JPH1026755A - 液晶電気光学デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 液晶電気光学デバイスにおいて、製造工程で
発生する静電気の影響による欠点の解決と、駆動電圧を
低下させることによる消費電力の低減。 【構成】 液晶電気光学デバイスの上下電極間での電気
的短絡を防止するために設ける（ｅ，ｆ）絶縁膜とし
て、抵抗値が１０¹²〜１０⁶ Ω・ｃｍの絶縁膜材料を用
いた構造とする。 【効果】 静電気の影響による欠点の発生率が著しく減
少すると同時に、駆動電圧の上昇も無くなった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面に透明電極を持
つ上下透明基板の間に液晶を注入し、透明電極に電圧を
印加することにより光学変化を起こさせる液晶電気光学
デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、液晶電気光学デバイスの断面図
である。透明基板ａ、ｂの向かい合う表面に透明電極パ
ターンｃ、ｄが形成され、透明電極ｃ、ｄのいずれかも
しくは両方の表面に絶縁膜ｅ、ｆが形成され、絶縁膜
ｅ、ｆ上に配向膜ｇ、ｈが形成され、液晶分子ｉを一様
に配列させるため、配向膜ｇ、ｈ表面を一定方向に擦る
等の配向処理が施されている。

【０００３】前記２枚の透明基板は面シールｊにより接
着され、約６μｍの隙間に液晶ｉが封入されている。上
記が一般的な液晶電気光学デバイスの構造である。液晶
電気光学デバイスの中で絶縁膜の役割は、２枚の透明基
板の約６μｍの隙間の中に混入した導電性の塵粒子によ
って、向かい合った上下の透明電極間の電気的短絡を防
止することである。

【０００４】従来、前記透明電極間の電気的短絡を防止
する絶縁膜としては、ＳｉＯ₂ にＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ等の
非導電性金属酸化物を混合した材料を塗布するか、また
は有機金属化合物の混合物を塗布した後、焼成して得ら
れる非導電性金属酸化物の層が用いられていた。また、
絶縁膜の厚さは通常５００〜１０００Åが用いられてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来用いられる絶縁膜
の電気抵抗は１０¹⁴〜１０¹³Ω・ｃｍであり下記の課題
があった。 （１）絶縁膜は高抵抗の誘電体膜であるため、製造工程
中に静電気が帯電すると除電されにくく、絶縁膜の下に
パターン形成された透明電極が集電体として働くため、
一部の電極に静電気が帯電した状態で作製された液晶電
気光学デバイスに電圧を印加すると、帯電していない電
極部分と比較して、印加された電圧のしきい値に差が生
じる。そのためコントラストが不均一となり、帯電した
電極ライン部が他より明るく、または暗く表示される欠
点を生じていた。

【０００６】（２）絶縁膜が透明電極と液晶の間に介在
するため、透明電極に加えられた電圧と実際に液晶層に
印加される正味の電圧との間に差が生じる、即ち絶縁膜
による誘電体損失を発生する。そのため、駆動に必要な
外部供給電圧が上昇し、液晶電気光学デバイスの消費電
力の増加や時分割表示を行ったときのコントラストの低
下がある。

【０００７】前記の課題（１）、（２）を解決するため
の手段としては絶縁膜の電気抵抗を小さくすれば良い。
そのためには、液晶が基本的に交流電圧によって駆動さ
れることを前提に、交流的にインピーダンスを小さくす
る手段が検討されており、 絶縁膜を可能な限り薄くする 膜中にＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ等誘電率の高い酸化物を混
合して高誘電率体膜とする。これらの方法は原理的に透
明電極と液晶層との間に入る絶縁膜の電気容量を大きく
することによってインピーダンスを小さくしようとする
ものである。

【０００８】しかしながら、これらの方法は前記の課題
（２）の絶縁膜の誘電体損失による消費電力の増加や、
クロストークの発生に対しては有効であるが、前記課題
（１）の基本的に直流電圧である静電気帯電の問題に対
しては有効な手段となっていなかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁膜の導電
率を大きくすれば、直流的にも交流的にも抵抗を小さく
することができる。従って、前記の課題（１）、（２）
を同時に解決できることを注目して行われたものであ
る。

【００１０】すなわち、絶縁膜に導電性の混合成分を付
加することによって、膜の電気抵抗を１０¹²Ω・ｃｍ以
下に小さくして静電気を帯電し難く、かつ誘電体損失の
小さい絶縁膜を有する液晶電気光学デバイスを実現でき
ることがわかった。但し、絶縁膜の役割は液晶電気光学
デバイス中の導電性の異物による上下電極間での電気的
短絡を防止することにある。

【００１１】従って、絶縁膜の抵抗値が低すぎることに
より電気的短絡が発生してしまっては絶縁膜としての役
に立たない。通常、液晶電気光学デバイス中に保持され
ている液晶の抵抗値は１０⁶ Ω・ｃｍ程度である。よっ
て、絶縁膜の抵抗値は液晶の抵抗値より大きいことが必
要であり、下限を１０⁶ Ω・ｃｍと設定した。

【００１２】

【作用】請求項１記載の液晶電気光学デバイスは、絶縁
膜材料に抵抗値１０¹²〜１０⁶Ω・ｃｍとした材料を用
いることにより絶縁膜／透明電極界面および絶縁膜／液
晶界面に帯電した電荷を、従来の絶縁膜より短時間で放
電させることが可能となる。

【００１３】また、抵抗値が１０¹²〜１０⁶ Ω・ｃｍと
なったことにより、透明電極から液晶層に電圧が印加さ
れる際の電圧損失も減少させることができる。上記２点
の効果を得ながらも液晶電気光学デバイスの印加電圧領
域では充分な絶縁性を維持することができる。

【００１４】請求項２記載の絶縁膜材料は、抵抗値を１
０¹²〜１０⁶ Ω・ｃｍに低下させる手段として導電性酸
化物を絶縁膜材料に混合したものである。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。 （実施例１）この実施例は、酸化珪素絶縁膜材料中に酸
化アンチモンを添加しそれぞれの抵抗値が１０¹²、１０
¹¹、１０¹⁰、１０⁹ 、１０⁸ 、１０⁷ 、１０⁶ Ω・ｃｍ
になるよう組成を調整した絶縁膜７種類を用いて液晶電
気光学デバイスを製造した例である。あらかじめ表面に
任意の形状で透明電極ｃ、ｄが形成された透明基板ａ、
ｂの透明電極ｃ、ｄ上に上記７種類の絶縁膜材料を用い
印刷法で塗布し、その後約２５０℃で焼成し絶縁膜とし
て形成した。

【００１６】配向膜ｇ、ｈは、絶縁膜と同じ方法で形成
し表面を擦った後、面シールｊにより配向膜ｇ、ｈ側を
向かい合わせて約６μｍの隙間で貼り合わせその隙間に
液晶ｉを保持させた。こうしてでき上がった液晶電気光
学デバイスの外観特性と電気特性の測定結果を以下に示
す。

【００１７】図１は、静電気印加後の放電時間と絶縁膜
の抵抗値との関係を示す実験結果である。測定方法は以
下のとおりである。 ２５℃の大気中で液晶電気光学デバイスに約５ｋＶ
の静電気を印加し液晶分子の配列の変化により静電気の
帯電を確認、同時に放電時間の測定を開始。

【００１８】 で帯電された液晶電気光学デバイス
を同じ環境化に放置し、帯電により変化した液晶分子の
配列を観察、液晶分子の配列が帯電される前の状態に戻
ったところで測定を終了する。 〜を放電時間とし抵抗値の違う７種類をそれぞ
れ測定した。

【００１９】図１の結果から絶縁膜の抵抗値が下がるに
したがい、帯電した静電気の放電時間が短絡されること
が判る。従って、絶縁膜の抵抗値を１０¹²〜１０⁶ Ω・
ｃｍにすることにより帯電した静電気の放電時間の短絡
に効果がある。図２は、静電気の帯電によるコントラス
ト不均一の発生率と絶縁抵抗値との関係を示す実験結果
である。 抵抗値を変えた絶縁膜材料を用い従来と同じ製造工
程で液晶電気光学デバイスを製造する。

【００２０】 ででき上がった液晶電気光学デバイ
スに任意の電圧を印加しコントラスト不均一現象が発生
したものの発生率を調査した。図２の結果から、絶縁膜
材料の抵抗値が下がるにしたがい、コントラストの不均
一現象の発生率が低下した。従って、絶縁膜の抵抗値を
１０¹²〜１０⁶ Ω・ｃｍにすることによりコントラスト
の不均一の発生率を低下させる効果がある。

【００２１】図３は、液晶電気光学デバイスの駆動電圧
と絶縁膜の抵抗値との関係を示す実験結果である。測定
方法は以下のとおりである。 抵抗値を変えた絶縁膜材料を用い製造された液晶電
気光学デバイスに任意の駆動電圧を印加する。

【００２２】 印加する電圧を変化させ、液晶電気光
学デバイスの印加された部分と印加されない部分のコン
トラスト比が最大値になった時の駆動電圧を測定した。 以上の結果から、絶縁膜の抵抗値を１０¹³Ω・ｃｍ以上
にすると、静電気印加後の静電気が抜けるまでの時間が
長くなり、その帯電した電極部分の液晶電気光学特性が
変化し、コントラストむらの発生率が大きくなる。また
図３の結果から、絶縁材料の抵抗値が下がるにしたが
い、コントラスト比の最大値が得られる駆動電圧が低下
する。従って、絶縁膜の抵抗値としては１０¹²Ω・ｃｍ
以下が良い。

【００２３】一方、絶縁膜の抵抗値が１０⁵ Ω・ｃｍ以
下になると、本来の絶縁膜による上下基板の電極間ショ
ートを防止するための効果が消失してしまう。従って、
絶縁膜の抵抗値を１０¹²〜１０⁶ Ω・ｃｍにすることに
より液晶電気光学デバイス駆動電圧および消費電力を低
下させ同時に上下電極間のショートを防止する効果があ
る。

【００２４】（実施例２）実施例１と同様に、酸化珪素
絶縁膜材料中の混合物を酸化錫で行った。結果は、実施
例１と同様の結果が得られた。 （実施例３）実施例２と同様に、酸化珪素絶縁膜材料中
の混合物を酸化インジウムで行った。結果は実施例２と
同様の結果が得られた。

【００２５】以上の実施例から、絶縁膜に混合する導電
性酸化物としては化合物の種類に関係なく、絶縁膜の電
気抵抗が小さくできる化合物は全て適用することが判っ
た。 （実施例４） 酸化珪素以外の絶縁膜材料 実施例３までは、絶縁膜材料として酸化珪素を主体とし
てきた。ここでは、酸化アルミニウムを主体とした絶縁
膜の実施例を説明する。絶縁膜の製法は以下のとおりで
ある。

【００２６】 透明基板の透明電極上にアルミニウム
を約０．１μｍの厚みで真空蒸着する。 真空蒸着されたアルミニウムを陽極酸化により絶縁
膜化する。 上記基板を塩化錫の塩酸酸性の水溶液に浸漬する。

【００２７】 浸漬後、熱処理により酸化錫をドープ
した酸化アルミニウムの膜を得る。 塩化錫の塩酸酸性の水溶液濃度を変えることにより
酸化錫のドープレベルを変え、抵抗値が１０¹²、１
０¹¹、１０¹⁰、１０⁹ 、１０⁸ 、１０⁷ 、１０⁶ Ω・ｃ
ｍとなるような絶縁膜を得た。結果は以下のとおりであ
る。

【００２８】実施例１〜３と同様の結果が得られた。

【００２９】

【発明の効果】

（１）本発明は、液晶電気光学デバイスの製造歩留りを
低下させる静電気の帯電によるコントラスト不均一の発
生を低減させ、製造歩留りを改善することに効果があ
る。

【００３０】（２）本発明は、液晶電気光学デバイスの
駆動電圧と消費電力の低下に効果がある。 （３）さらに、上下基板の電極間ショートを防止する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶電気光学デバイスに静電気を印加してか
ら、帯電した静電気が放電するまでの時間を絶縁膜の抵
抗値別に示したグラフである。

【図２】液晶電気光学デバイスへの静電気の帯電によ
る、コントラスト不均一の発生率を絶縁膜の抵抗値別に
示したグラフである。

【図３】液晶電気光学デバイスの駆動電圧の最適値を絶
縁膜の抵抗値別に示したグラフである。

【図４】一般的な液晶電気光学デバイスの断面図であ
る。

【符号の説明】

ａ、ｂ 透明基板 ｃ、ｄ 透明電極 ｅ、ｆ 絶縁膜 ｇ、ｈ 配向膜 ｉ 液晶 ｊ 面シール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に透明電極をパターン形成した２枚
   の上下透明基板の間に液晶を保持し、前記上下の透明電
   極間に電圧を印加することにより液晶層の配列を変化さ
   せて、光学変化を起こさせる液晶電気光学デバイスにお
   いて、少なくとも、一方の前記透明基板の透明電極と液
   晶との間に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の材料の抵抗値
   が１０¹²〜１０⁶ Ω・ｃｍであることを特徴とする液晶
   電気光学デバイス。
2. 【請求項２】 前記絶縁膜は絶縁性材料中に導電性酸化
   物を混合したことを特徴とする、請求項１記載の液晶電
   気光学デバイス。