JPH04368912A

JPH04368912A - 液晶電気光学装置

Info

Publication number: JPH04368912A
Application number: JP17320691A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1992-12-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、液晶電気光学装置に関し、特に
分散型の液晶電気光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＦＴを用いたアクティブ型の液
晶電気光学装置が知られている。この場合、ＴＦＴには
アモルファスまたは、多結晶型の半導体を用い、一つの
画素に対してＰまたはＮ型のいずれか一方の導電型のみ
のＴＦＴを用いたものである。すなわち、一般にはＮチ
ャンネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという）を画素に直列に連
結している。その代表例を図２に示す。

【０００３】図２において、一つの画素の液晶２２に対
して、直列になるように画素電極にＮＴＦＴ２１が設け
られている。これをマトリクス配列させて、６４０×４
８０、１２６０×９６０の構成を実現する。この図２に
おいては、多数のマトリクス構成と同じ意味で説明の為
に単純に２×２のマトリクス構成が示されている。この
それぞれの画素に対して周辺回路２６、２７より駆動信
号波形を加え、所定の画素を選択的にオンとし、他の非
選択の画素をオフとして駆動する。この画素に設けられ
ているＴＦＴのオン、オフ特性が一般に良好な場合には
、表示コントラストの大きい液晶電気光学装置を得るこ
とができる。しかしながら実際に得られるＴＦＴの出力
電位（液晶にとっての入力電位（以下液晶電位という）
）のＶＬＣ２０は、しばしば“１”（ｈｉｇｈ）となる
べき時に“１”（ｈｉｇｈ）とならず、また逆に“０”
（Ｌｏｗ）となるべき時に“０”（Ｌｏｗ）とならない
場合がある。これは画素に駆動用の信号を与えるＴＦＴ
がＯＮまたはＯＦＦの状態において、非対称な状態にお
かれることが原因であった。

【０００４】液晶２２は本来絶縁性であるため、液晶電
気光学装置おいてはＴＦＴがオフの際には液晶電位（Ｖ
ＬＣ）２０は浮いた状態となる。そしてこの液晶２２は
等価的にキャパシタであるため、この部分に蓄積された
電荷によりＶＬＣが決定される。この電荷は液晶自身の
持つ抵抗ＲＬＣが小さい抵抗となったり、ゴミ、イオン
性不純物の存在によりこの部分で電荷がリークしたり、
さらにはＴＦＴのゲイト絶縁膜部分に存在するピンホー
ルにより、電荷がリークした場合にＶＬＣは中途半端な
電位となってしまう。このため、１　つのパネル中に２
０〜５０万個もの画素を持つ液晶電気光学装置において
は高い製造歩留りを達成することができない。特に、液
晶２２は一般にはＴＮ型液晶が使用される。この液晶材
料は液晶分子を一軸方向に揃える必要があるため、配向
膜に対して、ラビング処理等の配向処理を行う必要があ
る。このラビング処理は電極上の配向膜を面の布で一定
方向に擦り付けて傷をつけるものであるが、この処理の
際に発生する静電気により、種々の部分で弱い絶縁破壊
が発生し、電荷のリーク箇所が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＴ
ＦＴを使用したアクティブ型の液晶電気光学装置では、
液晶の電位を駆動信号の１フレームの間に初期の電位を
保つことは非常に困難な現状であった。本発明は、液晶
材料に印加される液晶電位を安定に保持し、かつその構
成の簡単なカラーの液晶電気光学装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために第１の電極と強誘電性を有する有機樹脂膜
と反射性を有する画素電極とが積層された構造を持つ基
板と液晶材料中に２色性の染料が添加された分散型の液
晶電気光学手段を有することを特徴とするものでありま
す。すなわち、分散型の液晶電気光学装置の各画素電極
に対して、強誘電性を有する薄膜を組み合わせて、この
強誘電性を有する有機樹脂膜の存在により固定電荷をこ
の部分に蓄えておき、液晶電位を安定に保持して、分散
型液晶を通過した光が反射性画素電極で反射され、カラ
ーフィルターを通過して着色される。一方、分散型液晶
がオフ、即ち、光を透過させない時は光は液晶材料部分
で散乱されるこの時、２色性の染料が添加されているの
で、光は散乱繰り返すうちに着色され黒の表示となる。

【０００７】特に、分散型液晶電気光学装置においては
、液晶材料を駆動する際に、明確な駆動閾値が得られな
い為に、マトリクスで時分割駆動すると表示コントラス
トが低下するなどの問題が生じていたが、本発明のよう
に、強誘電性有機樹脂膜を組み合わせると、この強誘電
性有機樹脂膜に印加する駆動信号のパルス高さとパルス
幅にて、液晶に加わる電位を任意に可変できるため、こ
のような問題も解決することができた。さらにまた、強
誘電性の有機樹脂膜はその強誘電性を十分に発現させる
と、薄膜の表面が著しく凹凸化する。通常のＴＮ型、Ｓ
ＴＮ型等の液晶電気光学装置では液晶材料と接する面は
平坦面でなければ配向乱れが生じて十分な液晶電気光学
効果を示せないが、本発明のように分散型の液晶電気光
学装置であれば、液晶を配向させる必要もないので、十
分な強誘電性を持つ有機樹脂膜を有効に活用できる特徴
を持つ。

【０００８】また、強誘電性を有する有機樹脂膜が第１
の電極と画素電極との間に挟まれている面積を可変する
ことにより、液晶の画素部分の持つコンデンサとしての
容量とこの強誘電性を有する有機樹脂膜部分の持つコン
デンサ容量との比率を変えることで、液晶に加わる電圧
のかかりかたを可変できる特徴を持つ。

【０００９】本発明でいう分散型液晶電気光学手段とは
、透光性の固相ポリマーがネマティク、コレステリック
あるいはスメクティクの液晶を粒状または海綿状に保持
しているものである。この液晶装置の作製方法としては
、液晶のカプセル化によりポリマー中に液晶を分散させ
、そのポリマーをフィルムあるいは基板上に薄膜として
形成されているものが知られている。ここで、カプセル
化物質としてはゼラチン、アラビアゴム、ポリビニルア
ルコール等が提案されている。

【００１０】これらの技術ではポリビニルアルコールで
カプセル化された液晶分子は、それらが薄膜中で正の誘
電異方性を有するものであれば、電界の存在下でその液
晶分子が電界の方向に配列し、液晶の屈折率とポリマー
の屈折率とが等しい場合には透明性が発現する。一方電
界が無い場合には液晶は特定の方向に配列せず様々な方
向をむいているので、液晶の屈折率がポリマーの屈折率
とずれることになり、光は散乱され光の透過をさまたげ
、白濁状態となる。この様にカプセル化された液晶を分
散して内部に有するポリマーをフィルムあるいは薄膜化
したものとしては、前述の例以外に、いくつか知られて
いる。例えば、液晶材料がエポキシ樹脂中に分散したも
の、また、液晶と光硬化物質との相分離を利用したもの
、３次元につながったポリマー中に液晶を含侵させたも
のなどが知られている。本発明においてはこれらの液晶
電気光学装置を総称して分散型液晶と言う。

【００１１】本発明の液晶電気光学装置の場合、等価回
路的には画素の液晶に対して、直列の位置に強誘電性を
持つ有機樹脂膜によって構成されるコンデンサが設けら
れており、液晶電気光学装置を駆動する為に印加された
電圧は、このコンデンサ部分の容量、コンダクタンスお
よび画素部分の液晶の容量、コンダクタンスに応じて印
加電圧が分配される。この後、駆動用の信号が時分割駆
動の為に他の画素に対する信号を与えている間、強誘電
性有機樹脂膜の閾値電圧より低い電圧が印加されても、
この有機樹脂膜部分に蓄えられた電荷は放電することな
く保持される。その為このコンデンサに直列に接続され
ている液晶画素の電位も一部がキャンセルされた後に保
持され、一定の電位を液晶に印加し続ける。

【００１２】この液晶画素の電位の一部がキャンセルさ
れるのは、液晶画素部分に蓄積された電荷量と強誘電性
の有機樹脂部分に蓄えられた電荷量（または強誘電性の
有機樹脂材料の持つ自発分極の大きさ）の違いによるた
めであるため、この二つの容量を強誘電性の有機樹脂に
よるコンデンサ部分の面積を変化させたり、液晶部分の
容量を大きくする為に、分散型液晶の透明固相ポリマー
中に同じく強誘電性の有機材料を混合するなどして、液
晶に加わる電位を任意に設定することが可能である。

【００１３】本発明では、分散型液晶の液晶材料中に２
色性の黒色染料を添加しているため前述のように、液晶
に電界が印加されていない場合、光は散乱されこの散乱
の過程にて、染料のため黒となる。また、電界が印加さ
れている時には光は直進し、この時染料は液晶と同様に
電界に対して動き２色性のために着色はされず、画素電
極上に設けられているカラーフィルターによって、着色
される。このようにして、従来では不可能と考えられて
いた、反射型のカラー表示の液晶電気光学装置を実現す
ることができた。

【００１４】本発明で適用可能な有機の強誘電性材料と
は、例えばポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ビ
ニリデンフロライドとトリフルオロエチレンとの共重合
体（Ｐ（ＶＤＦ＋ＴｒＦＥ））またはビニリデンフロラ
イドとテトラフルオロエチレンとの共重合体（Ｐ（ＶＤ
Ｆ＋ＴｅＦＥ））さらにはビニリデンシアナイドとビニ
ルアセテートの共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ＋ＶＡｃ））等
をその一部の例として示すことができる。これら有機の
強誘電性材料を本発明に使用する為の条件として、容易
に薄膜を形成することができる必要がある。そのため、
スパッタ法等の物理蒸着法やスピンコート等の方法によ
り容易に形成でき、かつその自発分極の配向処理を行わ
なくても、自発分極の方向が揃いやすい、共重合体の有
機強誘電性材料が主として使用される。以下に実施例に
より、さらなる説明を行う。

【００１５】

【実施例】『実施例１』　　本実施例に対応する液晶電
気光学装置の概略断面図を図１に示す。　　使用する基
板としては通常の青板ガラス１上に透光性電極３として
厚さ２０００ÅのＩＴＯを所定のパターンに形成したも
のを使用した。このＩＴＯ３上に強誘電性の有機樹脂膜
４として、ビニリデンフロライドとトリフルオロエチレ
ンの共重合体を厚さ２５００Åに形成する。この共重合
体は２〜５％のメチルエチルケトン溶液として、基板上
にスピンコートした後にこの強誘電性有機樹脂膜のキュ
リー点（１３０℃）以上、例えば１５０℃に一度加熱処
理する。

【００１６】この時の雰囲気は膜の表面が酸化または炭
化しないように不活性雰囲気としておく。１時間経過後
、室温までゆっくり除冷し、この有機樹脂膜を結晶化さ
せる。結晶化後のこの有機膜表面を電子顕微鏡で観察す
ると、ラメラ構造が成長しており、表面は著しく凹凸化
している。本発明の液晶電気光学装置では液晶を配向さ
せる必要がないため、このように著しく凹凸化していて
も全く問題なく、十分な強誘電性を利用することができ
る。このような、結晶化処理により、十分な強誘電性を
有機樹脂膜は発現することができる。

【００１７】つぎこの強誘電性を有する有機樹脂膜４上
に画素電極８として反射性を有するアルミニウム膜を画
素電極として公知のスパッタ法により形成し、画素の外
形の内２辺を透光性電極３とほぼ同じ位置に合わせ、画
素の外形に形成した。さらにこの画素電極上にカラーフ
ィルター９をほぼ同じ形状に形成した。

【００１８】次に此のフィルター９上に透明固相ポリマ
ーのプレポリマーとネマティック液晶の混合均一溶液を
スクリーン印刷法にて厚さ約１５μｍに形成する。　　
このプレポリマーとして、トリメチロールプロパントリ
アクリレートを用い、重合開始剤とともに通常のネマテ
ィック液晶材料に対して約２５％の割合で混合した均一
溶液を使用した。このネマティックの液晶に対して、Ｐ
型の２色性染料を添加して液晶に電界が加わらない時に
黒を示すようにした。

【００１９】次にこの塗布面上に平均粒径が１０．５μ
ｍのスペーサー６をドライ散布し、次に所定のパターン
に対向電極７が形成された他方の基板２を所定の位置に
重ねて、１〜５ｋｇ／ｃｍ２　の圧力を加えてプレスし
て、基板間隔が約１０μｍとなるようにして、基板間の
不要な均一溶液を基板の外に押し出した。この不要な均
一溶液をワイプして、基板全面に紫外光を照射して、基
板間に形成されたプレポリマー（モノマー）を硬化（高
分子化）させ、一対の基板１、２を固着した。この照射
条件は１００Ｗ／ｃｍの紫外光ランプに対し、約２０ｃ
ｍの距離を離して、基板を設置して、約５分間照射した
。このようにして透明固体物質と２色性の染料が添加さ
れた液晶を含む調光層５を形成し、基板を固着し、強誘
電性の有機樹脂膜が形成された液晶電気光学装置を完成
した。

【００２０】この作製した装置の基板間隔の均一性は２
００ｍｍ×２６０ｍｍ基板で１０．０μｍ±０．１であ
り、基板間のスペーサーも調光層作製時のスクリーン印
刷で偏ることなく、基板内に適度に分散していた。

【００２１】本実施例の液晶電気光学装置にパルス信号
を印加して、駆動したところ、パルスを印加した直後の
数十マイクロ秒の間は有機樹脂膜の持つ自発分極により
、保持される電荷の系全体での緩和（中和）現象のため
、電気光学特性は乱れるが、その後は安定し、明確な閾
値特性が得られ、また電荷の保持も時分割駆動に十分対
応できる５０ｍ秒以上の保持が可能であった。

【００２２】本発明の液晶電気光学装置において、液晶
に電界を印加しない場合は液晶中の２色性染料により黒
となり、印加した場合は画素電極上のカラーフィルター
９により、着色され、カラーフィルターのＲ、Ｇ、Ｂの
加算混色により、さまざまな色を表現できる。このよう
に、分散型液晶電気光学装置において、はじめて有機樹
脂膜の持つ強誘電性を有効に利用して液晶電気光学装置
を実現すると同時に、反射型でカラー表示が可能となり
、さらに分散型液晶で黒を表すことができた。

【００２３】一般にカラー表示を行う際にはカラーフィ
ルターを使用するがこのカラーフィルター部分での光の
減少が著しいために、通常は透過型を基本とし、さらに
明るいバックライトを使用していた。本発明においては
、液晶電気光学装置として、分散型を使用するため、通
常の液晶電気光学装置で必要とされる偏光手段が不要の
ため、この偏光手段での光の減少をなくすことができる
。これにより、カラーフィルター部分での光の減少分を
補うことができるために、反射型のカラー表示を実現す
ることができた。

【００２４】『実施例２』本実施例の液晶電気光学装置
の概略断面図を図３に示す。本実施例においても、その
作成方法は実施例１とほぼ同じである。ただし、図３よ
り明確なように、第１電極３が画素電極８とは全く異な
った形状で、有機樹脂膜４を挟んで画素電極８と対向し
コンデンサーを構成している。

【００２５】本実施例の構造の場合の特徴は、この第１
の電極３と画素電極８との間で構成されるコンデンサー
の容量を第１の電極３のパターンを変更することにより
、容易に可変でき、この容量の変更により、液晶電気光
学装置の画素の液晶に加わる電位の掛かり方を変更する
ことができるものであります。

【００２６】『実施例３』本実施例の液晶電気光学装置
の構造は実施例１と全くおなじである。ただし、調光層
５の透明固相ポリマー中に強誘電性を持つ有機樹脂膜４
とは別に強誘電性を示す材料を添加している点で、実施
例１とは異なっている。

【００２７】本実施例の場合、画素の液晶が構成するコ
ンデンサーに対して直列に有機樹脂膜４によって構成さ
れるコンデンサーを設けると同時に、並列に更なるコン
デンサーを設けたものとおなじである。即ち、有機樹脂
膜４によって構成されるコンデンサーの容量に対して、
液晶のコンデンサーの容量を増加したことと同じ意味を
持つ。この容量の変更により、液晶電気光学装置の画素
の液晶に加わる電位の掛かり方を変更することができる
ものであります。

【００２８】この透明固相ポリマー中に添加する強誘電
性を持つ材料としては、有機樹脂膜４とおなじ材料を使
用してもよいし、その他の強誘電性材料でもよく、調光
層に添加できるような寸法であればよい。さらこの強誘
電性材料の寸法を均一化できるのであれば、スペーサの
代用とすることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の構成をとることにより、液晶に
加える電位を安定に保持でき、マトリクス状の液晶電気
光学装置を駆動する際に良好な表示特性を得ることがで
きる。また、分散型液晶材料を使用することで、有機樹
脂の強誘電性材料を積極的に利用でき、その自発分極を
増大させるために表面が凹凸化しても、有効に液晶電気
光学装置として利用できた。さらには、画素液晶部分の
コンデンサー容量と強誘電性材料で構成されるコンデン
サー容量とを可変することにより、液晶に加わる電位の
状態を積極的に変更でき、より実情に合った電位の加わ
り方を実現することができた。さらにまた、本発明の構
成により、分散型液晶で反射型のカラー表示ができるよ
うになり、分散型のため偏光手段が不要となり、カラー
フィルターによる光の透過料の減少を補い明るい画面の
反射型の液晶電気光学装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶電気光学装置の概略断面図の一例
を示す。

【図２】従来明の液晶電気光学装置の概略回路図を示す
。

【図３】本発明の液晶電気光学装置の概略断面図の一例
を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　第１の電極と強誘電性を有する有機樹
脂膜と反射性を有する画素電極とカラーフィルターとが
積層された構造を持つ基板と液晶材料中に２色性の染料
を添加した分散型の液晶電気光学手段を有することを特
徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２】　　請求項１記載の液晶電気光学装置にお
いて、画素電極と第１の電極は画素部分のうち２辺を概
略同外形状としたことを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項３】　　請求項１記載の液晶電気光学装置にお
いて、第１の電極と画素電極とは少なくとも一部で間に
強誘電性を有する有機樹脂膜を挟んで積層されているこ
とを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項４】　　第１の電極と強誘電性を有する有機樹
脂膜と反射性を有する画素電極とカラーフィルターとが
積層された構造を持つ基板と２色性の染料が液晶材料中
に添加された分散型の液晶電気光学手段を有する液晶電
気光学装置であって、第１の電極と画素電極に設けられ
た強誘電性を有する有機樹脂膜が第１の電極および画素
電極に挟まれた面積を制御して、画素部分の液晶の容量
と強誘電性を有する有機樹脂膜の容量との比率を定め液
晶に加わる電位を決定することを特徴とする液晶電気光
学装置。
【請求項５】　　第１の電極と強誘電性を有する有機樹
脂膜と反射性を有する画素電極とカラーフィルターとが
積層された構造を持つ基板と液晶材料中に２色性の染料
が添加された分散型の液晶電気光学手段を有する液晶電
気光学装置であって、分散型液晶の透明固相ポリマー中
に強誘電性を有する材料を添加して、画素部分の液晶容
量と強誘電性有機膜の容量との比率を定め液晶に加わる
電位を決定すること特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項６】　　第１の電極と強誘電性を有する有機樹
脂膜と反射性を有する画素電極とカラーフィルターとが
積層された構造を持つ基板と液晶材料中に２色性の染料
が添加された分散型の液晶電気光学手段を有する液晶電
気光学装置であって、前記強誘電性を有する有機樹脂膜
の表面は凹凸化して、十分な強誘電性を発現しているこ
とを特徴とする液晶電気光学装置。