JPH09127530A

JPH09127530A - 液晶素子及びその駆動方法

Info

Publication number: JPH09127530A
Application number: JP30507895A
Authority: JP
Inventors: Akio Yasuda; 章夫安田; Takashi Iwamura; 貴岩村; Eriko Matsui; 恵理子松居; Hiroaki Endo; 宏昭遠藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】アナログの階調数を低く抑えることにより、
駆動マージンや温度マージンを増大させ、実用レベルの
アナログ階調表示を実装、駆動回路の複雑化及びコスト
上昇なしに実現できる液晶素子とその駆動方法を提供す
ること。【解決手段】それぞれの対向面側に電極22ａ、22ｂを
有する一対の基板１ａ−１ｂ間にＦＬＣ５が配され、一
画素ＰＸ内で４階調以上の表示を行えるように構成され
ていて、各画素ＰＸにおいてデータ電極22ａがＡ電極と
Ｂ電極とに分割され、この分割面積比が表示階調数に対
応して制御されているＦＬＣディスプレイ。このＦＬＣ
ディスプレイを駆動するに際し、分割されたＡ電極及び
Ｂ電極をそれぞれ独立に駆動する駆動方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、それぞれの対向面
側に電極を有する一対の基体間に液晶が配され（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）、一画素内で４階調以上の表示を行える
ように構成された液晶素子及びその駆動方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶をディスプレイに用いた液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）は、低消費電力で薄型軽量であるとい
う特長を有しており、これを生かして、時計、電卓から
コンピューターディスプレイ、テレビジョン受像機（Ｔ
Ｖ）へと応用が進んでいる。

【０００３】こうしたＬＣＤにおいて液晶として、従来
は、ネマチック液晶を使用していた。しかしながら、ネ
マチック液晶の限界としては、応答速度が遅く、単純マ
トリックス駆動では、ツイストネマチック液晶（ＴＮ）
で１００ライン、スーパーツイストネマチック液晶（Ｓ
ＴＮ）でも２４０ラインが限界であり、またアクティブ
マトリックス駆動では、用いる薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）による高価格化を考え合わせると、大画面化は難し
い、等の如くである。

【０００４】一方、強誘電性液晶（ＦＬＣ：ferroelect
ric liquid crystal) を表示素子に応用しようとする研
究開発は、活発に進められてきている。ＦＬＣについて
は、１９７５年にメイヤーによって、はじめて強誘電性
液晶が合成され、また１９８０年にクラーク、ラガワー
ルによって、電界によりドメイン反転が可能な表面安定
化強誘電性液晶が発明された。ＦＬＣは、分子自身に永
久双極子モーメントを分子の長軸に対して垂直に有し、
自発分極を持ち、電界によりスイッチング可能な液晶の
ことであり、これを用いた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。

【０００５】（１）スイッチング速度がμ秒オーダであ
り、ＴＮ液晶表示に比較して１０００倍も高速に応答
し、高速応答性に優れている。（２）分子配列に基本的にねじれ構造がなく、視野角依
存性が少ない。（３）電源をオフしても画像が保持され、画像にメモリ
性があり、ハイビジョンにも対応できる１０００本以上
の走査線に対しても単純マトリックス駆動が可能であ
る。

【０００６】従って、ＦＬＣディスプレイは、高精細、
低コスト化、大画面化という性能を追求できるディスプ
レイである。

【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13及び図14に概略的に示す
ような構造からなっている。まず、透明ガラス基板（コ
ーニング７０５９、 0.7mm厚）１ａ、１ｂ上に透明電極
(100Ω／□のＩＴＯ：Indiumtin oxide）２ａ、２ｂが
設けられている。これらの透明電極はエッチングにより
ストライプ状にパターニングされ、互いにマトリックス
状に交差したデータ電極２ａと走査電極２ｂに形成され
ている。

【０００８】各透明電極２ａ、２ｂ上には、液晶配向膜
としてＳｉＯの斜方蒸着膜３ａ、３ｂが形成されてい
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度を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
を行った。

【０００９】このようにして作製した配向膜付きの一対
の基板１ａ、１ｂは、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まれる。スペ
ーサとして目的ギャップ長に応じたガラスビーズ（真し
球：直径 0.8〜3.0 μｍ（触媒化成工業（株）製））４
を用いられている。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。

【００１０】スペーサ４は、透明基板１ａ、１ｂ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した。基板面積が大きい場
合には、上記真し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
てシール剤６でセル周囲を接着した。

【００１１】一対の基板１ａ−１ｂ間には、例えば強誘
電性液晶（チッソ社製のＣＳ−１０１４）５を等方相温
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
組成物が注入されている。この強誘電性液晶組成物は等
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される。液晶注入後は、徐冷さ
れ、注入孔周囲のガラス基板上の液晶が除去されたの
ち、エポキシ系の接着剤で封止され、ＦＬＣディスプレ
イ11が作製される。

【００１２】このＦＬＣディスプレイ11の駆動方式とし
ては、Ｘ−Ｙマトリクス方式を使用する。１Ｈ（１水平
走査時間又は１ライン選択時間）は63.5μｓであり、電
圧はバイポーラで印加するため、各選択パルスは63.5／
２μｓ幅となる。ＲＯＷ側（電極２ｂ）からはしきい値
であるセレクトパルスを印加し、ＣＯＬＵＭＮ側（電極
２ａ）からはデータパルスを印加する。

【００１３】ところが、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。これは特に、配向膜との相互作用により螺旋構造を
解かれた、いわゆる表面安定化強誘電性液晶において顕
著であり、２状態のみしか安定状態が存在せず、白黒の
２値表示のみであった。

【００１４】即ち、従来の強誘電性液晶素子（例えば表
面安定化強誘電性液晶素子）は、外部印加電界Ｅ（Ｐｓ
は自発分極）に対して分子Ｍの配向方向が図15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
16のように印加電界に対して透過率がしきい値電圧Ｖ_th
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、Ｖ_th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ＦＬＣ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。

【００１５】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を繰り返すことにより階調
を行う方法（タイムシーケンシャル又はタイムインテグ
レーション階調法）などの方法が提案されている。しか
し、これらの方法では、未だ階調表示が不十分であると
いう問題があった。

【００１６】面積階調法の場合、１つの画素（ピクセ
ル）を分割することにより、一画素分の面積をコントロ
ールし、中間調を表示するものである。しかしながら、
この方法でＴＶ等に必要とされる６４階調や２５６階調
を表示しようとすると、１つのピクセルをそれぞれ、６
分割、８分割に画素分割することが必要となる。

【００１７】従って、実際に、この６分割、８分割の画
素分割を行おうとすると、配線がそれだけ増加すること
になり、実装や駆動回路が複雑（６分割ならば６倍、８
分割ならば８倍に外部接続本数が増す）化する。このた
め、１つのピクセルに必要な面積が制限され、高精細表
示には不向きであり、分割数が増すと画像に周期性が生
じ、画質が低下する。

【００１８】タイムシーケンシャル階調法の場合は、強
誘電性液晶の高速応答性を生かして、１フィールドの間
にｎ回白黒でスイッチングすることにより、２ⁿレベル
の階調表示ができることになる。しかしながら、パッシ
ブマトリックス（単純マトリックス）で駆動する場合
に、１ラインに割り当てられる時間は制限されており、
例えば、ＮＴＳＣ信号でのビデオ表示を行う場合には、
インターレースを行っているので、走査線の本数が２５
６本であるならば、１つのラインに割り当てられる１Ｈ
は、63μ秒となる。電気分解を避けるために、バイポー
ラパルスを用いると、パルス幅は30μ秒である。

【００１９】従って、タイムシーケンシャルを行うため
には、この30μ秒の間にｎ回スイッチングを行わなけれ
ばならない。しかし、温度が下がると、粘性の増加が起
こり、応答速度は低減するという傾向を持つので、広い
温度範囲で例えば６回以上のスイッチングを実現するた
めには、５μ秒以下の応答速度を広い温度範囲に亘って
実現しなければならないことになる。これは、非常に困
難であることは明らかである。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】

【発明に至る経過】そこで、本出願人は、このような従
来技術の問題点を解決すべく、高コントラストを保持し
つつ、アナログ階調表示を実現する液晶表示素子（特に
強誘電性液晶表示素子）を特願平５−２６２９５１号等
として既に提起した（これを以下、先願発明と称す
る）。

【００２３】即ち、一対の基板の対向面上に電極層が形
成されている液晶表示素子において、一つの画素内の液
晶に印加される実効電界強度に分布を持たせて、一つの
画素内で液晶の双安定状態の間のスイッチングのための
しきい値電圧幅を広げることによりアナログ階調表示を
達成できることが見出された。これに基づく先願発明
は、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もの
である。

【００２４】先願発明の液晶素子は、図13及び図14のデ
ィスプレイと同様に、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とし
て構成可能であるが、次の点で根本的に異なっている。

【００２５】即ち、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２μｍφ以上の大きさのドメイン（マ
イクロドメイン）が１mm²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１Ｖ以上で
あることを意味する。

【００２６】従って、図17に例示するように、先願発明
の液晶素子では、印加電圧によって透過率が図16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（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、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。

【００２７】図17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Ｖ_th1、透過率90％のとき
をＶ_th2とした場合、しきい値電圧の変化幅（△Ｖ_th＝
Ｖ_th2−Ｖ_th1)が１Ｖ以上である。

【００２８】マイクロドメインについては、図18（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。

【００２９】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18（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、図13及び図14の素子では、図
18（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。

【００３０】先願発明において、上記のマイクロドメイ
ンを形成する手段として、液晶セルにおいて液晶５中に
超微粒子を分散させることができる。

【００３１】ここで、超微粒子によるしきい値電圧の変
化を図19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）

【００３２】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。

【００３３】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

【００３４】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18
（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。

【００３５】このことから、先願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、単に微粒子
を存在させるだけでは、図18（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。先願
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。

【００３６】先願発明の液晶素子において、液晶に添加
する微粒子としては、図13及び図14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
分布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。

【００３７】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。

【００３８】先願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。

【００３９】また、この微粒子の量は、特に限定はな
く、所望のアナログ階調性等を考慮して適宜に決定する
ことができるが、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。

【００４０】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熱分解カーボ
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。

【００４１】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。

【００４２】先願発明において、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。微粒子を対向する電極間に存在させること以外の構
成は、図13及び図14の液晶表示素子（特に強誘電性液晶
表示素子）と同様にすることができる。例えば、基板と
しては透明ガラス板を、電極層としてはＩＴＯ等を、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Ｓ
ｉＯ斜方蒸着膜を使用することができる。また、駆動方
式も上記したものと同様であってよい。但し、上記した
マイクロドメインテクスチャでグレースケールを表すに
は、データパルスの電圧を変化させて得るため、常に１
フレーム全体にデータパルスは印加されている状態とな
る。

【００４３】本発明者は上記した先願発明について検討
を加えたところ、上記した種々の特長を効果的に実現す
るためには、ＦＬＣディスプレイの駆動において、次に
述べる問題を解決する必要があることを見出した。

【００４４】即ち、ＦＬＣディスプレイの駆動時の駆動
マージンについて、例えば２５６階調をアナログ信号で
行うためには、素子を構成する各パーツの信号レベルの
マージン（液晶の応答速度、電極及びその配線の導電性
等の許容範囲）が、階調数が少ない場合に比較して小さ
くなることは自明である。このことにより、使用するパ
ーツが制限されたり、素子間でのパーツのばらつきを抑
える等の対策が必要となる。

【００４５】また、強誘電性液晶のしきい値電圧の温度
依存性は、従来のネマチック液晶に比較しても、１桁ほ
ど大きく、このことは、駆動マージンが階調数が増大す
ると低減することを加速している。従って、材料の問題
としても、階調数が低いほうが、温度によるしきい値電
圧変化の影響が軽減して温度依存性が小さくなり、温度
に対するマージンを大きく取れることになる。

【００４６】ところが、先願発明において、上述したよ
うに画素内での階調表示は印加する電圧によって制御可
能であることから、ディスプレイとしての階調数を多く
したい場合にはこれに対応して印加電圧を種々に変化さ
せる必要がある。しかし、上記したように、画素内の階
調数を増やすことには制約があり、駆動マージンや温度
マージンを確保するためにはできるだけ印加電圧の変化
（画素内での階調数）を少なくすることが望まれる。

【００４７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した先願発明の特長を生かしながら、画素内階調数を低
く抑えることにより、駆動マージンや温度マージンを増
大させ、実用レベルのアナログ階調表示を実装、駆動回
路の複雑化及びコスト上昇なしに実現できる液晶素子と
駆動方法を提供することにある。

【００４８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、それぞ
れの対向面側に電極を有する一対の基体間に液晶が配さ
れ、一画素内で４階調以上（即ち、２ⁿ（ｎ≧２）の階
調数：以下、同様）の表示を行えるように構成されてい
て、各画素において前記電極が分割され、この分割面積
比が表示階調数に対応して制御されている液晶素子に係
るものである。

【００４９】また、本発明は、それぞれの対向面側に電
極を有する一対の基体間に液晶が配され、一画素内で４
階調以上の表示を行えるように構成されていて、各画素
において前記電極が分割され、この分割面積比が表示階
調数に対応して制御されている液晶素子を駆動するに際
し、分割された各電極をそれぞれ独立に駆動する、液晶
素子の駆動方法も提供するものである。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明の液晶素子及びその駆動方
法においては、データ電極とセレクト電極とが重なり合
うことによって形成された各画素において、前記データ
電極が２分割されているのが望ましい。

【００５１】また、電極の分割面積比が１対８であって
画素内階調数が８階調であり、分割された各電極をそれ
ぞれ独立に駆動して６４階調を表示できる。

【００５２】或いは、電極の分割面積比が１対１６であ
って画素内階調数が１６階調であり、分割された各電極
をそれぞれ独立に駆動して２５６階調を表示できる。

【００５３】そして、実際には、液晶にかかる実効電界
に分布を持たせることにより、画素内階調表示を実現す
る。

【００５４】この場合、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上述し
た如きスターライトテクスチャ構造とするのが望まし
い。

【００５５】特に、強誘電性液晶に超微粒子を添加して
画素内階調表示を実現するのがよい。

【００５６】画素内において一対の基体の電極間距離に
分布を設けて実効電界に分布をもたせることができる。

【００５７】或いは、画素内に誘電率分布を設けて実効
電界に分布をもたせることができる。

【００５８】なお、本発明の液晶素子として望ましい構
成によれば、対向する電極間に微粒子を存在させること
をはじめ、液晶素子の構成や材質等は上述した先願発明
と同様であってよいので、ここでは改めて説明はしな
い。また、例えば基板としては透明ガラス板を、電極層
としてはＩＴＯ等を、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。

【００５９】

【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。

【００６０】実施例１本実施例による強誘電性液晶（ＦＬＣ）ディスプレイの
構成は、データ電極の形状を除けば、基本的には上述し
た先願発明に基づくものと同様である。即ち、ＦＬＣと
して、チッソ社製ＣＳ−１０１４を用いた。スターライ
トテクスチャ構造を形成するための超微粒子としては、
平均粒径17nmのアモルファス酸化チタンを１重量％ＦＬ
Ｃに添加し、アイソトロピック温度領域である 120℃に
温めて、超音波ホモジナイザで十分に分散した。その
後、徐冷した。

【００６１】また、厚さ３mm、25×60mmサイズの一対の
ガラス基板のそれぞれにＩＴＯ電極(100Ω／□）をコー
トし、ストライプ状にパターニングしてデータ電極とセ
レクト電極を形成した。この上に、ＳｉＯを抵抗加熱法
によって入射角85°で真空蒸着した。この蒸着膜厚は、
60nmにコントロールした。この基板を反平行にし、周辺
には紫外線硬化樹脂（フォトレック：セキスイ化学
（株）製）に 1.6μｍのシリカスペーサ（真し球）を混
合したものをスクリーン印刷して、セルギャップを1.6
μｍにした。

【００６２】上記の超微粒子を含有したＦＬＣのセルへ
の注入を行うには、室温でＦＬＣをセルの注入口に塗布
し、空セルを 140℃まで加熱し、ＦＬＣをアイソトロピ
ックまで相転移させ、粘性を下げることにより、一対の
基板間のギャップ内に注入した。その後、分子配向のた
めに、室温であるＳｍＣ^*まで徐冷した。

【００６３】こうして作製されたＦＬＣディスプレイに
おいて、図２〜図５に示すような形状にデータ電極22ａ
とセレクト電極22ｂを各基板１ａ、１ｂ上に形成した
（但し、実際には各電極は多数本設けるが、簡略化のた
めにその一部を拡大して図示した：以下、同様）。

【００６４】即ち、基板１ａに設けたデータ電極22ａを
Ａ電極とＢ電極とに非対称に分割し、これらの面積比を
一画素内で１対８となるようにした。図２にデータ側電
極の構造、図３にセレクト側電極の構造を示し、また、
図４及び図５にはそれぞれ、データ電極が前面の場合と
背面の場合を示し、データ電極22ａ及びセレクト電極22
ｂの組み合わせ方を示した。実際のデバイスにおいて
は、ＩＴＯ電極（データ電極22ａとセレクト電極22ｂ）
は互いに向き合うように組み立てられ、これらの交差部
が画素（ピクセル）ＰＸとなる。そして、各基板の端部
では、各電極をドライブ回路に接続するための外部接続
部分が導出されている。

【００６５】このＦＬＣディスプレイの駆動に際して
は、図６の波形のパルスを印加することにより、図７に
示す如き印加電圧−コントラストの関係を得た（図７に
は超微粒子を液晶に添加しない場合も示した）。超微粒
子の添加によって、しきい値電圧Ｖ_thの範囲が拡大さ
れ、それだけ印加電圧による画素内階調性を出し易いこ
とが分かる。

【００６６】即ち、図７より、印加電圧をコントロール
することにより、データ電圧に応じて透過率もしくはコ
ントラストを例えば８段階に制御できる。従って、こう
した制御を上記の分割電極ＡとＢにそれぞれ行うことに
より、Ａ電極で８階調に、Ｂ電極で８階調にそれぞれ独
立に駆動可能である。

【００６７】この時、透過光量は、Ａ電極とＢ電極の面
積比に応じて決まるので、図１に示すようにコントロー
ルできる。即ち、電極Ａ＋Ｂを一つの画素ＰＸとすれ
ば、トータルの透過光量は、まず、サイズの大きい方の
Ｂ電極が黒表示の場合、光量が0.142 となるまでは、Ａ
電極で８段階にコントロールできる。次に、Ｂ電極を黒
側より一段階だけ明るい方に光量を増し、この状態で光
量が0.285 となるまで上記と同様の微調整をＡ電極でや
はり８段階に行うことができる。

【００６８】このようにして、Ａ電極とＢ電極との組み
合わせにより、最大光量を６４段階に変化させることが
できる。即ち、８×８＝６４階調を表示できることがわ
かる。

【００６９】上記のことから、本実施例によれば、８階
調と低い階調数の材料でも、デバイスとしては、実用レ
ベルの６４階調の階調表示を実現できる。

【００７０】そして、アナログの階調数を低く抑えるこ
とにより、駆動マージンの増大、温度マージンの増大を
可能にする。

【００７１】更に、画素における電極の分割は２分割の
みであるから、実装、駆動回路の複雑化は、最小限に抑
えられ、駆動回路及びパネルコストの大幅な増大にはつ
ながらない。

【００７２】実施例２実施例１で述べたと同様に、ＦＬＣディスプレイを作製
し、駆動した。但し、データ電極32ａをＡ電極とＢ電極
とに非対称に分割し、これらの面積比を一画素内で１対
１６となるようにした。図９にデータ側電極の構造、図
３にセレクト側電極の構造を示し、また、図10及び図11
にはそれぞれ、データ電極32ａが前面の場合と背面の場
合とを示し、データ電極32ａ及びセレクト電極22ｂの組
み合わせ方を示した。

【００７３】このＦＬＣディスプレイの駆動に際して
も、図６の波形のパルスを印加することにより、図７に
示したと同様の印加電圧−コントラストの関係を得た。

【００７４】そして、図７より、印加電圧をコントロー
ルすることにより、データ電圧に応じて透過率もしくは
コントラストを例えば１６段階に制御できる。従って、
こうした制御を上記の分割電極ＡとＢにそれぞれ行うこ
とにより、Ａ電極で１６階調に、Ｂ電極で１６階調にそ
れぞれ独立に駆動可能である。

【００７５】この時、透過光量は、Ａ電極とＢ電極の面
積比に応じて決まるので、図８に示すようにコントロー
ルできる。即ち、電極Ａ＋Ｂを一つの画素ＰＸとすれ
ば、トータルの透過光量は、まず、サイズの大きい方の
Ｂ電極が黒表示の場合、光量が0.0666となるまでは、Ａ
電極で１６段階にコントロールできる。次に、Ｂ電極を
黒側より一段階だけ明るい方に光量を増し、この状態で
光量が0.133 となるまで、上記と同様の微調整をＡ電極
でやはり１６段階に行うことができる。

【００７６】このようにして、Ａ電極とＢ電極との組み
合わせにより、最大光量を２５６段階に変化させること
ができる。即ち、１６×１６＝２５６階調を表示できる
ことがわかる。

【００７７】上記のことから、本実施例によれば、１６
階調と低い階調数の材料でも、デバイスとしては、実用
レベルの２５６階調の階調表示を実現できる。

【００７８】そして、実施例１と同様に、アナログの階
調数を低く抑えることにより、駆動マージンの増大、温
度マージンの増大を可能にする。

【００７９】更に、画素における電極の分割は２分割の
みであるから、実装、駆動回路の複雑化は、最小限に抑
えられ、駆動回路及びパネルコストの大幅な増大にはつ
ながらない。

【００８０】実施例３実施例１で述べたと同様に、ＦＬＣディスプレイを作製
し、駆動した。但し、データ電極42ａを図12（ａ）又は
（ｂ）のようにＡ電極とＢ電極とＣ電極とに非対称に分
割し、これらの面積比を一画素内で１対８対３となるよ
うにした。ここで、図12（ａ）のデータ電極42ａは図２
と同様に外部接続部分まで延び、また図12（ｂ）のデー
タ電極は各画素から個々に配線によって基板の端部まで
導かれ、外部と接続される。

【００８１】このＦＬＣディスプレイの駆動に際して
も、図６の波形のパルスを印加することにより、図７に
示したと同様の印加電圧−コントラストの関係を得た。

【００８２】そして、図７より、印加電圧をコントロー
ルすることにより、データ電圧に応じて透過率もしくは
コントラストを例えば８段階に制御できる。従って、こ
うした制御を上記の分割電極ＡとＢとＣにそれぞれ行う
ことにより、Ａ電極で８階調に、Ｂ電極で８階調に、Ｃ
電極で８階調にそれぞれ独立に駆動可能である。

【００８３】この時、透過光量は、Ａ電極とＢ電極とＣ
電極の面積比に応じて決まるので、上述したと同様にコ
ントロールできる。即ち、電極Ａ＋Ｂ＋Ｃを一つの画素
ＰＸとすれば、トータルの透過光量は、まず、サイズの
大きい方のＢ電極が黒表示の場合、光量がＡ電極、Ｃ電
極でそれぞれ８段階にコントロールできる。次に、Ｂ電
極を黒側より一段階だけ明るい方に光量を増し、この状
態で上記と同様の微調整をＡ電極又はＣ電極でやはり８
段階に行うことができる。

【００８４】このようにして、Ａ電極とＢ電極とＣ電極
の組み合わせにより、最大光量を少なくとも６４段階に
変化させることができる。即ち、８×８＝６４階調を表
示できることがわかる。

【００８５】但し、本実施例では、Ａ電極とＢ電極とを
同時に駆動するときには実施例１で述べた分割面積比
１：８の場合と基本的には同様の結果となるが、Ａ電極
とＢ電極を別々に駆動できることから、必要に応じてい
ずれか一方のみを駆動させるか、或いはいずれか一方を
一定の電圧に固定することによって、Ｃ電極との種々の
組み合わせが実現でき、透過光量レベルに変化をもたせ
ることができる。

【００８６】本実施例でも、低い階調数の材料も使用で
き、デバイスとしては、実用レベルの階調表示を実現で
きる。

【００８７】そして、実施例１と同様に、アナログの階
調数を低く抑えることにより、駆動マージンの増大、温
度マージンの増大を可能にする。

【００８８】更に、画素における電極の分割は３分割と
少ないから、実装、駆動回路の複雑化は、最小限に抑え
られ、駆動回路及びパネルコストの大幅な増大にはつな
がらない。

【００８９】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。

【００９０】例えば、上述したデータ電極の分割面積比
や階調数（画素内階調数２ⁿをｎ≧２の範囲で変化可
能）、分割形状、分割パターン又は個数等は種々に変更
してよい。また、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。

【００９１】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、
種類等は種々に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。

【００９２】また、画素内において一対の基板の電極間
距離に分布を設けて実効電界に分布を持たせたり、画素
内に誘電率分布を設けて実効電界に分布を持たせること
もできる。

【００９３】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。

【００９４】

【発明の作用効果】本発明の液晶素子及びその駆動方法
によれば、各画素において電極を分割し、この分割面積
比を表示階調数に対応して制御しているので、電極の各
分割部分において階調表示に必要な電圧を独立に印加
し、これらを組み合わせて目的とする表示階調数を得る
ことができる。従って、電極に対する印加電圧の変化、
即ち、画素内でのアナログの階調数を４階調以上の範囲
で低く抑えることができるため、素子を構成する各パー
ツの信号レベルのマージン（素子駆動時における使用す
る液晶の応答速度、電極及び配線の導電性等の許容範
囲）を広くすることができる。しかも、使用する液晶の
しきい値電圧が温度で変化しても、これが階調に与える
影響を軽減し、温度依存性を小さくして温度マージンを
大きくとることができる。

【００９５】そして、画素における電極の分割数は、必
要な階調数を満たせば多くする必要はなく、２分割で十
分であるから、実装や駆動回路も簡略化でき、コストの
上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶表示素子の階調レベ
ル制御を示す透過光量−電圧特性図である。

【図２】同液晶表示素子のデータ電極パターンを示す平
面図である。

【図３】同液晶表示素子のセレクト電極パターンを示す
平面図である。

【図４】同液晶表示素子のデータ電極とセレクト電極を
重ね合わせた状態のデータ電極側の平面図である。

【図５】同液晶表示素子のデータ電極とセレクト電極を
重ね合わせた状態のセレクト電極側の平面図である。

【図６】同液晶表示素子の駆動波形図である。

【図７】同液晶表示素子のしきい値電圧特性を示すコン
トラスト−電圧特性図である。

【図８】本発明の他の実施例による液晶表示素子の階調
レベル制御を示す透過光量−電圧特性図である。

【図９】同液晶表示素子のデータ電極パターンを示す平
面図である。

【図10】同液晶表示素子のデータ電極とセレクト電極を
重ね合わせた状態のデータ電極側の平面図である。

【図11】同液晶表示素子のデータ電極とセレクト電極を
重ね合わせた状態のセレクト電極側の平面図である。

【図12】本発明の更に他の実施例による液晶表示素子の
画素におけるデータ電極パターン図である。

【図13】従来例による液晶表示素子のセレクト電極側の
平面図である。

【図14】図13の XIV−XIV 線に沿う断面図である。

【図15】強誘電性液晶のモデル図である。

【図16】従来例による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17】先願発明に基づく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18】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19】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。

【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（ＦＬＣ） 10・・・超微粒子 11・・・ＦＬＣディスプレイ 22ａ、32ａ、42ａ・・・データ電極 22ｂ・・・セレクト電極ＰＸ・・・画素（ピクセル）Ｖ_th・・・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)発明者遠藤宏昭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

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれの対向面側に電極を有する一対
の基体間に液晶が配され、一画素内で４階調以上の表示
を行えるように構成されていて、各画素において前記電
極が分割され、この分割面積比が表示階調数に対応して
制御されている液晶素子。
【請求項２】データ電極とセレクト電極とが重なり合
うことによって形成された各画素において、前記データ
電極が２分割されている、請求項１に記載した液晶素
子。
【請求項３】電極の分割面積比が１対８であって画素
内階調数が８階調であり、分割された各電極をそれぞれ
独立に駆動して６４階調を表示可能とした、請求項１に
記載した液晶素子。
【請求項４】電極の分割面積比が１対１６であって画
素内階調数が１６階調であり、分割された各電極をそれ
ぞれ独立に駆動して２５６階調を表示可能とした、請求
項１に記載した液晶素子。
【請求項５】液晶にかかる実効電界に分布を持たせる
ことにより、画素内階調表示を実現する、請求項１に記
載した液晶素子。
【請求項６】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、請求項５に記
載した液晶素子。
【請求項７】強誘電性液晶に超微粒子を添加して画素
内階調表示を実現する、請求項５に記載した液晶素子。
【請求項８】画素内において一対の基体の電極間距離
に分布を設けて実効電界に分布をもたせる、請求項５に
記載した液晶素子。
【請求項９】画素内に誘電率分布を設けて実効電界に
分布をもたせる、請求項５に記載した液晶素子。
【請求項10】それぞれの対向面側に電極を有する一対
の基体間に液晶が配され、一画素内で４階調以上の表示
を行えるように構成されていて、各画素において前記電
極が分割され、この分割面積比が表示階調数に対応して
制御されている液晶素子を駆動するに際し、分割された
各電極をそれぞれ独立に駆動する、液晶素子の駆動方
法。
【請求項11】データ電極とセレクト電極とが重なり合
うことによって形成された各画素において、前記データ
電極を２分割する、請求項10に記載した駆動方法。
【請求項12】電極の分割面積比を１対８とし、画素内
階調数を８階調として、分割された各電極をそれぞれ独
立に駆動して６４階調を表示可能とした、請求項10に記
載した駆動方法。
【請求項13】電極の分割面積比を１対１６とし、画素
内階調数を１６階調として、分割された各電極をそれぞ
れ独立に駆動して２５６階調を表示可能とした、請求項
10に記載した駆動方法。
【請求項14】液晶にかかる実効電界に分布を持たせる
ことにより、画素内階調表示を実現する、請求項10に記
載した駆動方法。
【請求項15】液晶をスイッチングするためのしきい値
電圧の異なる領域を微細に分布させる、請求項14に記載
した駆動方法。
【請求項16】強誘電性液晶に超微粒子を添加して画素
内階調表示を実現する、請求項14に記載した駆動方法。
【請求項17】画素内において一対の基体の電極間距離
に分布を設けて実効電界に分布をもたせる、請求項14に
記載した駆動方法。
【請求項18】画素内に誘電率分布を設けて実効電界に
分布をもたせる、請求項14に記載した駆動方法。