JP3597438B2 - 液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、良好な電気特性と良好なコントラストを持ち、画面全体に明るく均一な表示が得られる液晶電気光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶電気光学装置は、一般的に有機物材料である液晶材料を、一対の基板間に挟持した構造を有している。そして、前記一対の基板に形成された電極より発せられる電界の強度を変化させることで、液晶材料を進行する光を変調する。この光学変調の結果が表示となる。
【０００３】
従って、前記電極に特定の電気信号を印加すれば、電気信号を視覚的に認識可能な状態として表示させることが可能である。さらに前記電極を複数組み合わせ、画像データを印加すれば所望の画像を形成することができる。
【０００４】
この従来の液晶電気光学装置においては、光の変調は前記電界を基板に対して垂直に印加し、さらにその電界強度を変化させることで、一般的に棒状の形状を有する前記液晶分子の配向方向を、基板と平行、あるいは基板に垂直と変化させることで実現していた。
【０００５】
一般的にこの場合、液晶材料の示す特徴の一つである、光学的異方性を利用して光を変調させる。このため、前記装置には偏光板を配置し、入射光を直線偏光となるようにしていた。
【０００６】
しかし、このような動作方法をとる液晶電気光学装置は、表示面に対して垂直な方向から見たときは正常な表示状態でも、斜めから見ると表示が暗く、不鮮明になり、さらにカラー表示であれば変色してしまう現象が見られた。
【０００７】
この現象は、液晶電気光学装置からの出力光と液晶分子の配向方向の関係から、次のように説明される。
【０００８】
液晶分子を基板に垂直な方向に配する構成を採用した場合、所定の表示に際して、液晶分子の長軸方向が揃った配向状態が実現される。この状態では、液晶分子の垂直方向面より出力光を観測することになる。
【０００９】
この状態において、基板に垂直方向から少しずれた方向から見た場合は、液晶分子の長軸に対して少し傾いた視線からのものとなる。これは、出力光の観測面積が表示を見る方向により大きく異なることを意味している。
【００１０】
このため、観察者に対する視野角特性は、前記垂直方向からずれるほど大きく劣化する。
【００１１】
上記問題を解決する方法として、従来の液晶電気光学装置の動作モードと異なる方法が提案されている。これは、液晶分子が基板に平行な方向にのみ回転することにより、光学特性を変化させる動作モードである。その詳細は、特公昭６３−２１９０７号公報等に示されている。以下、この動作モードをＩＰＳモードと称する。
【００１２】
前記ＩＰＳモードでは、一枚の基板上に形成された一対の電極間において電界を形成する。この電界は、基板および液晶層に平行な方向にその主な成分を有している。この電界でもって、液晶分子を基板に平行な面内において回転させる。
【００１３】
このため、動作の過程で液晶分子が垂直に配向することに起因していた前述の視野角の問題を解決することができる。
【００１４】
しかし、ＩＰＳモードは液晶材料の光学異方性による複屈折性を利用して明暗を表示するため、偏光板は必要不可欠である。しかしながら、偏光板による光の吸収は大きく、光透過率を下げる原因となっていた。
【００１５】
上述したような偏光板による光透過率の低下を改善した液晶電気光学装置は、各種提案されている。
【００１６】
その中で、偏光板不要型ゲスト−ホストモードは、従来の液晶電気光学装置の作製技術をそのまま利用できる方法として知られている。特にＷｈｉｔｅ とＴａｙｌｏｒにより考案されたものは、その代表的なものとして知られている。以下この動作モードをＷＴ型と言う。
【００１７】
一般に、ゲストーホストモードとは、液晶材料中に二色性色素を添加したものを利用する動作モードである。ゲスト−ホストモードと言われる所以は、液晶分子をホスト、また二色性色素をゲストと見立てた所による。
【００１８】
その中でＷＴ型は電圧無印加−電圧印加のスイッチングでコレステリック液晶がネマチック相に相転移する。これにより、光の吸収、透過が選択される。
【００１９】
上記偏光板不要のゲストホストモードについては、「『液晶ディスプレイ』、テレビジョン学会編、大越孝敬監修、８４〜９４頁」に記載されている。また、「『液晶とディスプレイ応用の基礎』、コロナ社、吉野雅美、尾崎雅則共著、１４３〜１４７頁」に記載されている。
【００２０】
しかし、従来のゲスト−ホスト型の液晶電気光学装置においては、光透過時に、液晶分子光軸が基板面に対して垂直な方向にそろう状態となる。この結果、ゲスト−ホスト型液晶電気光学装置においても前述した視野角の問題が生じてしまう。
【００２１】
例えば、電界を印加し、無着色状態としたときも、視野角によっては、色が付いて見える状態となってしまう。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、ＩＰＳモードで動作する液晶電気光学装置は、視野角が広いという特徴を有している。しかし、偏光板の使用により、画面が暗くなるという欠点を有する。
【００２３】
これに対して偏光板不要型ゲスト−ホストモードは、偏光板を必要とせず入射光をそのまま出力でき、光の有効利用が可能であるという特徴がある。しかし、従来の液晶電気光学装置に見られるように視野角依存性が大きいという欠点を有している。
【００２４】
本明細書で開示する発明は、上記の欠点が無くし、かつ上記の有意性、即ちＩＰＳモードの高視野角特性、及び上記ゲスト−ホストモードの光の有効利用という、２つの特徴を兼ね備えた液晶電気光学装置を提供するものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明は、横方向電界駆動の液晶電気光学装置において、液晶が形成する調光層により光の透過と吸収を行うことを特徴とする。特に偏光板を用いることなく表示が可能であることを特徴とする。
【００２６】
即ち本明細書で開示する発明の一つは、
少なくとも一枚が透光性を有する一対の基板と、
前記基板間に狭持された調光層と、
前記基板に平行な方向に電界を印加する手段
とを有し、
前記調光層は少なくとも液晶、光学活性物質、及び二色性色素より構成されること
を特徴とする。
【００２７】
また、別の発明は、
少なくとも一枚が透光性を有する一対の基板と、
前記基板間に狭持された二色性色素を含有する液晶材料からなる調光層と、
前記調光層を配向させる手段と、
前記基板に平行な方向に電界を印加する手段
とを有し、
前記調光層は少なくとも液晶、光学活性物質、及び二色性色素より構成されること
を特徴とする。
【００２８】
本明細書で開示する発明を利用した液晶電気光学装置の具体的な例として、図２に示す構成を挙げることができる。
【００２９】
図２において、第一および第二の基板（１０１）および（２０１）は、透光性を有し、かつ外力に対しある程度の強度を有する材料で構成されている。これら第１および第２の基板（１０１、２０１）を構成する材料としては、例えばガラス、石英などの無機材料を利用することができる。
【００３０】
前記基板間には、液晶材料が調光層（２０４）として挟持される。液晶材料とは、液晶中に二色性色素及び光学活性物質を添加した。
【００３１】
電界を印加する手段としては、銅、アルミニウム、タンタル、チタンまたはクロムなどの金属材料やシリサイド材料が用いられる。また、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、酸化スズまたは酸化インジウム等の透光性導電材料を用いることができる。
【００３２】
また、前記一対の基板（１０１、２０１）を固定するために、接着剤としてシール剤（２０２）を所望のパターンに形成する。
【００３３】
さらに、前記一対の基板（１０１、２０１）の間隔をセル全体に一定に保持するためスペーサー（２０３）を配置する。
【００３４】
本明細書に開示する液晶電気光学装置では、良好な表示を得るために、セルパラメータを以下のようにする。
【００３５】
（１）入射光の波長λ（一般に３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、屈折率異方性Δｎ、及び螺旋ピッチｐの関係が、λ≧Δｎ・ｐである。
（２）螺旋ピッチｐを、１≦ｐ≦１５（単位：μｍ）の範囲とする。
（３）セル厚ｄを、１≦ｄ≦１０（単位：μｍ）の範囲とする。
（４）液晶分子の上下基板での配向ねじれ角θを、θ≦３００゜の範囲とする。
（５）電極間距離Ｌを、Ｌ＜２５μｍの範囲とする。（下限は１μｍ程度）
【００３６】
駆動方法としては、アクティブマトリクス方式、マルチプレックス方式等を利用することができる。
【００３７】
マルチプレックス方式では第一の基板（１０１）上に形成するのは表示用電極、基準電極の２種だけでよいが、アクティブマトリクス方式の場合、このほかにスイッチング素子として非線形素子、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やダイオードを各画素毎に形成する。
【００３８】
ＴＦＴとしては活性層にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）又はＰ−Ｓｉ（多結晶）シリコンを用いたものを用いることが出来る。アクティブマトリクス方式の場合、上記駆動素子の構成は、スタガー型、逆スタガー型といった公知の構成を利用することが出来る。
【００３９】
また、電極断面は矩形、台形だけでなく、なだらかな曲面状になるようにしても良い。電極断面がなだらかであれば、強度変化がなだらかに連続的な横電界を形成することができる。
【００４０】
一方、対向基板（２０１）についてはＴＦＴを形成した基板と同種の材料を用いることが可能である。また、対向基板には特に電極を形成する必要はないが、場合によっては基板の一部もしくは全面に電極を形成しても構わない。この時の電極材料としては上記の金属の他、透光性を有する材料、例えばＩＴＯ等を使用することが出来る。
【００４１】
また、対向基板（２０１）上もしくはＴＦＴ基板（１０１）、あるいは両方の基板上にコントラスト向上のため表示に関係しない部分を遮光する手段（ブラックマトリクス）を配置することは有効である。この遮光手段は、Ｃｒ等の金属もしくは黒色の顔料が分散された高分子材料などにより構成することができる。
【００４２】
液晶としては、ネマチック液晶等を用いることができる。また、前記液晶材料には光学活性物質を加え、コレステリック相を示すようにする。さらに、二色性色素の液晶に対する濃度は、１重量パーセント前後が望ましい。
なお、液晶はネマチック型に限定されるものではなく、使用状態において、コレステリック相を示すものであればよい。
【００４３】
ここでは、光学活性物質を加えたネマチック液晶と、二色性色素（ポジ型）との組み合わせにおいて使用する。
【００４４】
また、表示の形態として、反射型と透過型が挙げられる。反射型では、前記一対の基板のうちいずれか一方に金属等からなる反射板を形成する。また上記金属性の反射板は画素電極を兼ねることも可能である。
【００４５】
本明細書で開示する発明の液晶電気光学装置のスイッチング原理について説明する。
【００４６】
電界無印加時の調光層において、液晶／二色性色素分子の配向状態は、図３に示すように螺旋を描いた状態となっている。
【００４７】
この状態においては、液晶中に含有された二色性色素の分子長軸は、基板に平行であり、かつ基板に垂直な方向を軸にして、いずれの方向にも配向している。従って、入射する自然光はいずれの偏光成分も吸収される。この結果、暗状態が実現される。
【００４８】
一方、電界印加時には、液晶／二色性色素の分子長軸は電界の方向の配向する。ここで、電界は基板に平行な方向に印加されるから、液晶分子及び液晶材料中に含有された二色性色素の分子長軸は、基板に平行であり、かつ所定の方向にそろって配向する。
【００４９】
この時、ポジ型色素を使用していれば、二色性色素の長軸方向の光は吸収される。しかし、長軸方向より、ずれた方向の光の吸収はそれ程大きくはない。このため、入射光は調光層を透過する。
【００５０】
前記光の透過量は、多少二色性色素に吸収されるとはいえ、従来の偏光板を用いるＩＰＳモード駆動による液晶電気光学装置よりはるかに大きい。これにより、明るいディスプレイが実現される。
【００５１】
また、液晶の駆動について、基板に平行な電界により液晶分子のスイッチングを行うことにより、従来の液晶ディスプレイにみられる、視野角依存性を低減できる。
【００５２】
また、偏光板形成工程がなくなるため、従来のＩＰＳモードに比べ、少ない工程で液晶電気光学装置を作製することができる。
【００５３】
次に各種パラメータの限定理由について説明する。本明細書に開示する液晶電気光学装置の特性は、
（１）セル厚ｄ
（２）電極間距離Ｌ
（３）液晶の屈折率異方性Δｎ
（４）螺旋ピッチｐ
等のセルパラメータに依存する。
【００５４】
調光層に自然光が吸収されるようにするためには、屈折率異方性Δｎ、螺旋ピッチｐの関係をλ≧Δｎ・ｐを満たすように設定する。
【００５５】
なおピッチｐは、液晶分子の螺旋構造が３６０°旋回する距離として定義される。
【００５６】
上記の関係式を満たすようにすることによって、入射光の各偏光成分を効果的に調光層において吸収させることができる。
【００５７】
各パラメータが上記の関係式を満たさない場合は、調光層への入射光の偏光成分の中で調光層に吸収されない成分が残ることになる。この場合、暗状態でも光が透過してしまう。このことは、表示コントラストを低下させる原因となる。
【００５８】
本明細書に開示する発明においては、螺旋ピッチｐを小さくすることによって、調光層による光の吸収をより効果的に行わすことができる。従って、表示コントラストをより高めることができる。
【００５９】
しかし、螺旋ピッチｐを小さくしすぎると閾値が高くなり、駆動電圧が大きくなってしまう。このため、消費電力が大きくなり、液晶ディスプレイの低消費電力特性を活かしきれない。これは、マルチプレクス方式、あるいはアクティブマトリクス方式液晶ディスプレイの両方に共通する問題である。
【００６０】
また駆動電圧が大きいと薄膜トランジスタへの負担が大きくなり、ディスプレイの耐久性が低くなる。
【００６１】
また別の問題として、螺旋ピッチｐが小さくなるにつれ、液晶材料の閾値の急峻性が低くなるという現象が生じる。従って、螺旋ピッチｐが小さくなると、スイッチングが高速に行われなくなる。
【００６２】
こうなると、電圧無印加状態から電圧印加状態へとスイッチングする場合に、光吸収状態がしばらく続くことになり、光透過状態が速やかに実現されない。
【００６３】
また、逆に電圧印加状態から電圧無印加状態へとスイッチングすると、速やかに光吸収状態が実現されず、しばらくの間、光は調光層を透過する状態となってしまう。このため、高速表示のディスプレイを実現するのが困難となる。
【００６４】
上記のようにコントラストと閾値特性の関係はトレードオフの関係にある。そしてその関係は、螺旋ピッチに左右される。
【００６５】
本明細書に開示する発明においては、螺旋ピッチｐが、１≦ｐ≦１５（μｍ）の範囲に収めるようにする。このようにすれば、上記コントラストと閾値特性の両方の特性を満たすることができる。そして、ディスプレイとしての表示状態を損なわないものとすることができる。
【００６６】
また、表示特性はセル厚ｄにも依存する。また、セル厚だけではなく、添加する光学活性物質の粘性、液晶の螺旋ピッチｐによっても、表示状態が左右される。
【００６７】
このため、それらの影響を小さくするため、添加による液晶層に対する増粘効果の比較的少ないといわれる二色性色素を用いる。
【００６８】
以下に上記二色性色素として、アゾ染料を用いた場合におけるセル厚ｄの影響を調べた結果を示す。
【００６９】
ここでは、光学活性物質の添加量を調節し、液晶の螺旋ピッチｐを一定なものとする。
【００７０】
閾値特性、コントラスト、立ち上がり時間、セル厚方向の表示の均一性は、ある特定の螺旋ピッチｐを持つ調光層全体のセル厚に依存する。
【００７１】
セル厚ｄが低下すると、閾値が高くなり、駆動電圧が大きくなってしまう。このため、低消費電力の実現が難しくなる。また、従来の駆動回路の電圧設定範囲を超える電圧が必要となる。このため、新規な回路設計が必要となってしまう。
【００７２】
しかし、セル厚ｄが増加すると、電界の強度が一様でなくなりなる。この結果、電界印加時の液晶材料の立ち上がり時間（基板平行方向であり、かつ所定の向きに、液晶材料の配向が変化する時間）において、ばらつきが生じる。このため、二色性色素による色相変化時に、色表示のふらつきが生じる。
【００７３】
また、セル厚ｄの増加に伴い、コントラストの低下が生じる。このため、コントラストの向上のためには、セル厚を薄くすることが望ましい。
【００７４】
特に本明細書に開示する発明においては、セル厚ｄを、１≦ｄ≦１０（μｍ）の範囲とする。このことにより、閾値、コントラスト、立ち上がり時間、セル厚方向の表示の均一性において、比較的良好な表示を得ることができる。
【００７５】
また液晶分子の配向ねじれ角θを大きくすると、コントラストが上昇することが確かめられている。
【００７６】
一方、前記ねじれ角θが大きすぎると、電界ＯＮ時の立ち上がり特性と、電界ＯＦＦ時の立ち下がり特性が一致しなくなり、表示装置として好ましくない。
【００７７】
上記コントラスト、閾値特性の二つの特性が良好である範囲は、θ≦３００゜とすることが好ましい。
【００７８】
以下に電極間距離Ｌを２５μｍ以下とする点について説明する。
【００７９】
まず、二色性色素分子の電界による配向状態を説明する。二色性色素は液晶分子の配向と同じ向きに配向する。つまり、横方向電界印加時には、液晶分子は長軸方向が基板に平行であり、かつ所定の向きに配向される。二色性色素分子も、これにならい、長軸方向が基板に平行であり、かつ所定の向きに並ぶ。
【００８０】
本明細書に開示する発明においては、ポジ型の二色性色素を横方向電界によりスイッチングしている。このため電界印加時でも、二色性色素の長軸方向に光の吸収があるため、ある程度の光の吸収は起こってしまう。
【００８１】
従来の縦方向電界駆動時には、二色性色素は垂直に配向する。従って、ポジ型の二色性色素による光吸収は起こらない。つまり横方向電界駆動による方法は、縦方向電界駆動方法に比べて、理論的にコントラストの低下は避けられない。
【００８２】
従って、形成される横電界が調光層の光透過状態を左右する。二色性色素は上述の通り、長軸方向が基板面に平行である。しかし、電極近傍の電界は基板に対し垂直な方向である。即ち、電極近傍の二色性色素分子の長軸は、基板に対し垂直に配向する。
【００８３】
ポジ型二色性色素は、長軸方向に大きな吸収係数を持つ。また、該色素の分子短軸方向は、光吸収はほとんどない。つまり、電極近傍の垂直に配向した二色性色素は光をほとんど吸収しない。
【００８４】
従って、電極間距離Ｌが比較的短い方が二色性色素による全体の光吸収は小さくなる。これは電極間距離が短い方が、電極近傍の形成電界の立ち上がりが急峻であるためである。
【００８５】
本明細書で開示する発明においては、横方向電界印加時に光透過状態を実現している。従って、電界印加時に光透過量を多くした方が全体のコントラストを高めることができる。つまり、電極間距離Ｌが小さい方が、コントラストの点で望ましい。
【００８６】
また、閾値特性においても、電極間距離Ｌが影響する。電極間距離Ｌを大きくすると閾値が高くなり、駆動電圧が大きくなってしまう。このため、低電圧駆動が実現されにくい。
【００８７】
本発明人の実験によると、電極間距離Ｌを変化させてコントラストの変化を測定したところ、Ｌ＜２５μｍ（加減は１μｍ程度）にすると、比較的良好なコントラストが得られることが判明した。
【００８８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図３を用いて説明する。
図３に示すのは、調光層を入射光が透過しない状態とした場合、即ち暗状態となっている場合の模式図である。
【００８９】
この場合、調光層の配向状態は図３に示すように、液晶分子（３０１）の短軸方向を軸に、前記液晶分子（３０１）の配向ベクトルが、液晶分子（３０１）の形成する層が変わる毎に徐々に角度を変えた螺旋状態となっている。
【００９０】
図３に示す状態は、液晶分子（３０１）及び二色性色素（３０２）の分子長軸が、基板（１０１）から基板（２０１）へと、基板に垂直な方向を軸として１８０゜回転した配向状態を有している場合の例である。
【００９１】
基板に平行な方向の電界を印加しない状態においては、図３に示すように液晶に添加された二色性色素は、基板に垂直な方向を軸として全方向に配向している。
【００９２】
従って、自然光のどの成分の光が入射しても前記二色性色素分子の長軸方向成分を有することになる。この場合、入射した光のほとんどは二色性色素分子に吸収されるため、調光層を入射光が透過しない状態が実現される。即ち、暗状態が得られる。
【００９３】
他方、電界印加時は図４に示すように、調光層（２０４）を構成する分子が基板に平行な電界方向にその長軸を配向した状態となる。
【００９４】
従って、入射する自然光のうち、分子長軸方向に平行な偏光成分は吸収を受けるものの、他の成分は吸収を受けず調光層を透過する。従って、見た目には透過状態が得られる。即ち明状態が得られる。
【００９５】
そして、上記の電界無印加状態、及び電界印加状態をスイッチングさせることで黒、及び透明状態を表示できる。
【００９６】
【実施例】
本実施例では、図２に示される液晶電気光学装置の作製工程を示す。図２は本実施例の液晶電気光学装置の断面概略図である。図２における液晶電気光学装置は、図１に示すようなＴＦＴ及び配線等が形成された基板を一方の基板として用いる。
【００９７】
図１において、図１（Ａ）は画素部の概略の上面図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）における線Ａ−Ａ’における断面の概略図である。
【００９８】
まず、ガラス基板（１０１）上に、下地膜（１０２）として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法または熱ＣＶＤ法により２０００Åの厚さに成膜する。
【００９９】
この時基板（以下ＴＦＴ基板とする）１０１には、コーニング＃１７３７等の無アルカリガラスや石英ガラスを用いることが望ましい。
【０１００】
また、液晶電気光学装置の軽量化を目的とする場合、複屈折性の少ないフィルム、例えばＰＥＳ（ポリエチレンサルフェート）などを用いることもできる。
【０１０１】
次に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜を３００〜２０００Å、例えば５００Å形成する。
【０１０２】
次に、６００℃以下、好ましくは５５０℃以下の温度で熱アニールを行い、結晶化を行なった。熱アニール後、レーザー光またはそれと同等な強光によりアニールを行ない、結晶性を高めてもよい。
【０１０３】
特に熱結晶化の際に、アモルファスシリコン膜にニッケル等の結晶化を助長する触媒元素を微量に添加することで、結晶化が助長され、安価なガラス基板上に高い結晶性を有するポリシリコン膜を形成することができる。詳細は、特開平６−２４４１０３号公報等に示されている。
【０１０４】
こうして得られたシリコン膜をエッチングして島状のシリコン膜（１０３）を得る。次に、ゲート絶縁膜（１０４）としての酸化珪素膜を、ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法にて５００〜１２００Åの厚さ、例えば１０００Åの厚さに成膜する。
【０１０５】
その後、スパッタ法によりアルミニウムを２０００〜６０００Åの厚さに形成し、これをパターニングしてゲート線（１０５）を得る。ゲート線（１０５）の幅は８μｍとする。
【０１０６】
ゲート線（１０５）は、その表面に弱酸溶液を化成液として陽極酸化を施し、陽極酸化膜（１０６）を形成する。この陽極酸化膜（１０６）は緻密な膜質を有している。この陽極酸化膜（１０６）の膜厚の厚さは７００Åとする。
【０１０７】
この陽極酸化膜（１０６）は、ゲイト電極を機械的に及び電気的に保護する機能を有している。
【０１０８】
次に、イオンドーピング法により、島状シリコン領域（１０３）に対して、ゲート線（１０５）をマスクとして自己整合的に不純物イオンを打ち込み、ｎ型またはｐ型の導電型を付与し、導電域（１０７）を形成する。この導電層（１０７）の一方がソース領域となり、他方がドレイン領域となる。
【０１０９】
なお、アクティブマトリクス領域の外側周辺に、ポリシリコンよりなる薄膜トランジスタで図示しない周辺駆動回路を構成して設ける、いわゆるモノリシック型とすることは有効である。その際には、ｐチャネル型とｎチャネル型の薄膜トランジスタ相補型に作製する。
【０１１０】
その上に窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって厚さ３０００〜６０００Å例えば４０００Å形成し、第１の層間絶縁膜（１０８）とする。これは、酸化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜の多層膜としてもよい。
【０１１１】
次に薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域（１０７）上の第１の層間絶縁膜（１０８）に、エッチングによりコンタクトホールを形成する。その上にスパッタ法等により厚さ２０００〜６０００Å、例えば３０００Åのアルミニウム、またはチタンとアルミニウムの多層膜を成膜、パターニングして、ソース線（１０９）及びドレイン電極（１１０）を形成する。ソース線（１０９）の幅は６μｍ、またドレイン電極（１１０）の幅は８μｍとする。
【０１１２】
この上に、ポリイミドやアクリル系の透光性有機樹脂膜を４０００〜１００００Å例えば５０００Å形成し、第２の層間絶縁膜（１１１）を形成する。なお、この層間絶縁膜には酸化珪素、窒化珪素、あるいは酸化窒化珪素等の無機材料を利用できるのは言うまでもないが、前記ポリイミドもしくはアクリル系の有機材料を用いると、電極、素子等による凹凸を平坦化することができる。
【０１１３】
そして、アルミニウム、銅、クロム、チタン、ＩＴＯ等の導電性被膜をスパッタ法等の公知の方法で形成、パターンニングし、コモン線（１１２）を形成する。コモン線（１１２）の幅は８μｍとする。また、図１に示すように、コモン線（１１２）はドレイン電極（１１０）と平行な部分を有し、この部分のコモン線（１１２）とドレイン電極（１１０）との間隔は１２μｍとする。
【０１１４】
ここで、図１（Ｂ）においては前記電極の断面形状を矩形状に示したが、斜面を有する台形状、あるいは曲面としてもよい。この場合、フォトレジストを形成したのち、等方性プラズマエッチングあるいはウェットエッチングを施す。
【０１１５】
さらにこの上に、図示しない保護膜として酸化硅素を５０００〜１００００Å、例えば５０００Å形成した。
【０１１６】
次に、図２に示すように、一方の基板（２０１）の周辺にエポキシ樹脂によりシール材（２０２）を形成して基板（１０１）、（２０１）を貼り合わせ、セルを形成する。
【０１１７】
本実施例では、前記一対の基板は、基板間に直径４μｍの球状スペーサー（２０３）を挟み、パネル面内全体で均一な基板間隔となるようにした。なお、図２には図１に示すＴＦＴ素子、配線等は図示していない。
【０１１８】
また、前記シール材（２０２）はエポキシ樹脂に限定されるものではなく、他の樹脂、例えばウレタンアクリレート系の樹脂を用いても問題はない。さらに前記球状スペーサーの材料は無機材料、有機材料等の性質を問わない。
【０１１９】
本実施例においては、セル厚を４μｍとする。
【０１２０】
その後真空注入法等により、前記一対の基板（１０１）、（２０１）間に、液晶等を注入し、調光層（２０４）を形成する。
【０１２１】
調光層（２０４）を構成する材料としては、液晶材料に二色性色素及び光学活性物質を混合した材料を使用する。
【０１２２】
本実施例では液晶材料は、ネマチック液晶にアゾ系染料が添加された、ＺＬＩ−３２００（メルク製）を用いる。その誘電率異方性は−４．８、屈折率異方性は＋０．０４３７である。前記染料は３．４６％添加されている。
【０１２３】
なお、ネマチック液晶材料は前記材料に限定するものではなく、室温でネマチック性を示す材料はいずれも使用することができる。
【０１２４】
また、二色性色素としては、液晶に対する溶解度が高く、光化学的にも安定なものが望ましい。具体的には、アゾ系染料、アントラキノン系染料、ナフトキノン系染料、ペリレン系染料、キノフタロン系染料、テトラジン系染料、クマリン系染料等を用いることが可能である。
【０１２５】
また、二色性色素の添加により液晶（調光層２０４）の粘性は変化する。粘性の変化は添加する二色性色素により異なり、アゾ染料はアントラキノン系及びその他の色素より増粘効果が小さい。
【０１２６】
さらに、前記液晶材料に光学活性物質としてＳ−８１１（メルク製）を添加した。前記液晶材料に前記光学活性物質を混合すると、室温でコレステリック相を示すようになる。
【０１２７】
図３に示すのは、調光層を入射光が透過しない状態とした場合、即ち暗状態となっている場合の模式図である。
【０１２８】
この場合には、調光層（２０４）の配向状態は図３に示すように、液晶分子（３０１）の短軸方向を軸に、前記液晶分子（３０１）の配向ベクトルが、液晶分子（３０１）の形成する層が変わる毎に徐々に角度を変えた螺旋状態となっている。
【０１２９】
なお、図３は液晶分子（３０１）、及び二色性色素分子（３０２）を模式的に示したもので、基板（１０１、１０２）と縮尺は一致してない。また、図１に示すようなＴＦＴ素子、配線等、及び図２にあるようなスペーサー、シール材は図３には図示していない。また実際には、基板（１０１）、（２０１）間で前記分子は無数に存在する。さらに、光学活性物質（図示せず）は前記材料に限定されるものではなく、前記液晶材料に溶解するものであれば、いずれの材料を用いても良い。
【０１３０】
本実施例では、前記光学活性物質について、螺旋ピッチｐがｐ＝８μｍとなるように添加量を調整する。このような構成とすることで、液晶分子（３０１）及び二色性色素（３０２）の分子長軸は、基板（１０１）から基板（２０１）へと、基板に垂直な方向を軸として１８０゜回転した配向状態となる。
【０１３１】
本実施例に示す液晶電気光学装置は、その間隔がＬで示されるドレイン電極（１１０）−コモン電極（１１２）間に電界が印加されない状態では、液晶材料に添加された二色性色素（３０２）は、基板に垂直な方向を軸として全方向に配向している。
【０１３２】
ここで自然光のどの成分の光が入射しても前記二色性色素分子（３０２）の長軸方向成分を有することになる。従って、入射した光は前記色素分子に吸収され、黒表示を行う。即ち、調光層（２０４）を入射光が透過しない状態が実現される。
【０１３３】
一方、電界印加時は図４に示すように、調光層（２０４）を構成する分子が基板（１０１）に平行な電界方向にその長軸を配向した状態となっている。
【０１３４】
従って、入射する自然光のうち、分子長軸方向に平行な偏光成分は吸収を受けるものの、他の成分は吸収を受けず調光層を透過する。従って、見た目には透過状態が得られる。即ち明状態が得られる。
【０１３５】
上記の電界無印加状態、及び電界印加状態をスイッチングさせることで黒、及び透明状態を表示できる。
【０１３６】
本実施例において、基板（１０１）及び（２０１）の少なくとも一方に配向膜を設け液晶等に配向規制力を及ぼしても良い。配向膜を形成すると配向規制力により、一様な液晶配向が実現され、色ムラの少ないディスプレイが実現される。また、ディスクリネーション等の配向欠陥の発生低下がはかられる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明で開示する発明を利用することにより、偏光板が不要になり、明るく、高コントラスト比で、視野角依存性の少ない、優れた液晶電気光学装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の液晶電気光学装置のＴＦＴ基板概要図。
【図２】実施例の液晶電気光学装置断面概要図。
【図３】本実施例の液晶電気光学装置の光吸収状態を表す図。
【図４】実施例の液晶電気光学装置の光透過状態を表す図。
【図５】従来の液晶電気光学装置の光透過状態を表す図。
【符号の説明】
１０１、２０１、５０１、５０２ 基板
１０２ 下地膜
１０３ シリコン膜
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ ゲート線
１０６ 陽極酸化膜
１０７ 導電域
１０８ 第１層間絶縁膜
１０９ ソース線
１１０ ドレイン電極
１１１ 第２層間絶縁膜
１１２ コモン線
２０２ シール材
２０３ スペーサー
２０４ 調光層
３０１、５０３ 液晶分子
３０２、５０４ 二色性色素

Claims (7)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に向かい合った第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された調光層と、
   前記第１の基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に平行に形成されたコモン電極と、前記コモン電極に接続されたコモン線とを有し、
   前記ドレイン電極と前記コモン電極との距離ＬはＬ＜２５μｍであり、
   前記調光層は液晶、光学活性物質及び二色性色素を有する液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記ドレイン電極と前記コモン電極との間に電圧を印加して前記第１の基板に平行な電場を発生させ、前記液晶及び前記二色性色素を前記第１の基板に平行かつ所定の方向に配向させることによって明状態をつくり、
   前記ドレイン電極と前記コモン電極との間に電圧を印加しない状態では、前記液晶及び前記二色性色素の分子長軸を前記基板に平行で、かつ前記第１の基板面に垂直な方向を軸として螺旋状に全方向に配向させることによって暗状態をつくることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
2. 第１の基板と、
   第１の基板に向かい合った第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された調光層と、
   前記第１の基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に平行に形成されたコモン電極と、前記コモン電極に接続されたコモン線とを有し、
   前記ドレイン電極と前記コモン電極との距離ＬはＬ＜２５μｍであり、
   前記調光層は液晶、光学活性物質及び二色性色素を有し、
   前記液晶は、使用状態においてコレステリック相を呈する液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記ドレイン電極と前記コモン電極との間に電圧を印加して前記第１の基板に平行な電場を発生させ、前記液晶及び前記二色性色素を前記第１の基板に平行かつ所定の方向に配向させることによって明状態をつくり、
   前記ドレイン電極と前記コモン電極との間に電圧を印加しない状態では、前記液晶及び前記二色性色素の分子長軸を前記基板に平行で、かつ前記第１の基板面に垂直な方向を軸として螺旋状に全方向に配向させることによって暗状態をつくることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
3. 請求項１及び２において、前記液晶表示装置は、反射型であることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記液晶の螺旋ピッチｐは、１≦ｐ≦１５μｍであることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記液晶表示装置のセル厚ｄは、１≦ｄ≦１０μｍであることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、前記第１の基板と前記第２の基板の間での前記液晶の配向ねじれ角θがθ≦３００°であることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、偏光板を有しないことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。

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