JPS61159623A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は熱光学効果ｉ九は電気・熱光学効果を有する表
示体を用いた熱書込み型液晶表示装置に係り、特に液晶
に色素を添加することなく、白黒の表示方式が可能な熱
書込み型液晶表示装置に関する。

〔発明の背景〕

熱光学効果又は電気・熱光学効果を有する表示体を利用
する熱書込み型表示装置として、スメクチック相、を有
する液晶の電気・熱光学効果を利用した熱書込み型の液
晶表示装置が知られている（特開昭５３−７０４５６号
公報、特開昭５７−１９２９２５号公報等）。その液晶
パネルの基本構造を第２図に示す。ガラス基板１の上に
例えばストライプ状の液晶加熱電極２を設け、もう一方
のガラス基板６には液晶加熱電極２と直交するようにス
トライプ状の透明電極５が設けられている。加熱電極２
と透明電極５の間にスメクチック相を有する液晶４４が
あるっ加熱電極２と透明電極５との交点が１１ｉｉｉｉ
素となシ、マトリックス状の表示パネルを構成している
。なお液晶層４と各電極の間には配向膜３がある。スメ
クチック相を有する液晶は加熱電極２の抵抗発熱によシ
加熱され、スメクチックＡ相からネマチック相を経て等
方性液体相に変化する。そして等方性液体相から冷却す
る過程で、液晶に電界を印加すると液晶層にホメオトロ
ピック組織が形成し、液晶分子は電界方向に並びこの状
態を保ったままスメクチック相となる。この時、液晶層
４は光学的に透過率の高い非散乱状態である。一方、冷
却過程で、液晶に電界を印加しない場合、液晶はフォー
カルコニック組織が形成し、液晶分子はランダムは配向
状態のスメクチック相となシ、透過率の低い光散乱状態
となる。各画素をこの光散乱状態にするか非散乱状態に
するか恍よって、表示を行なうものである。表示方式と
して散乱モード表示方式とゲストホストモード表示方式
がある。散乱モード方式は、′ａ面反射表面を有する加
熱電極を用いて外光の液晶による乱反射で表示するもの
である。すなわち、非散乱状態の画素は外光が乱反射せ
ず電極表面の鏡面が見え、光散乱状態の画素は外光が乱
反射し、その画素は白濁して見えるようになるのを利用
して表示を行なうものであるつこの時、加熱電極はｋｔ
、Ｃｒ。

Ｎ１等の金属電極で、表面は反射率の高い鏡面状態が用
いられている。しかし、この散乱モードの表示は、視角
特性が悪く、またコントラストの向上も限界がある。こ
れに対し、液晶に色素を添加したゲストホスト方式は視
角依存性が小さく、またコントラストの点から有利であ
るが、電極表面すなわち表示の背景を白色の拡散反射面
とすることが必要である。このため、加熱用電極部の素
子構造として、第３図（ａ）に示すように加熱電極２＋
絶縁物７＋白色Ａｌ反射膜８とするもの、また第３図（
ｂ）に示すように白色Ａｌ加熱電極２の方法がある。第
３図（ａ）の方法はＡｌの加熱電極２と白色反射膜８を
絶＃膜７をはさんで別々に設けたものであるが、素子構
造が３層と複雑で製造プロセスが複雑になる。また絶縁
膜にピンホール等の欠陥があると、加熱電極と白色反射
膜の間で短絡が発生しやすい。さらに絶縁膜が断熱層と
して作用するため、加熱用電極で発生した熱が有効に液
晶層の加熱のために働かないという問題があるうさらに
、スメクチック相を有する液晶を用いた熱書込み液晶表
示装置は表示だけでなく一度薔込んだ情報を読み出せる
という特徴がある。これはスメクチック相の液晶の書込
みを行なった画素部と書込みを行なわない画素部の誘電
率の差があることを利用したものである。すなわち、書
込み画素と非書込み画素の加熱電極と透明電極の間のコ
ンデンサ容量の差を検出して、書込まれた情報を読み出
すものである（特開昭５９−３４５８７号公報、特開昭
５９−１５５８８０号公報）。第３図（ａ）の方法では
加熱電極２と透明電極５（第２図、透明電極５参照）の
間に絶縁膜７がある。この絶縁膜７の誘電率は液晶に比
べて非常に大であるため、液晶層の誘電率を検出しよう
としても、絶縁膜の誘電率に影響されて、書込み画素と
非書込み画素の差を検出できな匹という問題がある。

４ｆＦ−第３図（ｂ）の方法は加熱電極が白色反射膜を
兼ねたもので、素子構造は単純で望ましいものである。

しかし、従来第３図（ｂ）の方法では加熱電極の材料と
してＡｌを用いている。Ａｌはその薄膜形成時の条件を
適当に選定すれば、容易に白色化できるためである。一
般的には、ＡＡの場合、蒸着あるいはスパッタリング時
の基板温度を３ＱＯＣ前後に加熱し、低い膜堆積速度で
膜を形成することＫよってＡｌの結晶を成長させ、表面
を凹凸にし乳白色の表面を得ている。この場合、表面を
凹凸ＫＬ、拡散反射率の高い白色反射膜を得るには、Ａ
ｌの膜厚として約ＬＯμｍ以上必要である。

しかしＡｌの膜厚がＬＯμｍ以上になるとシート抵抗は
０．０３９／口以下となる。抵抗が小さいと、加熱電極
２の抵抗発熱による液晶層の加熱に大きな電流が必要と
なる。例えば加熱電極２の長さ２００ｗｌ１１幅４００
μｍ、膜厚１．０μｍの時、液晶層を４０〜５０Ｃまで
加熱するには１Å以上の電流が必要で、液晶パネルを駆
動する回路が大聖化し、駆動回路のＩＣ化、ＬＳＩ化が
困難となる。

また当然、電力の消費も大とな゛る。以上のように、ゲ
ストホスト表示方式は表示品質の点で優れているが、素
子製作上の困難さがある。

そこで散乱モードの表示方式で、すなわち、液晶に色素
を混入しないで、ゲストホスト方式と同じような白黒の
表示が可能となれば、非常に有効であるうこのためには
、加熱電極の表面を黒色表（−ン し、加熱電極のシート抵抗は、０．１〜１Ω１０で、膜
厚は電極の温度上昇に伴う電極の溶断、電極の許容通電
電流等の点から１μｍ前後の膜厚が必要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、スメクチック液晶を用いた熱書込み型
の液晶表示装置において、液晶層の加熱電極が黒色の表
面を有する！極を用いて色素を混入しないで、コントラ
スト、視角特性の良好な白黒のゲストホスト表示方式と
同様な表示が可能な液晶表示装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

上記目的を達成する本発明の第１の特徴とするところは
、対向面に一方の電極と反射膜を兼ねる他方の電極とが
対向するように形成される一対の基板と該一対の基板間
に保持される熱光学効果又は電気、熱光学効果を有する
表示体とを具備する表示装置において、上記反射膜を兼
ねる他方の電極は鏡面反射率と拡散反射率が共に小さい
、又は鏡面反射率と拡散反射率のいずれか一方が小さく
、かつ黒色表面を有することにある。

さらに本発明の第２の特徴とするところは、対向面に一
方の電極と反射膜を兼ねる他方の電極とが対向するよう
に形成される一対の基板と該一対の基板間に保持される
熱光学効果又は電気・熱光学効果を有する表示体とを具
備する表示装置において、上記反射膜を兼ねる他方の電
極はスパッタガスとして、酸素および／または窒素が混
入されたスパッタリング法によって膜形成されることに
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明につき詳細に説明する。

第１図（ａ）及びｇ１図（ｂ）は、本発明の一実施例と
なる液晶表示装置の素子構造を示す分解斜視図および断
面構造図である。

一方のガラス基板１の上面には高熱伝導１１９、断熱層
１０、および加熱電極１１の順に積層され、一方ガラス
基板１に対面する他方のガラス基板６には透明電極５が
配設され、この加熱電極１１と透明電極５との間に配向
膜３を介してスメクチック相を有する液晶層４がはさみ
込まれている。加熱電極１１と透明電極５との交点が画
素を形成し、全体としてマトリックス状を形成している
。この実施例では高熱伝導層９が一方のガラス基板１の
全面に形成した場合を示している。

本実施例のガラス基板１．６の材質は硼硅酸ガラスであ
り、Ｓｉｎ、が８１チ、Ｂ１０３が１２チ、Ｎａ鵞０３
　が４優、Ａｌ５ｏ＠が３係の組成のものを使用してい
る。なお、本実施例としては基板としてガラスを用いた
が、ガラスに限らず、観察しない側の基板を３ｉ等の不
透明な基板、観察する側の基板をガラス、プラスチック
等の透明基板を用いても嵐い。

このように構成してなる液晶表示装置の素子で導率が０
．００２７　Ｃａｔｓｃｍ−’Ａ＠ｃ−１、ｔ　タ本実
ｍ例では高熱伝導層９は鋼（熱伝導４０．９４３ｃａｌ
・Ｊ−”　　＠５ｅｏ−ｔ　＠Ｃ−１）の蒸着膜２ｐｍ
を用いている。また断熱層１０は熱伝導率０．０００３
ｃａｔ・５Ｉ−１・８−１・ｃ−１のキシレン重合体で
あシ、膜厚が５μｍである。また透明電極としてはＩｎ
ｚＯ３−ｓｎｏ、の０．２μｍの蒸着膜を用いている。

本実施例の液晶材料は、熱光学効果または熱・電気光学
効果を有するもので、例えば 几−−ＣＮ　（ただし几はアルキル 基）で一般に表わされるものの混合物で、正の誘電異方
性を示し、室温でスメクチック人相を呈し、４２Ｃでス
メクチックＡ相からネマチック相へ、さらに４５Ｃでネ
マチック相から等方性液体相（アイソトロピック相）へ
と転移するものを用いている。

また曲のスメクチック相を有する液晶としては４．４′
−アルコキクビフェニールカルボン酸アルキルエステル
と４．４’アルキルシアノトランとの混合物あるいは４
−アルキシフェニル−４′−アルキル安息香酸エステル
とＰ、Ｐ’−アルキルシアノビフェニールとの混合物な
どが挙げられる。

本実施例では液晶４は配向膜３によって、初期状態でホ
メオトロピック配向すなわちスメクチック相を有する液
晶分子を基板に対し垂直に配向するようにするが、水平
配向でも良い。

本実施例における加熱電極１１はＡｌにＣｕ。

３ｉを添加したＡｌ合金（Ａｌ−１０ｗｔｌＳｊ−５ｗ
ｔ％Ｃｕ　）であり、絶縁物である酸化物が混入され、
かつ表面は黒色表面を有するものである。

次に加熱電極１１の製造方法について詳細に述べる。

第４図は本発明の一実施例で用いるＡｌ合金の７−ト抵
抗とスパッタリングガスＡｒへの酸素混合比との関係を
示すグラフである。高周波マグネトロンスパッタリング
装置を用いて基板ｌ上にスパッタリングした膜のシート
抵抗を公知の４探針抵抗測定法で測定したものである。

スパッタリング出力２ｋＷ、スパッタリングガス圧１０
ｍＴｏｒｒ＜１−ｓｐａ＞、基板回転方式で、スパッタ
リングガスの組成を人ｒ＋０８とし、０！混合比を０′
１１から７％まで変化させた時の結果である。膜厚はＬ
Ｏμｍ一定である。また基板１度は２００〜５ｏｏｃで
ある。第４図において、酸素混合比が大になるにしたが
って、スパッタリング膜中の酸化物の混入量が増え、シ
ート抵抗は大きくなることがわかる。この時、酸素混合
比０％すなわちＡｒ１００チの時は、膜表面は白色であ
るが、酸素混合比の増加とともに膜表面は白色から灰黒
色さらＫは黒色へと変化する。第Ｓ図は、第４図と同一
条件の膜形成を行なった時の酸素混合比と可視光に対す
る吸光度、鏡面反射率、拡散反射率の関係を示す。酸素
混合比０チの時、拡散反射率が６０〜７０チと高い白色
面となる。そして、酸素混合比がＯ，Ｓ＊以上になると
、拡散反射率、鏡面反射率が低く、吸光度の高い黒色の
膜となってくる。また酸素混合比が０〜０．５−の範囲
では、拡散反射率が比較的高い灰色の膜となる。第４図
。

第５図から、シート抵抗０．１〜１Ω／口で、かつ黒色
の膜を得ようとする場合、酸素混合率が０．５−〜４％
の範囲が良いことがわかる。この時、可視光に対する光
吸光度は５０−以上、鏡面反射率３０１以下、拡散反射
率２０１以下である。以上の様に本発明の一実施例によ
れば、酸素混合比を種々選択することによプ、膜厚１μ
前後で、フート抵抗０．１〜１Ω／口で、膜表面が黒色
化した加熱電極を形成できる効果がある。

なお、本発明の池の実施例として、スパッタリングガス
の人ｒ＋０１のＯ−のかわりにＮ！ガスを混入したＡｒ
＋Ｎｚの場合でも同様の効果が得られる。この場合、加
熱電極１１に混入される絶縁物は窒化物となる。

また、Ａ４合金として、池の材料組成のＡ／、−４１８
１−２０１Ｃｕでも同様な結果が得られた。

Ａｌ合金の５ｉとＣｕの添加量において、Ｓｉ＋Ｃｕの
合計が６−以下では、膜表面は灰色となり、黒色化が困
難である。また、３ｉ＋Ｃｕの添加量が４０１Ｇ以上に
なると抵抗値が高くなシすざる。

従って５ｉ−）−Ｃｕの添加量が７〜４０ｗｚ！ｏ範囲
が好まし匹ことを本発明者等は実験で確認している。

また、Ａ４合金の池の添加元素として、Ａｌ＋Ｔ　ｉ　
、Ａｌ＋Ｃｒ、ＡＡ＋Ｎ　ｉ、Ａｌ＋Ｍｇ等の合金を用
いて、同様にスパッタガス中の０２またはＮ！ガス混合
率を制御して膜形成しても同じような効果がある。

本発明の実施例では、スパッタリング法によシ膜形成を
行なったが、池の成膜法として、抵抗蒸着法や電子ビー
ム蒸着法で、ガスを導入し、高電圧印加で蒸着粒子をイ
オン化し、電界１ｃＩ）加速してから基板に付着させる
イオンブレーティング法などｔ−使用しても良い。

第６図は、本発明の一実施例となる液晶表示装置の全体
構成図である（特開昭５９−１５５８８０号公報参照）
。

パネル２００は第１図に示すものと同様なものであシ、
′ｇ６図では説明を簡単にするために、３行３列のマト
リックスで示している。

一方の基板く形成した加熱電極となるＹ電極の１１ａ〜
１１Ｃの一方の端子にスイッチ４２ａ〜４２　Ｃ１−ｔ
ａｄＬ、ｆｌｈ７ｏ４子ｔＧＮＤ　（ＯＹ）Ｋ接続する
。さらに、他方の基板く形成した透明電極となるＸ電極
４４ａ〜４４Ｃにスイッチペア４１ａ〜４１Ｃを接続す
る。スイッチ４２ａ〜４２ＣＫはヒート電源４７を接続
し、スイッチペア４１ａ〜４１Ｃには、駆動回路４０を
接続する。

駆動回路４０は、選択電圧Ｖａ及び非選択電圧ｖＮｌ　
を出力し、Ｖｇ＜Ｖｇｓ　　（実効値）とする。

Ｖｔｒは、本実施例ではＯｖあるいはこの近傍が選ばれ
る。またＶＨ２は、第７図に示す様なパルス波に限らず
、正弦波、間欠パルス等が選ばれるが、液晶の劣化を防
ぐため平均値がＯｖとなる交流が望ましい。

ここで、液晶パネル２００の画素のうち＠線を施した画
素ｅｌ！＋ｅ１３＋ｅ２ｊｖｅ！３ｍｅ３１＋ｅ３ｍを
書込み状態（散乱状態）、池の画素ｅ、＋ｅｌ！＋ｅｓ
ｓを非書込み状態（透明状態）とする場合の、Ｘ電ｆｆ
１５　ａ〜５　ＣとＹｔ［１１ａ　〜１１　ｃに加、す
る電圧を第７図に示す。

スイッチペア４１８％４１　Ｃを総てオフにした状態で
スイッチ４２ａを一定時間だけオンジ、Ｙ電極１１ａに
ヒート電圧Ｖｗを印加する。この結果、Ｙ電極１１ａは
発熱し、ジュール熱によシ液晶は加熱されスメクチック
相から等方性液体相に転移する。次にスイッチ４２ｍを
オフにし、ヒート電圧Ｖｗを取シ去ると液晶は急速に冷
却するが、この時スイッチベア４１ａの一方のスイッチ
のみをオンして非選択電圧Ｖｗｍ　　を選択し出力する
。

残りのスイッチペア４１ｂと４１ｃは、選択電圧Ｖｇ（
−：Ｏ）を選択し出力する。この結果、斜線を施した画
素Ｊ！＋８１３は書込み状態となシ、画素ａｌｌは非書
込み状態となる。本発明では、加熱電極表面は黒色であ
り、上記の場合、非番込み画素は黒色となシ、書込み画
素は液晶の散乱状態の白濁した色となる。この結果表示
は液晶に色素を　。

混入しなくても黒地に白の表示（ネガ表示）となる。な
お逆に、白地に黒の表示（ポジ表示）も可能である。以
上述べた動作をＹｅｔ極１１ｂ、ｌｌｃについても順次
同様に行なう。

以上の本発明の実施例としそは、スメクチック相を有す
る液晶を例にとって説明したが、これに限らず、ネマチ
ック液晶にコレステリック液晶を混入した液晶等、一般
の熱光学効果または電気・熱光学効果を有する表示体で
あれば、本発明は適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、比較的抵抗が高く、かつ簡単な構成の
黒色反射膜を兼ねる電極を具備する表示装置及びその製
造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例となる液晶表示装置の分解斜
視図および断面構造図、第２図及び第３図は従来の液晶
表示装置の断面図、第４図は液晶表示装置の加熱電極の
シート抵抗と酸素混合比との関係を示す特性図、第５図
は加熱電極の可視光に対する光吸光度、鏡面反射率、拡
散反射率と酸素混合比との関係を示す特性図、Ｎ６図は
本発明の一実施例となる液晶表示装置の全体構成図、第
７図は第６図の動作タイミングチャートを示す説明図で
ある。 １．６・・・基板、２．１１・・・加熱電極、４・・・
液晶層、５・・・透明電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方の基板上の電極と、他方の基板上の反射膜を有
   する電極とが対向し、前記一対の基板間に熱光学効果ま
   たは電気・熱光学効果を有する表示体を具備する表示装
   置において、上記反射膜を兼ねる他方の電極は、黒色表
   面を有することを特徴とする液晶表示装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記黒色表面を有
   する他方の電極は、絶縁物が混入されて形成されること
   を特徴とする液晶表示装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記表示体はスメ
   クチツク相を有する液晶であることを特徴とする液晶表
   示装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記黒色表面を有
   する他方の電極はシート抵抗０．１〜１Ω／□であるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記黒色表面を有
   する他方の電極はＡｌ合金で形成されることを特徴とす
   る液晶表示装置。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記黒色表面を有
   する他方の電極は可視光に対する光吸光度５０％以上、
   鏡面反射率３０％以下、拡散反射率２０％以下であるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。