JP2655540B2

JP2655540B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2655540B2
Application number: JP13887088A
Authority: JP
Inventors: 旗秋吉本; 克博伊藤
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JPH01307728A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は液晶表示装置に係り、特に基板上に、画素電
極と、この画素電極に信号を送る信号線と、前記画素電
極と前記信号線とを接続する非線形素子とを有し、前記基板と、前記画素電極と対向するように電極が設
けられた基板との間に液晶を充填した液晶表示装置に関
する。

［従来の技術］液晶表示素子は、薄型、低電圧駆動が可能、低消費電
力であり、またICによって直接駆動できるため、装置の
小型化，薄型化が容易である利点を有する。特にTN型液
晶は、低電圧、低消費電力の点で優れ、従来から腕時
計、電卓等に広く用いられている。

近年、ワードプロセッサ，パーソナルコンピュータ等
の情報処理装置の普及に伴ない、装置の可搬性，薄型
化，小型化が求められるようになり、CRTにかわる表示
素子として、液晶表示素子が採用され始めている。かか
る場合、漢字表示を可能とするため腕時計、電卓等の用
途に比べその画素数は非常に多くなり、液晶表示素子の
駆動方法も通常Ｘ−Ｙ状に電極を交差させるマトリクス
表示駆動が用いられるが、この場合、各画素は個々に画
素電極が独立していないために隣接画素にも一定の電圧
が印加されることとなり、隣接画素は完全に非表示状態
とはならず、いわゆるクロストークが発生する場合があ
る。

このクロストークを改善するために、各画素ごとにダ
イオード，薄膜トランジスタ等の非線形素子を設ける方
法がある。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、数千〜数十万画素にものぼる画素ごと
にダイオード，薄膜トランジスタ等を、欠陥なしにある
いは略同一特性に配設することは困難であり、特性のバ
ラツキが少なく、大面積に形成可能な非線形素子の作製
が望まれていた。

一方、面積が大きい表示装置に用いられる液晶の開発
が進み、近年、ポリマーのマトリクス中に液晶の小さな
球を分散させたNCAP（Nematic Curvilinear Aligned Ph
ase:ネマチック曲線式整列相）液晶と呼ばれる新規な液
晶技術が開発され、液晶層の厚さの制御が容易なため、
大面積化が可能，応答時間が早い，偏光板を必要としな
い，視野角が広い等の特徴を有することから、比較的面
積が大きい表示装置に好適に用いられるものとして期待
されている。

しかしながら、上記のNCAP液晶はTN型液晶（〜5V）に
対して動作電圧（数十〜数百Ｖ程度）が高く、非線形素
子として、薄膜素子等よりも耐電圧の高い素子が望まれ
ていた。

本発明の目的は、ポリマー分散型液晶を用いて大面積
表示が可能な液晶表示装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明の液晶表示装置は、基板上に、画素電極と、こ
の画素電極に信号を送る信号線と、前記画素電極と前記
信号線とを接続する非線形素子とを有し、前記基板と、前記画素電極とを対向するように電極が
設けられた基板との間に液晶を充填した液晶表示装置に
おいて、前記非線形素子が、バリスタであり、前記液晶がポリ
マー分散型液晶であることを特徴とする。

［作用］バリスタは一般にサージ吸収素子として用いられてい
るものであり、第３図（Ａ）に示すように一定電圧（以
下バリスタ閾値電圧（Va）と記する）以下では抵抗が大
きく実質的に電流はほとんど流れないが、電圧Vaを超え
ると急激に抵抗が小さくなり、電流が流れる特性を有し
ているものであり、電極間距離，粒子の大きさ等の制御
により、バリスタ電圧、電流容量等を任意に制御可能
で、電子回路保護用、落雷防護用等広範囲な領域をカバ
ーできる素子である。

本発明は、駆動電圧がTN液晶等に比べ高いポリマー分
散型液晶と、高電圧までバリスタ電圧を制御可能なバリ
スタとを組み合わせて用いることにより、ポリマー分散
型液晶の優れた特徴を生かした多数の画素からなる液晶
表示装置を作製せんとするものである。

なお、前記バリスタを、主としてバリスタ粉よりなる
バリスタ膜とすれば、基板上の任意の位置および大きさ
にバリスタを作製することができ、さらに、前記バリス
タ膜を、バリスタ粉を主成分とするペーストを用いた印
刷法によって、画素電極と信号線との間に形成し、バリ
スタ膜を各画素電極に個別に作製すれば、薄膜形成技術
を用いる場合等と比較して、製造方法が簡易で、安価で
あり、広い面積に一度に素子を作製することが可能であ
り、特性のバラツキ等が少なく安定したバリスタ素子を
形成することができる。

バリスタを、主としてバリスタ粉よりなるバリスタ膜
とする場合、粒径のそろったほぼ球形のバリスタ粉を用
いることにより、各画素電極と信号線間のバリスタ閾値
電圧がほぼ一定となり、きれいな表示が得られる。

バリスタ粉の粒径としては１〜30μｍが適当であり、
より好ましくは、２〜20μｍが適当である。過度に大き
い粒子を用いると、液晶層の厚さが厚くなり駆動電圧が
高くなりすぎ、過度に小さいと画素電極と信号線との間
隔を狭くする必要が生じ、ギャップ精度を高めることが
困難になる。

今、第３図（Ｂ）に示すように、液晶構成部６と、こ
の液晶構成部６に信号を送る、信号線X1,X2,X3および交
差する信号線Y1,Y2,Y3と、液晶構成部６の画素電極と前
記信号線X1,X2,X3とを接続するバリスタ膜５とを形成
し、第３図（Ｂ）に示すように、信号線X1,X2,X3に0,V/
2,0なる電圧（V/2＜Va＜Ｖ）を印加し、信号線Y1,Y2,Y3
に0,−V/2,0なる電圧を印加した場合、信号線X2,Y2の交
差する液晶領域以外はV/2＜Vaであるために、バリスタ
膜で電荷の流入が阻止され、液晶構成部６に電圧はほぼ
印加されない。

一方、信号線X2,Y2の交差する液晶領域では、Va＜Ｖ
であるためにＶ−Vaなる電圧が液晶構成部６に印加され
る。このようにして、クロストークを防止することがで
きる。なお、信号線X2,Y2の交差する液晶領域に印加さ
れる電圧は、マルチプレックス駆動の順次走査により信
号線X2,Y2に印加される電圧が変化しても、バリスタ膜
によって電荷が保持されるためにバリスタ電圧以下の電
圧印加状態が保持され、液晶は表示状態を維持すること
ができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明す
る。

なお、以下の実施例はポリマー分散型液晶の一例とし
てNCAP液晶を選択した場合について説明する。

まず、本発明の液晶表示装置の説明に先だってNCAP液
晶の構成および動作について説明する（以下の説明は、
「新しい液晶ディスプレイの原理と応用」電子材料198
7,12,P.67〜P.71、特許出願公表昭58−501631号公報に
基づくものである）。

第４図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、NCAP液晶の一構成例を
説明するための概略的構成図であり、第４図（Ａ）は液
晶構成部の構成図、第４図（Ｂ）は液晶層の構成図、第
４図（Ｃ）は液晶カプセルの構成図を示すものである。

NCAP液晶素子は、第４図（Ａ）に示すように、NCAP液
晶層９がプラスチックフィルム７に挟まれた構成をして
おり、プラスチックフィルム７には、電極８としてITO
等の透明導電層がコーティングされている。第４図
（Ｂ）はNCAP液晶層９の一部10の構成を示すものであ
り、さらに第４図（Ｃ）はNCAP液晶層９の液晶カプセル
11の構成を示すものである。第４図（Ｂ）（Ｃ）に示す
ように、NCAP液晶層９は、ポリマーのマトリクス13中に
液晶の小さな球12が分散したものが集ったものである。

第５図（Ａ）（Ｂ）は、黒の二色性染料を使用したNC
AP液晶の動作を示すための概略的説明図であり、第５図
（Ａ）は無電圧状態、第５図（Ｂ）は電圧印加状態を示
すものである。

第５図（Ａ）に示すように、無電圧状態では液晶分子
12bはカプセルの外壁に沿って並ぼうとする。この場
合、液晶分子12bの複屈曲性により、入射光は液晶のカ
プセルの表面，内部で散乱し、二色性染料12aにより吸
収される。その結果、フィルムは暗黒色に見える。

第５図（Ｂ）に示すように、電圧印加状態では、液晶
分子12bは電界方向に並ぼうと軸を回転させる。液晶分
子12bの軸の屈折率とポリマーの屈折率が等しければ、
光は散乱されずに直進し、透明になる。このようにし
て、電圧を調節することによって、完全に散乱吸収され
た状態から十分に透明な状態まで連続的に変化させて表
示を行うことができる。

以下、上記のNCAP液晶を用いた本発明の液晶表示装置
について説明する。

第１図は、本発明の液晶表示装置の第一実施例の構成
を説明するための概略的断面図である。

第２図（Ａ）は、上記電極構成部の概略的平面図であ
り、第２図（Ｂ）は、その断面図であり、第２図（Ｃ）
は、その拡大図である。

第１図に示すように、ガラス基板1a上にITO等の透明
電極からなる信号線４及び画素電極2aを一定の距離隔て
て形成し、信号線４及び画素電極2aの間にバリスタ膜３
を形成する。このバリスタ膜３は後述する印刷技術を用
いて形成される。なお、第２図（Ｂ）ではバリスタ粉末
が二層の場合を例示したが、二層に限定されるものでは
ない。ガラス基板1aと一定の距離を隔ててガラス基板1b
を配置し、その上に電極2bを形成する。画素電極2a（信
号線４）と電極2bとは第３図（Ｂ）のようにマトリクス
状に配置される。ガラス基板1aとガラス基板1bとの間に
は前述したNCAP液晶層９が配設される。

以下、上記液晶表示装置の製造工程について説明す
る。

まず、ZnO粉末を50〜500kg/cm2の圧力で成形し、電気
炉中,700〜1300℃で焼成した。得られたペレットを乳鉢
で粉砕，分級し、粒径５〜８μｍの粉末を得た。粉末の
角を丸めるため、再度電気炉中、800〜1300℃で焼成し
た。得られた球状のZnO粉末100gにBi₂O₃、Co₂O₃、Mn
O₂、Sb₂O₃等を数ｇ程度加え、よくかきまぜ合わせた後7
00〜1300℃で焼成して、バリスタ粉末を作製する。かか
るバリスタ粉末10g、ガラス粉数ｇ、バインダ数ｇをよ
く混合して、ペーストを作製する。予め、ITO等からな
る所定の画素電極2a、信号線４（画素電極2aと信号線４
とのギャップは50μｍ）をパターニングしたガラス基板
1aに、スクリーン印刷技術を用いて、上記ペーストを印
刷した。300〜500℃で熱処理してガラス基板1a上にバリ
スタ膜３を形成する。

次に、ポリビニルアルコール10.0gを蒸留水90gに溶か
した。液晶30gに黒色染料0.3〜3gを溶かした。両方の溶
液を混合し、乳化液を調製した。乳化液を、上記ガラス
基板1aに50μｍドクターブレードを用いて塗布，乾燥し
た。

他方、予めITO等の所定の走査電極となる電極2bをパ
ターニングした基板（ガラス、PETフィルム等の）にも
乳化液を50μｍのドクターブレードを用いて塗布し、乾
燥した。

両方の基板を所定の位置で合うように貼り合わせて基
板のまわりを接着剤でシールした。

以上の製造工程で作製された液晶表示装置において、
電極2bと信号線４間に駆動回路を接続して、±100vでマ
ルチプレックス駆動（1/400デューティ）したところ、
コントラスト30:1以上の鮮明な表示が得られた。

上記実施例では、バリスタをバリスタ膜として形成し
たが、膜状の形態に限定されるものではない。例えば、
従来にも、基板を多結晶ZnOとし、バリスタとして用い
て非線形素子を作製した例があり、本発明にも用いるこ
とができる。ただし、この場合、透過型の表示はできな
いという問題点を有しており（日経エレクトロニクス、
1987,1,128（NO.412）,145項）、前述した実施例のよう
に、主としてバリスタ粉よりなるバリスタ膜を基板上に
画素電極と別の位置に作製すれば、透過型の表示も可能
となる。

なお、上述した実施例では、バリスタ膜の作製方法と
して、ガラス基板上に、バリスタ粉、ガラス粉、バイン
ダを加え、ペーストとして印刷焼成したが、印刷法を用
いてバリスタ膜を形成する方法としては他に、蒸発乾燥
型接着剤にバリスタ粉を加え、ペーストとして印刷乾燥
させてバリスタ膜を形成する方法、硬化型接着剤にバリ
スタ粉を加え、ペーストとして印刷硬化させてバリスタ
膜を形成する方法等も可能である。

なお、基板としては、ガラス基板やPET基板がよく用
いられるが、特にこれらに限定されるものではなく、他
の材質のものでもよい。

蒸発乾燥型接着剤としては、セルロース系、アクリル
系、酢酸ビニル系、ポリビニルアルコール系等の接着剤
を用いることができる。なお、適量溶剤，可塑剤を添加
することも可能である。

硬化型接着剤としては、エポキシ系（例えば、DP pur
e 60,3M社製）、シリコーン系（例えば、TSE 352,東芝
シリコーン製）等の室温硬化型、エポキシ系（例えば、
JA−7437,3M社製）、シリコーン系（例えば、エポキシT
SJ 3155,東芝シリコーン製）等の加熱硬化型、光開始剤
によって重合を開始するモノマー（例えば、２−エチル
ヘキシルアクリレート、シジクロペンテニルアクリレー
ト），プレポリマー（例えば、ポリエステルアクリレー
ト、エポキシアクリレート），およびこれらの混合物，
モノマーまたは／およびプレポリマーを含む組成物等の
光硬化型接着剤が使用可能であり、その他、放射線硬化
型、電子線硬化型等の接着剤も使用可能である。

以下、具体的にバリスタ膜を形成して液晶表示装置を
作製した実施例について説明する。

（１）蒸発乾燥型接着剤を用いてバリスタ膜を形成し、
液晶表示装置を作製した場合の実施例（第二実施例） ZnOバリスタ100gと、エチルセルロース15gと、ブチル
カルビトールアセテート115gとからなるペーストを、あ
らかじめ画素電極等にパターン化したPETフィルム上に
スクリーン印刷し、乾燥させた後、前述した第一実施例
の液晶表示装置の製造工程と同様にして、液晶表示装置
を作製し、同様に駆動したところ良好なコントラストの
表示が可能となった。

（２）光硬化型接着剤を用いてバリスタ膜を形成し、液
晶表示装置を作製した場合の実施例（第三実施例） ZnOバリスタ150gと、ポリオールアクリレート11.8
％、ポリエステル樹脂35.3％、エポキシアクリレート2
3.5％,1,6ヘキサンジオールアクリレート20％、ベンゾ
インブチルエーテル５％からなる光硬化性樹脂組成物35
gとを混合し、ペーストを、あらかじめ画素電極等にパ
ターン化したPETフィルム上にスクリーン印刷し、紫外
線を照射して固化した後、前述した第一実施例の液晶表
示装置の製造工程と同様にして、液晶表示装置を作製
し、同様に駆動したところ良好なコントラストの表示が
可能となった。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明による液晶表示装
置によれば、ポリマー分散型液晶とバリスタとを組み合
わせることにより次の効果を得ることができる。

バリスタは閾値電圧に一定のバラツキを生じ、TN液
晶等の液晶では電圧−透過率特性の立上がりが急峻なた
め、バリスタを非線形素子として用いたときには中間表
示が困難であった。

本発明によれば、TN液晶等の通常の液晶より駆動電圧
が高いが（数十〜数百Ｖ程度）、TN液晶等の通常の液晶
より電圧−透過率特性の立上がりが急峻でなく、閾値電
圧のバラツキをある程度許容できるポリマー分散型液晶
と、閾値電圧のバラツキはある程度生ずるが、非線形素
子としての耐電圧の高いバリスタとを組み合わせること
により、ポリマー分散型液晶の中間表示を行うことがで
きる。

コントラスト比の高い表示を得るためには、液晶層
の層厚を厚くしたり、液晶の粒径を小さくすればよい
が、駆動電圧の高電圧化を招くことになる。

本発明によれば、高電圧化が可能なバリスタをポリマ
ー分散型液晶の駆動に用いることで、コントラスト比の
高い鮮明な表示を得ることができる。

その結果、本発明の液晶表示装置によれば、多数の画
素をマルチプレックス駆動した際に中間調表示が可能と
なるとともに、高コントラストな表示を得ることができ
る。

なお、前記バリスタを、主としてバリスタ粉よりなる
バリスタ膜とすれば、基板上の任意の位置および大きさ
にバリスタを作製することができ、さらに、バリスタ膜
の作製に印刷法を用いれば、製造方法が簡易で、安価で
あり、広い面積に一度に素子を作製することが可能であ
り、膜厚のバラツキ等が少なく特性の安定したバリスタ
を形成することができるので、ポリマー分散型液晶とを
組み合わせて用いることにより、大面積化が可能，応答
時間が早い，偏光板を必要としない，視野角が広い等の
特徴を有する液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示装置の第一実施例の構成を
説明するための概略的断面図である。第２図（Ａ）は、上記電極構成部の概略的平面図であ
り、第２図（Ｂ）は、その断面図であり、第２図（Ｃ）
は、その拡大図である。第３図（Ａ）（Ｂ）は、バリスタの動作を説明するため
の特性図、液晶表示装置のマトリクス配線図である。第４図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、NCAP液晶の構成を
説明するための概略的構成図である。第５図（Ａ）（Ｂ）は、黒の二色性染料を使用したNCAP
液晶の動作を示すための概略的説明図である。 1a,1b:ガラス基板、 2a:画素電極、2b:電極、 3,5:バリスタ膜、4:信号線、 6:液晶構成部、 7:プラスチックフィルム、8:電極、 9:NCAP液晶層。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、画素電極と、この画素電極に信
号を送る信号線と、前記画素電極と前記信号線とを接続
する非線形素子とを有し、前記基板と、前記画素電極と対向するように電極が設け
られた基板との間に液晶を充填した液晶表示装置におい
て、前記非線形素子が、バリスタであり、前記液晶がポリマ
ー分散型液晶であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記バリスタが、主としてバリスタ粉より
なるバリスタ膜である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記バリスタ膜が、バリスタ粉を主成分と
するペーストを用いた印刷法によって作製された請求項
２記載の液晶表示装置。