JPH05158023A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、表示特性の安定性にすぐれ、また
駆動電圧が低い液晶表示装置の提供を目的とする。 【構成】 一対の対向基板間に挾持された液晶層を有す
る液晶表示装置において、液晶層が無機多孔質体に液晶
が分散された層で構成されていることを特徴とする液晶
表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、散乱型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、高分子マトリックス中に液晶をミク
ロサイズで分散した表示部材、すなわち、一対の基板、
該一対の基板間に設けた（ａ）ポリマーにより構成され
た三次元網状構造に取り囲まれるように液晶を分散させ
たポリマーネットワーク型液晶層からなる膜、あるいは
（ｂ）ポリマーのマトリックス中に粒子状の液晶を分散
させたポリマー分散型液晶層からなる膜が注目されてい
る。

【０００３】このような高分子分散型液晶を使用してい
る表示部材の従来技術としては、たとえば次のものが挙
げられる。 （イ）特開昭57-138935 ：多孔質高分子シート（場合に
よって無機充填剤を含有）に液晶を含浸させた複合膜
で、選択ガス膜として利用されるものである。 （ロ）特開平２-73220 ：誘電率１５以上の化合物（有
機物、無機化合物、無機塩）を含有する高分子化合物
（媒体）に液晶を分散させ、これを透明電極間に挟持し
た表示装置である。媒体は高分子化合物であるために、
液晶に対する高分子成分（例えば不純物として各種イオ
ン）の溶出がさけられない。また、媒体の誘電率を高く
できないため、誘電率１５以上の第３の化合物を含有せ
ざるを得ない。スイッチング素子にはＺｎＯのバリスタ
を使用しておりその欠点は下記特開平２-９０１２８の
ものと同様である。 （ハ）特開平２-90128 ：画素電極に接続された電気的
スイッチング素子は焼結ＺｎＯからなるバリスター素子
であって、表示部材は高分子ポリマーに液晶を分散せし
めたタイプである。ポリマーが媒体である点から上記特
開平２-７３２２０と同様の欠点を有し、またスイッチ
ング素子がＺｎＯからなるバリスターであるために以下
の欠点を有する。 焼結温度が７００〜１３００℃と高く、基板材料が耐
熱性無機基板に限定される。 焼結形成のために特性の再現性及び特性の面内均一性
が悪く、表示特性にバラツキを生ずる。 素子特性の制御（精度良くＺｎＯの膜質、膜厚を制御
できない）が難しく表示部材に適合した素子作製が難し
い。 このような液晶と高分子よりなる複合体膜の動作原理
は、高分子と液晶の屈折率の差に基づいている。図１に
て原理を説明する。液晶が正の誘電率異方性をもつ場合
を考える。いま上、下に電圧を印加すると液晶分子は電
圧方向に配列し、液晶の常光屈折率と高分子の屈折率が
一致するようになり、光は透過されることとなる。一方
電圧を印加していない状態では、液晶分子はランダムな
状態となって高分子と屈折率差を生じるため光は散乱さ
れる。この系は以下の特長を有している。 偏光板を使用しないため、明るいディスプレイが実現
できる。また反射型にすればバツクライトを必要としな
い。 視野角が極めて広い。 応答性が速い。

【０００４】しかしながら、高分子マトリックスを使用
しているため、次の欠点を有している。 （イ）媒体である高分子ポリマー（数μｍ径の細孔が連
続的に存在する多孔質）は、誘電率が概ね１〜３程度と
低く、表示装置に電圧を印加した時に、媒体中に分散さ
れた液晶層に分配される電圧の割合が小さくなるため、
装置の駆動に要する電圧が高くなってしまう。 （ロ）高分子ポリマー中の不純物（未反応のモノマー、
ダイマーあるいはポリマー中の不純物イオン）が液晶層
に溶出し、液晶の電気−光学特性（応答速度、電荷保持
率等）を劣化させる。 （ハ）高分子ポリマーに誘電率の高い化合物（有機物、
無機化合物、無機塩）を含有したタイプ〔前頁(イ)ない
し(ロ)〕であっても化合物の含有量には上限があり、無
機誘電体ほどの高誘電率は得られない。また、高分子ポ
リマー成分による、上記(ロ)の欠点も低減されはする
が、皆無ではない。 （ニ）高分子分散型液晶は、応答速度が速いために高精
細、大画面ディスプレイを実現する場合はアクティブマ
トリックス（画素ごとにスイッチング素子を付加する）
構成を取らざるを得ない。

【０００５】

【目的】本発明は、液晶表示装置の液晶層として、高分
子分散型液晶を使用した場合の前記問題点（イ）〜
（ニ）を解決し、特性の安定性にすぐれ、駆動電圧が比
較的低く、かつ高分子分散型の液晶のメリットをあわせ
もつ、液晶表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【構成】本発明は、電極が形成された１対の透明基板を
離間、対向して配置し、その間に液晶層を設けた液晶表
示装置において、液晶層の液晶を分散させるマトリック
スとして、無機多孔質体を使用することを特徴とする液
晶表示装置に関する。

【０００７】本発明の液晶表示装置の構成を図２に基づ
いて説明する。但し、本発明の液晶表示装置はこの図の
ものに限定されるものではない。基板１，１′の材料と
しては、通常、ガラス基板、透明プラスチック基板ある
いはフイルムが使用される。また、基板の少なくとも一
方に、プラスチック基板あるいはフイルムを使用した場
合には、ガラス基板と比較して、基板の厚さを薄くで
き、かつ重量を軽減できるため、薄形、軽量のパネルを
実現できる。特に２枚の基板ともプラスチック基板ある
いはフイルムにした場合は、さらに軽薄化できるだけで
なく、衝撃に強く、屈曲性のあるパネルを実現できる。
プラスチック基板あるいはフイルムとしては、その片面
または両面に、無機材料または有機高分子材料よりなる
コート膜あるいは積層膜を形成したものであってもよ
い。プラスチック基板あるいはフイルムを形成するプラ
スチック材料としては、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテル
サルフォン（ＰＥＳ）、ポリアリレート等を用いること
ができる。電極２，２′については、透過型の液晶表示
装置の場合には、両電極２，２′とも透明なものとす
る。反射型の液晶表示装置の場合には、光の入射側、例
えば電極２′を透明電極として、他方の電極２を反射率
の高い金属電極としてもよい。このような構成の電極を
採用すれば、反射型のＬＣＤであっても、基板１の側に
反射板を別に設ける必要がなくなるという利点を有す
る。透明電極の材料としては、ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，Ｉ
ＴＯ，ＺｎＯ，ＺｎＯ：Ａｌ等の透明導電体を使用し、
スパッタ法、ＥＢ蒸着法等の気相合成法を用いて薄膜状
（膜厚は数１００〜数１０００Å）に堆積させる。次に
通常のウェットエッチ、ドライエッチ法にて所定のパタ
ーン（単純マトリックであればストライプ状、アクティ
ブマトリックスであれば一方の基板上のみドット状）に
パターニングする。また金属電極としては、Ａｌ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ｎｉ-Ｃｒ，Ｔａ，Ｗ等の金属を上記のよう
なプロセス（気相合成法及びエッチング法）にて所定の
パターンにパターニングする。金属電極の膜厚は得よう
とする反射率によって決められるが、概ね数１００〜数
１０００Åであった。アクティブマトリックスの場合、
前記基板の一方に画素電極が設けられ、該画素電極に信
号を送る信号線、および該画素電極と信号線との間に電
気的なスイッチング素子が設けられている。次に、この
アクティブマトリックス型のスイッチング素子につい
て、図４および図５に基づいて説明する。先ず、基板１
上にドットマトリックス状の複素画素電極６を形成し、
つぎに各画素毎に絶縁層７を形成し、さらに信号線８を
形成する。これにより絶縁層７は、画素電極６と信号線
８によってサンドイッチされた構造のスイッチング素子
が各画素ごとに完成する。スイッチング素子はＩ−Ｖ特
性が非線形であり、ある電圧以上で急激に電流が流れる
状態（ＯＮ状態）となる。この機能により選択したい
（表示したい）画素電極６上の液晶層４のみに電圧をか
けることができる。従って大面積及び高精細ディスプレ
イにした時でもクロストークフリッカーの影響が少な
く、かつ、コントラスト比の高い画像を実現できる。画
素電極６としては、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，ＩＴＯ，Ｚｎ
Ｏ：Ａｌ等の透明電極を用いてもよいし、Ａｌ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｎｉ-Ｃｒ，Ｔａ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，
Ｗ，Ｔｉ等のｍｅｔａｌを使用してもよい。絶縁層７と
しては、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，（陽極酸化法）ＳｉＮ
ｘ，等気相合成膜、ポリイミド膜あるいはＬＢ膜等の有
機絶縁膜が使用できる。しかし、絶縁膜７としては後述
するように、我々がその特性がすぐれていることをすで
に見い出している硬質炭素膜９が特に適当である。次に
信号線８としては、概ね、上記画素電極６と同一の材料
が使用できる。この絶縁膜７として硬質炭素膜９を使用
したＭＩＭ素子について、さらに詳しく説明する。先
ず、基板１上に画素電極用透明電極材料を蒸着、スパッ
タリング等の方法で堆積し、所定のパターンにパターニ
ングし、画素電極６、次に、蒸着、スパッタリング等の
方法で下部電極用導体薄膜を形成し、ウエット又はドラ
イエッチングにより所定のパターンにパターニングして
下部電極となる第１導体１０とし、その上にプラズマＣ
ＶＤ法、イオンビーム法等により硬質炭素膜９を被覆
法、ドライエッチング、ウエットエッチング又はレジス
トを用いるリフトオフ法により所定のパターンにパター
ニングして絶縁膜とし、次にその上に蒸着、スパッタリ
ング等の方法によりバスライン用導体薄膜を被覆し、所
定のパターンにパターニングしてバスラインとなる第２
導体８を形成し、最後に下部電極１０の不必要部分を除
去し、透明電極パターンを露出させ、画素電極６とす
る。この場合、ＭＩＭ素子の構成はこれに限られるもの
ではなく、ＭＩＭ素子の作成後、最上層に透明電極を設
けたもの、透明電極が上部８又は下部電極１０を兼ねた
構成のもの、下部電極１０の側面にＭＩＭ素子を形成し
たもの等、種々の変形が可能である。ここで下部電極１
０、上部電極８及び透明電極の厚さは通常、夫々数百〜
数千Å、数百〜数千Å、数百〜数千Åの範囲である。硬
質炭素膜９の厚さは、１００〜８０００Å、望ましくは
２００〜５０００Å、さらに望ましくは３００〜４００
０Åの範囲である。又は、プラスチック基板１の場合、
いままでその耐熱性から能動素子を用いたアクティブマ
トリックス装置の作製が非常に困難であった。しかし硬
質炭素膜９は室温程度の基板温度で良質な膜の作製が可
能であり、プラスチック基板１においても作製が可能で
あり非常に有効な画質向上手段である。次に本発明で使
用されるＭＩＭ素子の材料について更に詳しく説明す
る。下部電極となる第１導体１０の材料としては、Ａ
ｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，
Ａｕ，Ｗ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂
等種々の導電体が使用される。次に信号線となる第２導
体８の材料としては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，
Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：
Ａｌ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂等種々の導電体が使用される
が、Ｉ−Ｖ特性の安定性及び信頼性が特に優れている点
からＮｉ，Ｐｔ，Ａｇが好ましい。絶縁膜として硬質炭
素膜９を用いたＭＩＭ素子は電極の種類を変えても対称
性が変化せず、またｌｎI∝√ｖの関係からプールフレ
ンケル型の伝導をしていることが判る。またこのことか
らこの種のＭＩＭ素子の場合、上部電極と下部電極との
組合せをどのようにしてもよいことが判る。しかし硬質
炭素膜９と電極との密着力や界面状態により素子特性
(Ｉ−Ｖ特性）の劣化及び変化が生じる。これらを考慮
すると、Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｇが良いことがわかった。本発
明のＭＩＭ素子の電流−電圧特性は図４のように示さ
れ、この特性は近似的には以下に示すような伝導式で表
わされる。

【数１】 Ｉ:電流 Ｖ:印加電圧 κ:導電係数 β:プールフレンケ
ル係数

【数２】 ｎ:キャリヤ密度 μ:キャリヤモビリティ ｑ:電子の
電荷量 Φ:トラップ深さ ρ:比抵抗 ｄ:絶縁膜の厚さ(Å) ｋ:ボルツマン定数 Ｔ:雰囲気温度 ε:絶縁膜の誘電
率 本発明デバイスのＭＩＭ素子に使用する硬質炭素膜９に
ついて、詳しく説明する。こうした硬質炭素膜９を形成
するためには有機化合物ガス、特に炭化水素ガスが用い
られる。これら原料における相状態は常温、常圧におい
て必ずしも気相である必要はなく、加熱或は減圧等によ
り溶融、蒸発、昇華等を経て気化し得るものであれば、
液相でも固相でも使用可能である。原料ガスとしての炭
化水素ガスについては、例えばＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₈，Ｃ₄Ｈ₁₀
等のパラフィン系炭化水素、Ｃ₂Ｈ₄等のオレフィン系炭
化水素、ジオレフィン系炭化水素、アセチレン系炭化水
素、さらには芳香族炭化水素などすベての炭化水素を少
なくとも含むガスが使用可能である。また、炭化水素以
外でも、例えば、アルコール類、ケトン類、エーテル
類、エステル類等であって少なくとも炭素元素を含む化
合物であれば使用可能である。本発明における原料ガス
からの硬質炭素膜９の形成方法としては、成膜活性種が
直流、低周波、高周波或いはマイクロ波等を用いたプラ
ズマ法により生成されるプラズマ状態を経て形成される
方法が好ましいが、より大面積化、均一性向上及び／又
は低温成膜の目的で、低圧下で堆積を行わせしめるのに
は磁界効果を利用する方法がさらに好ましい。また、高
温における熱分解によっても活性種を形成できる。その
他にも、イオン化蒸着法、或いはイオンビーム蒸着法等
により生成されるイオン状態を経て形成されてもよい
し、真空蒸着法、或いはスパッタリング法等により生成
される中性粒子から形成されてもよいし、さらには、こ
れらの組み合せにより形成されてもよい。こうして作製
される硬質炭素膜９の堆積条件の一例はプラズマＣＶＤ
法の場合、概ね次の通りである。 ＲＦ出力：０．１〜５０Ｗ／ｃｍ² 圧 力：１０^-3〜１０Ｔｏｒｒ 堆積温度：室温〜３００℃で行うことができるが、好ま
しくは室温〜２５０℃。 このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオンと
に分解され反応することによって、基板上に炭素原子Ｃ
と水素原子Ｈとからなるアモルファス（非晶質）及び微
結晶質（結晶の大きさは数１０Å〜数μｍ）の少くとも
一方を含む硬質炭素膜９が堆積する。硬質炭素膜９の諸
特性を表１に示す。 （以下余白）

【表１】 注）測定法; 比抵抗(ρ) ：コプレナー型セルによるＩ-Ｖ特性より
求める。 光学的バンドギャップ（Ｅｇｏｐｔ）：分光特性から吸
収係数(α)を求め、数３式の関係より決定。

【数３】 膜中水素量〔Ｃ（Ｈ）〕：赤外吸収スペクトルから２９
００／ｃｍ付近のピークを積分し、吸収断面積Ａを掛け
て求める。すなわち、 Ｃ（Ｈ）＝Ａ・∫α（ν）／ν・ｄν ＳP³／ＳP²比 ：赤外吸収スペクトルを、SP³,SP
²にそれぞれ帰属されるガウス関数に分解し、その面積
比より求める。 ビッカース硬度（Ｈ）：マイクロビッカース計による。 屈折率（ｎ） ：エリプソメーターによる。 欠陥密度 ：ＥＳＲによる。 こうして形成される硬質炭素膜９はＩＲ吸収法及びラマ
ン分光法による分析の結果、炭素原子にＳＰ³の混成軌
道とＳＰ²の混成軌道とを形成した原子間結合が混在し
ていることが明らかになっている。ＳＰ³結合とＳＰ²結
合との比率は、ＩＲスペクトルをピーク分離することで
概ね推定できる。ＩＲスペクトルには、２８００〜３１
５０／ｃｍ^-1に多くのモードのスペクトルが重なって測
定されるが、夫々の波数に対応するピークの帰属は明ら
かになっており、ガウス分布によってピーク分離を行な
い、夫々のピーク面積を算出し、その比率を求めればＳ
Ｐ³／ＳＰ²を知ることができる（図６）。また、前記硬
質炭素膜９は、Ｘ線及び電子線回折分析によればアモル
ファス状態（ａ-Ｃ：Ｈ）、及び／又は約５０Å〜５μ
ｍ程度の微結晶粒を含むアモルファス状態にあることが
判っている。一般に量産に適しているプラズマＣＶＤ法
の場合にはＲＦ出力が小さいほど膜の比抵抗値が増加
し、低圧力なほど活性種の寿命が増加するために基板温
度の低温化、大面積での均一化が図れ、かつ比抵抗及び
硬度が増加する傾向にある。更に、低圧力ではプラズマ
密度が減少するため、磁場閉じ込め効果を利用する方法
は比抵抗の増加により効果的である。さらに、このプラ
ズマＣＶＤ法は常温〜１５０℃程度の比較的低い温度条
件でも同様に良質の硬質炭素膜９を形成できるという特
徴を有しているため、ＭＩＭ素子製造プロセスの低温化
には最適である。したがって、使用する基板材料の選択
自由度が広がり、基板温度をコントロールし易いために
大面積に均一な膜が得られるという特徴をもっている。
また硬質炭素膜９の構造、物性は、広範囲に制御可能で
あるため、デバイス特性を自由に設計できる利点もあ
る。さらには膜の誘電率も２〜６と従来のＭＩＭ素子に
使用されていたＴａ₂Ｏ₅，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＮｘと比較し
て小さいため、同じ電気容量を持った素子を作る場合、
素子サイズが大きくてすむので、それほど微細加工を必
要とせず、歩留りが向上する（駆動条件の関係からＬＣ
ＤとＭＩＭ素子の容量比はＣ（ＬＣＤ）／Ｃ（ＭＩＭ）
＝１０／１程度必要である。)。また、前述したように
素子急峻性はβ∝１／√ε・√ｄであるため、誘電率ε
が小さければ急峻性は大きくなり、オン電流Ｉonとオフ
電流Ｉoffとの比が大きくとれるようになる。このため
より低デューティ比でのＬＣＤ駆動が可能となり、高密
度のＬＣＤが実現できる。さらに膜の硬度が高いため、
セル化工程による損傷が少なくこの点からも歩留りが向
上する。以上の点を鑑みるに、硬質炭素膜９を使用する
ことで、低コスト、階調性（カラー化）、高密度ＬＣＤ
が実現できる。さらにこの硬質炭素膜９が炭素原子及び
水素原子の他に、周期律表第III族元素、同第IV族元
素、同第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金
属元素、窒素原子、酸素原子、カルコゲン系元素又はハ
ロゲン原子を構成元素として含んでもよい。構成元素の
１つとして周期律表第III族元素、同じく第Ｖ族元素、
アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子又
は酸素原子を導入したものは硬質炭素膜９の膜厚をノン
ドープのものに比べて約２〜３倍に厚くすることがで
き、またこれにより素子作製時のピンホールの発生を防
止すると共に、素子の機械的強度を飛躍的に向上するこ
とができる。更に窒素原子又は酸素原子の場合は以下に
述べるような周期律表第IV族元素等の場合と同様な効果
がある。同様に周期律表第IV族元素、カルコゲン系元素
又はハロゲン元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性
が飛躍的に向上すると共に、膜の硬度も改善されること
も相まって高信頼性の素子が作製できる。これらの効果
が得られるのは第IV族元素及びカルコゲン系元素の場合
は硬質炭素膜中に存在する活性な２重結合を減少させる
からであり、またハロゲン元素の場合は、１）水素に対
する引抜き反応により原料ガスの分解を促進して膜中の
ダングリングボンドを減少させ、２）成膜過程でハロゲ
ン元素ＸがＣ−Ｈ結合中の水素を引抜いてこれと置換
し、Ｃ−Ｘ結合として膜中に入り、結合エネルギーが増
大する（Ｃ−Ｈ間及びＣ−Ｘ間の結合エネルギーはＣ−
Ｘ間の方が大きい)からである。これらの元素を膜の構
成元素とするためには、原料ガスとしては炭化水素ガス
及び水素の他に必要に応じてドーパントとして膜中に周
期律表第III族元素、同第IV族元素、同第Ｖ族元素、ア
ルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸
素原子、カルコゲン系元素又はハロゲン元素を含有させ
るために、これらの元素又は原子を含む化合物（又は分
子）（以下、これらを「他の化合物」ということもあ
る）のガスを用いることができる。ここで周期律表第II
I族元素を含む化合物としては、例えばＢ(ＯＣ₂Ｈ₅)₃，
Ｂ₂Ｈ₆，ＢＣｌ₃，ＢＢｒ₃，ＢＦ₃，Ａｌ(Ｏ-ｉ-Ｃ
₃Ｈ₇)₃，(ＣＨ₃)₃Ａｌ，(Ｃ₂Ｈ₅)₃Ａｌ，(ｉ-Ｃ₄Ｈ₉)₃
Ａｌ，ＡｌＣｌ₃，Ｇａ(Ｏ-ｉ-Ｃ₃Ｈ₇)₃,(ＣＨ₃)₃Ｇ
ａ，(Ｃ₂Ｈ₅)₃Ｇａ，ＧａＣｌ₃，ＧａＢｒ₃，(Ｏ-ｉ-Ｃ
₃Ｈ₇)₃Ｉｎ，(Ｃ₂Ｈ₅)₃Ｉｎ等がある。周期律表第IV族
元素を含む化合物としては、例えばＳｉ₃Ｈ₈，(Ｃ₂Ｈ₅)
₃ＳｉＨ，ＳｉＦ₄，ＳｉＨ₂Ｃl₂，ＳｉＣｌ₄，Ｓｉ(Ｏ
ＣＨ₃)₄，Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₄，Ｓｉ(ＯＣ₃Ｈ₇)₄，ＧｅＣ
ｌ₄，ＧｅＨ₄，Ｇｅ(ＯＣ₂Ｈ₅)₄，Ｇｅ(Ｃ₂Ｈ₅)₄，(Ｃ
Ｈ₃)₄Ｓｎ，(Ｃ₂Ｈ₅)₄Ｓｎ，ＳｎＣｌ₄等がある。周期
律表第Ｖ族元素を含む化合物としては、例えばＰＨ₃，
ＰＦ₃，ＰＦ₅，ＰＣｌ₂Ｆ₃，ＰＣｌ₃，ＰＣｌ₂Ｆ，ＰＢ
ｒ₃，ＰＯ(ＯＣＨ₃)₃，Ｐ(Ｃ₂Ｈ₅)₃，ＰＯＣｌ₃，Ａｓ
Ｈ₃，ＡｓＣｌ₃，ＡｓＢｒ₃，ＡｓＦ₃，ＡｓＦ₅，Ａｓ
Ｃｌ₃，ＳｂＨ₃，ＳｂＦ₃，ＳｂＣｌ₃，Ｓｂ(ＯＣ₂Ｈ₅)
₃等がある。アルカリ金属原子を含む化合物としては、
例えばＬｉＯ-ｉ-Ｃ₃Ｈ₇，ＮａＯ-ｉ-Ｃ₃Ｈ₇，ＫＯ-ｉ-
Ｃ₃Ｈ₇等がある。アルカリ土類金属原子を含む化合物と
しては、例えばＣａ(ＯＣ₂Ｈ₅)₂，Ｍｇ(ＯＣ₂Ｈ₅)₂，
(Ｃ₂Ｈ₅)₂Ｍｇ等がある。窒素原子を含む化合物として
は、例えば窒素ガス、アンモニア等の無機化合物、アミ
ノ基、シアノ基等の官能基を有する有機化合物及び窒素
を含む複素環等がある。酸素原子を含む化合物として
は、例えば酸素ガス、オゾン、水（水蒸気）、過酸化水
素、一酸化炭素、二酸化炭素、亜酸化炭素、一酸化窒
素、二酸化窒素、三酸化二窒素、五酸化二窒素、三酸化
窒素等の無機化合物、水酸基、アルデヒド基、アシル
基、ケトン基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホン基、エ
ーテル結合、エステル結合、ペプチド結合、酸素を含む
複素環等の官能基或いは結合を有する有機化合物、更に
は金属アルコキシド等が挙げられる。カルコゲン系元素
を含む化合物としては、例えばＨ₂Ｓ，(ＣＨ₃)(ＣＨ₂)₄
Ｓ(ＣＨ₂)₄ＣＨ₃，ＣＨ₂＝ＣＨＣＨ₂ＳＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ
₂，Ｃ₂Ｈ₅ＳＣ₂Ｈ₅，Ｃ₂Ｈ₅ＳＣＨ₃，チオフェン、Ｈ₂
Ｓｅ，(Ｃ₂Ｈ₅)₂Ｓｅ，Ｈ₂Ｔｅ等がある。またハロゲン
元素を含む化合物としては、例えば弗素、塩素、臭素、
沃素、弗化水素、弗化炭素、弗化塩素、弗化臭素、弗化
沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水素、臭化
沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化アルキル、
ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハロゲン化
ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用いられ
る。液晶駆動ＭＩＭ素子として好適な硬質炭素膜９は、
駆動条件から膜厚が１００〜８０００Å、比抵抗が１０
⁶〜１０¹³Ω・cmの範囲であることが有利である。な
お、駆動電圧と耐圧（絶縁破壊電圧）とのマージンを考
慮すると膜厚は２００Å以上であることが望ましく、ま
た、画素部と薄膜二端子素子部の段差（セルギャップ
差）に起因する色むらが実用上問題とならないようにす
るには膜厚は６０００Å以下であることが望ましいこと
から、硬質炭素膜９の膜厚は２００〜６０００Å、比抵
抗は５×１０⁶〜１０¹²Ω・cmであることがより好まし
い。硬質炭素膜９のピンホールによる素子の欠陥数は膜
厚の減少にともなって増加し、３００Å以下では特に顕
著になること(欠陥率は１％を越える)、及び、膜厚の面
内分布の均一性(ひいては素子特性の均一性)が確保でき
なくなる(膜厚制御の精度は３０Å程度が限度で、膜厚
のバラツキが１０％を越える)ことから、膜厚は３００
Å以上であることがより望ましい。また、ストレスによ
る硬質炭素膜９の剥離が起こりにくくするため、及び、
より低デューティ比（望ましくは１／１０００以下）で
駆動するために、膜厚は４０００Å以下であることがよ
り望ましい。これらを総合して考慮すると、硬質炭素膜
９の膜厚は３００〜４０００Å、比抵抗率は１０⁷〜１
０¹¹Ω・cmが特に望ましい。なお、上記で説明したスイ
ッチング素子はＭＩＭ（金属−絶縁層−金属）構成であ
るが、本発明に使用できる素子は、特にこれに限定され
るものではなく、ＴＦＴ（poly-Ｓｉ，ａ-Ｓｉ等）、ａ
-Ｓｉダイオード、カルコゲンダイオード等も使用可能
である。次いで、前記電極の形成された１対の基板間に
マトリツクである無機多孔質体中に液晶４が分散してい
る液晶層を挾持させる。液晶層の挾持方法としては、例
えば１対の基板の一方（１あるいは１′）に無機多孔質
体３を形成し、該多孔質体３に液晶４を表面張力を利用
して含浸させる。最後にもう一方の対向基板（１あるい
は１′）を電極（２あるいは２′）が無機多孔質体３の
側になるように向けて重ねて、本発明の液晶表示装置を
製造する方法があげられる。次に本発明の無機多孔質体
３の構造と形成方法について詳しく説明する。本発明で
使用する無機多孔質体３は、液晶層を含浸させる多孔体
構造を有するものであれば特に制限されるものではない
が、以下（１）〜（３）に示すような無機多孔質体が、
本発明の無機質多孔体３として特に好ましいことを見出
した。 （１）分相ガラスを酸処理して得られ、多孔質ガラスが
比較的大きな細孔径（０．１〜１０μｍ）を有し、か
つ、細孔壁の形状がなめらかであるため、液晶含浸には
好適である。すなわち、適当な組成のホウケイ酸ガラス
を熱処理（５００〜６００℃）して、酸に不溶なＳｉＯ
₂に富む相と酸に可溶なＢ₂Ｏ₃-Ｎａ₂Ｏ相に分相させ、
酸を用いて可溶相を溶出させることで得られるものであ
る。従って細孔径はＢ₂Ｏ₃-Ｎａ₂Ｏ相の大きさによって
制御できるが、可溶相の大きさは熱処理温度が高いほ
ど、また処理時間が長いほど大きくできる。この意味
で、軟化点の高いガラスほど細孔径を大きくできる。母
体ガラスの組成としては、ＳｉＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃，Ｎａ₂Ｏの
他に、Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＯ，ＴｉＯ₂，ＭｇＯ…等の高融
点酸化物を加えたものが使用される。また、これらのＡ
ｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＭｇＯ等は誘電率が比較的大きく
（Ａｌ₂Ｏ₃≒１２、ＴｉＯ₂≒１００、ＭｇＯ≒９）多
孔質ガラスの誘電率を大きくするのにも有効である。よ
り具体的に組成の一例を示せば、ＣａＯ８〜２５、Ｂ₂
Ｏ₃８〜３０、ＳｉＯ₂４５〜７０、Ａｌ₂Ｏ₃５〜１５ｗ
ｔ％であるが、これらに限定されるものではない。 （２）より低温で多孔質ガラスを作製する場合には、ゾ
ル−ゲル法で分相ガラス膜を形成する方法が有効であ
る。ゾル−ゲル法とは、金属のアルコキシド溶液の加水
分解反応を利用して低温でゲルを作り、これを焼成して
ガラスを作る方法であるが、ゾル−ゲル反応の過程で気
孔率の高い多孔質体が形成できる。ゾル−ゲル法による
多孔質ガラスの作製温度は３００〜５００℃と低温であ
り、また、金属有機化学物の種類、混合比を調節するこ
とで、比較的容易に多孔質体の組成を制御することがで
きる。 なお、上記（１）および（２）の多孔質ガラスにおい
て、細孔径が小さすぎると液晶層での光散乱がすくなく
なり、表示としてコントラスト比が取れなくなる。また
細孔径が大きすぎれば、駆動電圧が上昇してしまう。以
上の観点から本発明に適した細孔径は０．５〜１０μｍ
であり、より好ましくは１〜６μｍ、さらに好ましくは
２〜５μｍ程度である。 さらに、（３）無機多孔質体３として使用できるのは、
図３に示すようなガラス繊維集合体１２である。該繊維
集合体１２を構成する繊維５は、繊維径のバラツキが少
なく、繊維長の比較的長いものが好適である。繊維集合
体１２に含浸された液晶層は繊維どうしの空間４′に保
持されており、この意味で空間４′の大きさ、ひいては
繊維径が表示特性を決定することとなる。繊維径が小さ
すぎれば液晶層での光散乱が少なくなり、また大きすぎ
れば駆動電圧が上昇してしまう。以上の観点から好適な
繊維径は、０．５〜２０μｍであり、より好ましくは１
〜１５μｍ、さらに好ましくは２〜１０μｍであった。
ガラス繊維集合体１２の作製方法としては、通常のグラ
スウールを作製する方法、例えば、スピニング法あるい
は火炎挿入法等を挙げることができるが、特にこれらに
限定されるものではない。要するに、母材ガラスを溶融
する手段と、溶融ガラスを繊維化する手段を有する方法
であれば採用できる。より具体的には、スピニング法で
あれば、高速に回転するローラー（スピニングロール）
の遠心力によって、この表面に落下してくる溶融ガラス
が繊維化される。また、火炎挿入法であれば、溶融ガラ
スをブッシング（ポット状の耐容器で底面部にチップを
有する）に通すことにより繊維化させる。この他にゾル
−ゲル法によって、ガラス前駆体溶液を作製し、この溶
液の粘度を調整した後、紡糸することもできる。ガラス
繊維の材料としては、ＳｉＯ₂を主成分として、繊維の
誘電率及び屈折率を液晶と整合するために、Ａｌ₂Ｏ₃，
ＴｉＯ₂，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｌｉ₂Ｏ，Ｚｒ₂Ｏ，Ｒ₂Ｏ，
ＢａＯ₃，Ｂ₂Ｃ₃，Ｎａ₂Ｏ…等の酸化物を混合して使用
する。さて、無機多孔質体の形態が多孔質ガラスあるい
はガラス繊維集合体、どちらであってもその屈折率は本
発明の表示原理から考えて、含浸された液晶材料の常光
屈折率に近いことが要求される。従って、好適な屈折率
範囲は、１．３〜１．７、さらに好ましくは１．４〜
１．６程度である。

【０００８】

【実施例】

実施例１ 先ず、ガラス基板１上にストライプ状の透明電極２を形
成した。材料はＩＴＯでシート抵抗５０Ω／□、膜厚約
１０００Åであった。次にこの上に多孔質ガラスをゾル
−ゲル法にて作製した。テトラメトキシシラン（ＴＭＯ
Ｓ）、ホウ酸、ナトリウムメチラート、及びアルミニウ
ムアルコラートを原料にゾル−ゲル膜を上記基板にコー
ティングし、一昼夜乾燥の後、約３００℃（１．５℃／
ｍｉｎ、４ｈｒ）で熱処理を行なった。次にこれを酸
（ＮＨ₄Ｆ／ＨＮＯ₃混液）でエッチングし、細孔平均径
約２μｍ、膜厚６．７μｍの多孔質ガラスを得た。この
基板を液晶材料中にディップして、液晶４を含浸させ
た。次にガラス基板１′上に前記のものと同様なストラ
イプ状透明電極２′を形成したガラス基板１，１′を透
明電極がクロスするようにかさねパネルとした。パネル
に６０Ｈｚの矩形波を印加し、評価したところ、Ｖ（１
０）が約４Ｖ、Ｖ（９０）が約１５Ｖであり、１カ月間
の室温放置でも外観上なんら変化はなかった。 実施例２ 先ず、ガラス基板１上にＩＴＯをスパッタ法により約８
５０Å堆積後、パターン化し、ストライプ状の透明電極
とした。この上にエポキシ系接着層を約１０００Å塗布
した後、スピニング法で平均径約２．０μｍのガラス
（組成ＳｉＯ₂６０−Ａｌ₂Ｏ₃５−ＢａＯ₃７−ＭｇＯ４
−Ｎａ₂Ｏ１５−Ｂ₂Ｏ₃１２）繊維集合体を厚さ約１０
μｍに堆積させた。次にこれを液晶材料中に浸漬させ液
晶４を含浸させた。次に実施例１と同様にこのガラス基
板１と透明電極を有するガラス基板１′をかさねパネル
とした。評価の結果は、Ｖ（１０）約５Ｖ、Ｖ（９０）
約２０Ｖであった。繊維径の径分布をさらに減少させる
ことで、Ｖ（９０）がより低下できるものと思われる。 実施例３ （下基板の材料及び電極は実施例２と同じであるので省
略。）ガラス繊維集合体のガラスの組成は、ＳｉＯ₂６
４−Ａｌ₂Ｏ₃２５．４−Ｆｅ₂Ｏ₃０．２−ＭｇＯ１０．
６、平均粒径２．５μｍであった。堆積法は火炎挿入法
を使用した。次にこれに液晶を含浸せしめた後、実施例
１と同様に対向基板をかさねパネルとした。但し、対向
基板の構成は異なる基板とし１００μｍ厚のＰＥＳを使
用し、この上にスパッタ法にて作製したＩＴＯからなる
ストライプ状透明電極を形成したものを使用した。評価
の結果、Ｖ（１０）約３Ｖ、Ｖ（９０）約１２Ｖと良好
であった。 実施例４ ガラス基板１上にＩＴＯをスパッタリング法により約１
０００Å厚に堆積後、パターン化してドット・マトリッ
クス状の画素電極６を形成した。次に、ＭＩＭ素子を次
のようにして設けた。まず、Ａｌを蒸着法により約１０
００Å厚に堆積後微細パターン化して下部電極１０を形
成し、その上に、絶縁層７として、硬質炭素膜をプラズ
マＣＶＤ法により約１０００Å厚に堆積させたのち、ド
ライエッチングによりパターン化した。この時の硬質炭
素膜９の成膜条件は以下の通りである。 圧 力 ：０．０３５Ｔｏｒｒ ＣＨ₄ 流量：２０ ＳＣＣＭ ＲＦパワー：０．２Ｗ／ｃｍ² 更にこの上にＮｉをＥＢ蒸着法により約２０００Å厚に
堆積後パターン化して上部電極８を形成した。さらに、
この上にスピニング法によって組成、５４ＳｉＯ₂−３
８Ａｌ₂Ｏ₃−２Ｒ₂Ｏ−６Ｚｒ₂Ｏからなるガラス繊維集
合体を形成した。以下実施例１と同様に対向基板をかさ
ねパネルとした。フレーム周波数６０Ｈｚ、１／３バイ
アス、ライン反転の駆動条件で、アクティブマトリック
ス表示を評価したところ、Ｖ（１０）は約１２Ｖ、Ｖ
（９０）は約４５Ｖであった。またこの時のデューティ
ーは１／５１２であり、フリッカー、クロストークのな
い良好な画像であった。

【０００９】

【効果】

１．請求項１，２，３，４および５に対する効果 無機多孔質体を使用しているので、表示特性の安定性
が優れている、駆動電圧が低減できる等の優れた効果
を奏する液晶表示装置が得られる。 ２．請求項６に対する効果 無機多孔質体として屈折率が１．３〜１．７のものを使
用することにより、液晶との屈折率の整合がとれ、高コ
ントラストの表示が可能となる。 ３． 請求項７および８に対する効果 スイッチング素子のついたアクティブマトリックス表示
が実現でき、また高精細、大面積のパネルが得られる。
また、ＭＩＭ素子の絶縁体層として硬質炭素膜を使用す
ると、該炭素膜は、(1) プラズマＣＶＤ法等の気相合成
法で作製されるため、成膜条件によって物性が広範に制
御でき、従ってデバイス設計上の自由度が大きい、(2)
硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受け難
く、また厚膜化によるピンホールの減少も期待できる、
(3) 室温付近の低温においても良質な膜を形成できるの
で、基板材質に制約がない、(4) 膜厚、膜質の均一性に
優れているため、薄膜デバイス用として適している、
(5) 誘電率が低いので、高度の微細加工技術を必要とせ
ず、従って素子の大面積化に有利であり、さらに誘電率
が低いので素子の急峻性が高くＩon/Ｉoff比がとれるの
で、低デューティ比での駆動が可能である。等の特長を
有し、このため特に信頼性の高い液晶表示用スイッチン
グ素子を有する液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の散乱型液晶表示装置の基本動作をモデル
的に示す図である。(a)は電圧が印加されない状態、(b)
は電圧が印加された状態を示す図である。

【図２】本発明の散乱型液晶表示装置の構成をモデル的
に示す図である。

【図３】本発明の液晶表示装置において、無機多孔質体
としてガラス繊維集合体を使用した場合の液晶層の構成
をモデル的に示す図である。

【図４】(a)本発明の液晶表示装置の基板上の画素電
極、絶縁層および信号線との結合関係を示す画素電極の
平面図である。 (b)(a)の１画素電極についての平面図である。

【図５】本発明の液晶表示装置のＭＩＭ素子の要部説明
図である。

【図６】本発明で使用するＭＩＭ素子を構成する硬質炭
素膜のＩＲスペクトルのガウス分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 １′ 基板 ２ 透明電極 ２′ 透明電極 ３ 無機多孔質体層 ４ 液晶 ４′ 繊維集合体空間 ５ 繊維 ６ 画素電極 ７ 絶縁層 ８ 上部電極（信号線、第２導体） ９ 硬質炭素膜 １０ 下部電極（第１導体） １１ 高分子相 １２ 繊維集合体

フロントページの続き (72)発明者 山田 勝幸 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方の電極が透明である電極
   を設けた１対の透明な対向基板および該対向基板間に挟
   持された液晶層を有する液晶表示装置において、液晶層
   が無機多孔質体中に液晶が分散された層で構成されてい
   ることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 無機多孔質体が、ガラスを熱処理して得
   た酸に不溶な相と可溶な相に分離した分相ガラスを酸処
   理して多孔質化した多孔質体である請求項１記載の液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】 無機多孔質体が、ゾル−ゲル法で形成さ
   れた多孔質体である請求項１記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 無機多孔質体が、ガラス繊維集合体で形
   成された多孔質体である請求項１記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 ガラス繊維集合体を構成する繊維の径
   が、０．５〜２０μｍであるガラス繊維集合体を使用す
   る請求項４記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 無機質多孔体として、その屈折率が１．
   ３〜１．７の範囲のものを使用する請求項１，２，３，
   ４又は５記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 基板の一方に画素電極、該画素電極に信
   号を送る信号線および該画素電極と信号線との間に電気
   的なスイッチング素子が設けられている請求項１，２，
   ３，４，５又は６記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】 スイッチング素子が、金属−絶縁体−金
   属からなり、該絶縁体が、硬質炭素薄膜よりなる薄膜二
   端子素子である請求項７記載の液晶表示装置。