PSI-A-
2101；チッソ石油化学社製)24bを塗布し（厚さ；約400
オングストローム）、ラビングした。

【００５３】つぎに、基板21a上に強誘電性液晶(SCE-8;
メルク社製)26を挟持し、適当な温度をかけながら、も
一方の基板21bをラビング方向が平行になるように貼合
わせ、図５(c)のような液晶セルを作成した。この時、
全領域は分離壁によって囲まれ、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領
域およびＤ領域の大きさは、それぞれ22,500、3,600、
1,600および400μｍ²であった。これを前記単純マトリ
ックス駆動法によって、10V×150μsec、15V×150μse
c、30V×150μsecおよび50V×150μsecのパルスで駆動
したところ、極めて良好な５段階階調表示が得られた。

【００５４】実施例３強誘電性液晶表示装置を前記図２で説明した方法によっ
て作成し、図３(a)に断面図を示した。ここで、ガラス
基板1a上にＩＴＯ膜(厚さ；約1000オングストローム)2a
を作成し、フォトリソグラフィー手法でストライプ状
（巾；約160μｍ)にパターニングした。この上にＳｉＯ
₂絶縁膜3aを1.5μｍの厚さで積層し、ついで、この基板
上にポリイミド配向膜(PSI-A-2101；チッソ石油化学社
製)4aを塗布し（厚さ；約400オングストローム）、ラビ
ングする。

【００５５】一方同様方法にて、もう一方のガラス基板
1b上にＩＴＯ膜(厚さ；約1000オングストローム)2bを形
成し、フォトグラフィー手法でストライプ状にパターニ
ングする。この上にＳｉＯ₂絶縁膜3bを0.1μｍの厚さで
積層し、ついでポリイミド配向膜(PSI-A-2101；チッソ
石油化学社製)4bを塗布し（厚さ；約400オングストロー
ム）、ラビングする。

【００５６】次に、基板1aともう一方の基板1bをラビン
グ方向が平行となるように、セル厚２μｍとなるように
貼合わせ、この間に強誘電性液晶(SCE-8;メルク社製)お
よび光重合剤を挟持した。光重合剤は、ラウリルアクリ
レート１０重量％とステアリルアクリレート１０重量％
を溶媒中に溶解し、これにイルガキュア６５１（IRGACU
RE651 メルク社製）を0.5重量％添加して得た。

【００５７】次に図３(b)のようにフォトマスクを用
い、１０〜１５分間、光照射（１２ｍＷ／ｃｍ²）して
重合、硬化させた。これによって図３(c)のように照射
部分に分離壁が形成され、非照射部分に強誘電性液晶を
残す液晶セルを作成した。この時、全領域は分離壁によ
って囲まれ、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域およびＤ領域の大
きさは、それぞれ22,500、3,600、1,600および400μｍ²
であった。これを前記単純マトリックス駆動法によっ
て、30V×70μsec、30V×100μsec、30V×200μsecおよ
び30V×500μsecのパルスで駆動したところ、極めて良
好な５段階階調表示が得られた。

【００５８】

【発明の効果】この発明の強誘電性液晶表示装置は、画
素の各々が分離壁によって異なる大きさの領域に分割さ
れてなるよう構成されているため、従来法に比べ作成方
法が簡単であり、さらに電極を分割しないため駆動回路
も簡単であり、コスト削減できる。加えて、領域が分離
壁によって作成されているため、耐ショック性に優れた
構成になっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の階調表示法の例として、画素分割法によ
って２５６階調を得る方法を図示した図である。

【図２】本発明の強誘電性液晶素子の原理を示すための
平面図および断面図である。

【図３】本発明の強誘電性液晶素子の作製法の一例を説
明するための図である。

【図４】本発明の強誘電性液晶素子の作製法の別の一例
を説明するための図である。

【図５】本発明の強誘電性液晶素子の作製法の別の一例
を説明するための図である。

【図６】本発明の強誘電性液晶素子を単純マトリクス駆
動する方法を説明するための図である。

【図７】本発明を用いたアクフィブマトリクス型強誘電
性液晶表示について説明するための断面図である。

【図８】本発明を用いたアクフィブマトリクス型強誘電
性液晶表示について説明するための等価回路図である。

【図９】本発明を用いたアクフィブマトリクス型強誘電
性液晶素子の駆動法を説明するための図である。

【図１０】本発明を用いた別のタイプの利用法について
説明した図である。

【図１１】図１０の素子の等価回路を示すための図であ
る。

【図１２】図１０の素子を駆動する方法を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，３１絶縁性基板２ａ走査電極２ｂ信号電極３ａ，３ｂ，３５，３９絶縁性膜４ａ，４ｂ，４０配向膜５，４５分離壁６，２６，４３，５３強誘電性液晶１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，５１ガラス基板１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂＩＴＯ膜１３ａ，１３ｂ，１５，２３ａ，２３ｂＳｉＯ₂絶縁
膜１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂポリイミド配
向膜２５フォトレジス
ト３２，６０ゲート電極３３，６１ゲート絶縁膜３４ａ−Ｓｉ半導
体膜３６ソース電極３７ドレイン電極３８画素電極４１共通電極４２不透明膜４４リンドープの
ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜５２透明対向電極５４ａ電極兼反射膜５４ｂ，５４ｃＡｌ電極５５保護膜５５ａ，５６ａ，５６ｂ貫通孔５６フィールドシ
リコン酸化膜５７単結晶シリコ
ン基板５８ソース領域５９ドレイン領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者四宮時彦大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者倉立知明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者藤森孝一大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極の間に強誘電性液晶を介在さ
せた強誘電性液晶表示装置であって、前記電極の対向し
た部分が画素とされ、画素が分離壁によって異なる大き
さの領域に分割されてなることを特徴とする強誘電性液
晶表示装置。
【請求項２】領域が分離壁によって囲まれている請求
項１に記載の強誘電性液晶装置。
【請求項３】領域の大きさが１０²〜１０⁶μｍ²であ
る請求項１に記載の強誘電性液晶装置。
【請求項４】分離壁がＳｉＯ₂、ＳｉＮx、Ｔａ₂Ｏ₅お
よびＡｌ₂Ｏ₃からなる群より選ばれた無機系膜である請
求項１に記載の強誘電性液晶装置。
【請求項５】分離壁がエポキシ系、アクリル系および
ノボラック系高分子からなる群より選ばれた有機系膜で
ある請求項１に記載の強誘電性液晶装置。
【請求項６】強誘電性液晶が１種類の液晶からなる請
求項１に記載の強誘電性液晶表示装置。