JP2794502B2 - 液晶電気光学装置 - Google Patents

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20〜50万個も
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
と画素電極とが積層された構造を持つ基板と分散型の液
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することを
特徴とするものであります。

【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、
ＳＴＮ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。

【００１４】

【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。

【００１５】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モリブデン金属を画
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。本実施例においては、画素電極を
反射性を有する金属を使用したが、反射性を有する電極
は基板上の電極３であってもよい、また、両方の電極と
も透光性であっても、両方とも反射性を有する電極であ
ってもよい。

【００１８】次に此の画素電極４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。

【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２０cm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。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
置を実現することができた。

【００２２】『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。

【００２３】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。

【００２４】『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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】

【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。

【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 (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の電極と、該電極を有する基板全面上
   に結晶化により凹凸が表面に形成され、強誘電性を発現
   している有機樹脂膜と、 前記有機樹脂膜上の、前記第１の電極と少なくとも一部
   が対向する位置に設けられた画素電極と、 該画素電極の形成されていない該有機樹脂膜上及び該画
   素電極上に分散型液晶層と、 該液晶層上に対向電極とが設けられた構造を有すること
   を特徴とする液晶電気光学装置。
2. 【請求項２】第１の電極と、該電極を有する基板全面上
   に結晶化により凹凸が表面に形成され、強誘電性を発現
   している有機樹脂膜と、 前記有機樹脂膜上の、前記第１の電極と少なくとも一部
   が対向する位置に設けられた画素電極と、 該画素電極の形成されていない該有機樹脂膜上及び該画
   素電極上に分散型液晶層と、 該液晶層上に対向電極とが設けられた構造を有する液晶
   光学装置であって、 前記第１の電極と前記画素電極に挟まれた該有機樹脂膜
   の容量と、 前記対向電極と前記画素電極に挟まれた分散型液晶の容
   量との比率によって、前記分散型液晶層に加わる電位が
   所定の値となるように前記第１の電極と前記画素電極に
   挟まれた前記有機樹脂膜の面積が、定められていること
   を特徴とする液晶電気光学装置。
3. 【請求項３】第１の電極と、該電極を有する基板全面上
   に結晶化により凹凸が表面に形成され、強誘電性を発現
   している有機樹脂膜と、 前記有機樹脂膜上の、前記第１の電極と少なくとも一部
   が対向する位置に設けられた画素電極と、 該画素電極の形成されていない該有機樹脂膜上及び該画
   素電極上に分散型液晶層と、 該液晶層上に対向電極とが設けられた構造を有する液晶
   電気光学装置であって、 前記分散型液晶層は、透明固相ポリマーと前記透明固相
   ポリマー中に分散された液晶とで構成され、前記透明固
   相ポリマーには強誘電性を有する材料が添加されている
   ことを特徴とする液晶電気光学装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３に記載の液晶電気光学装置
   において、画素電極と第１の電極の何れか一方は反射性
   を有することを特徴とする液晶電気光学装置。