JPH04371923A - 強誘電性液晶表示装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶表示装置
に関し、特に多色表示を行なうためのカラーフィルタを
備えた強誘電性液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶素子として、例えばエム
・シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュ・ヘルフリ
ッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著“アプライド・フィジ
ックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）”第１８巻、第４号（１９７１年
２月１５日発行）、第１２７〜１２８頁の“ボルテージ
・ディペンデント・オプティカル・アクティビティ・オ
ブ・ア・ツイステッド・ネマチック・リキッド・クリス
タル（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　　Ｏｐｔ
ｉｃａｌ　　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　　ａ　　Ｔｗ
ｉｓｔｅｄ　　Ｎｅｍａｔｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃ
ｒｙｓｔａｌ）”に示されたツイステッド・ネマチック
液晶を用いたものが知られている。

【０００３】このツイステッド・ネマチック液晶は、画
素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆
動の時、クロストークを発生するという問題点があるた
め画素数が制限されていた。

【０００４】また、各画素に薄膜トランジスタによるス
イッチング素子を接続し、各画素毎をスイッチングする
方式の表示素子が知られているが、基板上に薄膜トラン
ジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、大面積の表示
素子を作成することが難しいという問題点があった。

【０００５】これらの問題点を解決するものとして、ク
ラーク（Ｃｌａｒｋ）等により米国特許第４３６７９２
４号明細書で強誘電性液晶が提案されている。

【０００６】図４は、強誘電性液晶素子の動作説明のた
めに、セルの例を模式的に描いたものである。２１ａと
２１ｂは、それぞれＩｎ２　Ｏ３、ＳｎＯ２　あるいは
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　　Ｏｘｉｄｅ）等の薄
膜からなる透明電極で被覆された基板（ガラス板）であ
り、その間に複数の液晶分子層２２がガラス面に垂直に
なるように配向したＳｍＣ＊　相またはＳｍＨ＊　相の
液晶が封入されている。太線で示した線２３が液晶分子
を表わしており、この液晶分子２３は、その分子に直交
した方向に双極子モーメント（Ｐ⊥）２４を有している
。基板２１ａと２１ｂ上の電極間に一定の閾値以上の電
圧を印加すると、液晶分子２３のらせん構造がほどけ、
双極子モーメント（Ｐ⊥）２４がすべて電界方向に向く
よう、液晶分子２３の配向方向を変えることができる。 液晶分子２３は、細長い形状を有しており、その長軸方
向と短軸方向で屈折率異方性を示し、したがって、例え
ばガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配
置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性
が変わる液晶光学変調素子となることは、容易に理解さ
れる。

【０００７】強誘電性液晶素子で好ましく用いられる液
晶セルは、その厚さを充分に薄く（例えば１０μｍ以下
）することができる。このように液晶層が薄くなるにし
たがい、図５に示すように電界を印加していない状態で
も液晶分子のらせん構造がほどけて非らせん構造となり
、その双極子モーメントＰａまたはＰｂは上向き（３４
ａ）または下向き（３４ｂ）のどちらかの状態をとる。 このようなセルに、図５に示す如く一定の閾値以上の極
性の異なる電界ＥａまたはＥｂを付与すると、双極子モ
ーメントは、電界ＥａまたはＥｂの電界ベクトルに対応
して上向き３４ａまたは下向き３４ｂと向きを変え、そ
れに応じて液晶分子は、第１の安定状態３３ａかあるい
は第２の安定状態３３ｂの何れか一方に配向する。

【０００８】このような強誘電性液晶素子を光学変調素
子として用いることの利点は２つある。

【０００９】その第１は、応答速度が極めて速いことで
ある。第２は液晶分子の配向が双安定性を有することで
ある。第２の点を、例えば図５によってさらに説明する
と、電界Ｅａを印加すると液晶分子は第１の安定状態３
３ａに配向するが、この状態は電界を切っても安定であ
る。また、逆向きの電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は
第２の安定状態３３ｂに配向してその分子の向きを変え
るが、やはり電界を切ってもこの状態に留っている。ま
た、与える電界ＥａあるいはＥｂが一定の閾値を越えな
い限り、それぞれそのままの配向状態にやはり維持され
ている。このような応答速度の速さと、双安定性が有効
に実現されるには、セルとしては出来るだけ薄い方が好
ましい。

【００１０】この強誘電性液晶素子が所定の駆動特性を
発揮するためには、一対の平行基板間に配置される強誘
電性液晶が、電解の印加状態とは無関係に上記２つの安
定状態の間での変換が効果的に起こるような分子配列状
態にあることが必要である。例えば、カイラルスメクチ
ック相を有する強誘電性液晶については、カイラルスメ
クチック相の液晶分子層が基板面に対して垂直で、した
がって液晶分子軸が基板面にほぼ平行に配列した領域（
モノドメイン）が形成される必要がある。しかしながら
、これまでの強誘電性液晶素子においては、このような
モノドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必ずしも
満足に形成されなかったために、充分な特性が得られな
かったのが実状である。

【００１１】ところで、このような液晶を用いたカラー
表示パネルにおいて、カラーフィルタは、その表面に形
成された凹凸が大きいと液晶分子の配向状態に著しい欠
陥を及ぼす。また、強誘電性液晶表示装置を形成する際
に、プロセス条件（例えば、配向膜焼成）で高温（２５
０℃以上）がかかるため、これに耐えるカラーフィルタ
が要求される。

【００１２】上記２つの問題点を解消せしめる材料とし
てポリアミド樹脂を用いたカラーフィルタがある（例え
ば特願昭６２−２２４１号参照）。この材料を用い、い
わゆるＲ，Ｇ，Ｂ（赤、緑、青の画素）のカラーフィル
タを形成し、さらにＷ（白（実際には透明）の画素）の
カラーフィルタを形成することにより、強誘電性液晶表
示装置において色の組み合わせの種類を多くする操作を
行なっている。

【００１３】Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ各々のカラーフィルタは透
過光量が異なるが、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種に関しては、図３
に示すように各々のバランスがなるべく取れるような設
計を行なうことにより、例えば図３の色度図の（ａ）点
で示されるＲとＧの同時点灯時のように、２色の同時点
灯時等でもそれほど不満足なものではなかった。

【００１４】しかし、単色（Ｒ、ＧまたはＢ）とＷ（透
明）とでは、透過光量がＷでは単色の２〜３倍と甚だし
く異なるため、Ｗを単色と同時点灯すると、図３に３個
の（ｂ）点で示されるように、点灯時の色相が無彩色側
へシフトしてしまい、不都合であった。この透過光量の
違いを補正する手段として、本出願人が特願平２−２０
３３０１号で提案しているように、Ｗ部分に遮光領域を
設け、実質上、単色とＷの光量のバランスを取ることも
考えられる。しかしながら、この手法においては、わざ
わざ遮光層を設ける必要があり、プロセス上もコスト上
も大きな欠点となっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
例における問題点に鑑みてなされたもので、プロセス上
やコスト上の負担を増大することなく、表示色相のバラ
ンスを改善した強誘電性液晶表示装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、カラー絵素をマトリクス状に配置して
これらを単純マトリクス駆動する強誘電性液晶表示装置
において、１つの絵素が４つの画素で構成され、各々の
画素がポリアミド樹脂を主体とした赤、緑、青および灰
色のカラーフィルタで構成されることを特徴とする。

【００１７】前記灰色のカラーフィルタとしては、白（
Ｗ）のカラーフィルタ材料であるポリアミド樹脂中に黒
または白の材料を分散させたものを用いる。黒の材料と
しては例えばカーボンを用いることができる。

【００１８】

【作用】本発明によれば、従来であればＷ（透明）であ
ったカラーフィルタ中に黒または白の材料を分散させる
ことにより、ＮＤフィルタと同様な分光特性を持たせて
調光し、希望する色相を得るようにしている。なお、以
下においては、Ｗのカラーフィルタ材に黒または白の材
料を分散させたものを灰色カラーフィルタ材料と称する
。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例に係る液晶カラ
ーパネル（強誘電性液晶表示装置）に用いられるカラー
フィルタの製造工程の各段階における１絵素分の断面構
造を示す。同図において、１はガラス基板、２はフォト
マスク、３は灰色カラーフィルタ材料、３ａは灰色カラ
ーフィルタ、４は赤色カラーフィルタ、５は緑色カラー
フィルタ、６は青色カラーフィルタ、７は保護層である
。

【００２１】実施例１ 本実施例は、灰色カラーフィルタ材料として感光性ポリ
アミド樹脂中にカーボンブラックを分散させたものを用
いた例を示す。

【００２２】先ず、ガラス基板１上に感光性灰色着色樹
脂材３を１．６μｍの厚さにスピンコートして、８０℃
で３０分間、クリーンオーブン中でプリベークした（図
１（ａ））。この感光性灰色着色樹脂材３は、感光性ポ
リアミド樹脂（宇部興産社製ＰＡ−１０００Ｃ）にカー
ボンブラックを分散させたものである。カーボンブラッ
クの量は、その混合により１．６μｍの厚さで光透過率
が５０％になるように調整した。図２は光透過率を５０
％に調整された灰色カラーフィルタの分光特性を示す。

【００２３】次に、フォトマスク２を介して灰色着色樹
脂材３の所望の部分３ａをエネルギー密度５００ｍＪ／
ｃｍ２　のＵＶ（紫外）光で露光した（図１（ｂ））。 この露光により所望部分３ａは光硬化し、現像液に不溶
となる。続いて、露光したガラス基板１を専用現像液（
宇部興産社製ＰＡ−ＡＤ）に３分間浸漬した後、超音波
を１分間用いて未露光部分を溶解除去し、ＩＰＡ（イソ
プロパノール）に３０秒間浸漬してリンス処理を行なっ
た。さらに、クリーンオーブン中で２００℃で６０分間
、ポストベークを行なって灰色パターン３ａを得た（図
１（ｃ））。

【００２４】同様にして赤色４、緑色５および青色６の
パターンを順次形成した（図１（ｄ））。用いた着色樹
脂材料は、いずれも宇部興産社製で、赤色４がＰＡ−１
０１２Ｒ、緑色５がＰＡ−１０１２Ｇ、そして青色６が
ＰＡ−１０１２Ｂであり、露光量は５００ｍＪ／ｃｍ２
　であった。

【００２５】最後に、透明の感光性ポリアミド樹脂（宇
部興産社製ＰＡ−１０００Ｃ）を１．５μｍの厚さにス
ピンコートして、８０℃で３０分間、クリーンオーブン
中でプリベークし、ＵＶ光により１０００ｍＪ／ｃｍ２
　のエネルギーで全面露光し、さらに、クリーンオーブ
ン中で２５０℃で６０分間、ポストベークして保護層７
を形成し（図１（ｄ））、赤、緑、青、灰の４色カラー
フィルタを得た。

【００２６】このように所望の光透過率に調整された灰
色を用いることにより、灰色と他色を同時点灯した場合
、灰色と他色のバランスを取ることができるため、例え
ば図３の色度図において３個の（ｃ）点で示されるよう
に、無彩色からより離れた色表示を行なうことができる
。

【００２７】図３の色度図において、３個の（ｂ）点は
従来の白色（透過光色）を用いた場合の白色と他色とを
同時点灯したときの色度を示す。従来の白色（透過光色
）を用いた場合は、色度図上でより無彩色に近く、視覚
上で白っぽく見える。

【００２８】実施例２ 本実施例は、実施例１と同様にして４色カラーフィルタ
を形成するが、灰色材料として感光性ポリアミド樹脂（
宇部興産社製ＰＡ−１０００Ｃ）に酸化アルミニウム（
粒径０．１μｍ）を分散させて、分光透過率が５０％に
なるように調整したものを用いた。

【００２９】このようにして得られたカラーフィルタは
、灰色と他色を同時点灯した場合に、色度図上で無彩色
からより離れた色表示を行なうことができる（例えば図
３の（ｃ）点）。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来用いていた白画素を灰色に変えることにより、透過
光量のバランスをとることができる。これにより、灰色
と他色を同時点灯した場合、色度図上で無彩色からより
離れた色表示が可能となり、従来の白っぽい色表示を改
善することができる。したがって、見た目の印象に優れ
た液晶カラーパネルを提供することができる。また、従
来と同一のプロセスを用いることができ、遮光層等、特
別の層を設ける必要がない。すなわち、遮光層等を設け
る場合に比べ、プロセスの簡略化とコストダウンを図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例に係る液晶カラーパネル
に用いられるカラーフィルタの製造工程の各段階におけ
る１絵素分の断面構造を示す。

【図２】　　図１における灰色カラーフィルタの分光透
過率を示すグラフである。

【図３】　　図１の液晶カラーパネルで表示される色の
色度図である。

【図４】　　強誘電性液晶の動作説明のための模式図で
ある。

【図５】　　図４の強誘電性液晶に電界を印加したとき
の状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１：ガラス基板、２：フォトマスク、３，３ａ：灰色着
色層、４：赤色着色層、５：緑色着色層、６：青色着色
層、７：保護層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カラー絵素をマトリクス状に配置して
   これらを単純マトリクス駆動する強誘電性液晶表示装置
   において、１つの絵素が４つの画素から構成され、各々
   の画素がポリアミド樹脂を主体とした赤、緑、青および
   灰色のカラーフィルタを具備してなることを特徴とする
   強誘電性液晶表示装置。
2. 【請求項２】　　前記灰色のカラーフィルタがポリアミ
   ド樹脂中にカーボンを分散したものである請求項１記載
   の強誘電性液晶表示装置。