JPH09211434A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板面に対して、平行な電界により液晶分子
の向きを制御する液晶電気光学装置において、液晶に均
一な電界を形成し、かつ明るいディスプレイを提供す
る。 【構成】 少なくとも一方が透明な一対の基板（１０
１）間に、高分子中に分散された液晶材料（１０４）を
挟持する。そして、一方の基板に、駆動回路、スイッチ
ング素子（３００）および液晶駆動用のドレイン（１０
２）、コモン電極（１０３）を形成する。その時、ドレ
イン（１０２）、コモン電極（１０３）を壁状に形成す
る。液晶を駆動するのに必要な電界は、壁状のドレイン
ーコモン電極間で基板に平行かつ、セル厚方向に均一に
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】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】この従来より用いられている液晶電気光学
装置における光の変調は、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。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。

【０００５】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。

【０００６】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みると、次のように
説明される。

【０００７】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、表示に際して、長軸方向をそろえて配
向して状態となる。このような状態においては、位置的
にはランダムに位置する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。

【０００８】この構成において、基板に垂直な方向から
表示を見た場合と、垂直方向から少しずれた方向から見
た場合を比較すると、後者の視点からの表示は、液晶分
子の長軸に対して少し傾いた視点からのものとなる。こ
のことは、出力光の観測面積が表示を見る方向により大
きく異なることを示している。

【０００９】このため、観察者に対する視野特性は、前
記垂直方向からずれるほど大きく劣化することになる。

【００１０】一方別の問題として、上記構成の液晶電気
光学装置の場合、液晶材料を特定の方向に配向させるた
め、基板には何らかの配向処理を施すのが通常である
が、基板近傍では強い配向力が働いているため、電界印
加時も基板近傍の液晶分子は配向状態を維持するか、配
向状態を変化させたとしても装置中間部に比べ、その度
合いははるかに小さいものとなる。このため、この部分
では光は散乱され表示に影響を与える。

【００１１】このような問題を解決する方法として、上
記従来の液晶電気光学装置の動作モードと異なり、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が提案されている。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】ＩＰＳモードの液晶電気光学装置の特徴
は、液晶材料を駆動するために対向基板側に設けられる
対向電極が、画素電極が設けられている基板側に配置さ
れることである。すなわち、対向する一対の基板の一方
に、画素電極および対向電極が配置される。

【００１３】そして、この同一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。

【００１４】この結果、光学的に一軸媒体である液晶材
料は、前記電界により光軸が変化させられ、複屈折効果
が変化することになる。そして液晶層を透過する光の状
態が変化し、表示が可能になる。

【００１５】上記のようにＩＰＳモードは、動作の過程
で液晶分子が基板に対し垂直になることがない。従っ
て、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。

【００１６】一方、ＩＰＳモードの欠点として、電界強
度の不均一性が挙げられる。基板に平行な方向に電界を
印加することにより表示を行うＩＰＳモードは、一方の
基板側のみに電界を形成する電極が設けられている。そ
して、液晶分子に印加される電界は、電極が設けられて
いる基板から距離をおき、対向する基板に近づくほど弱
まる傾向がある。

【００１７】そのため、立ち上がり時間のばらつきによ
り、画面全体にわたる均一な表示が得られない。

【００１８】また、ＩＰＳモードの他の欠点として、そ
の開口率の低さが挙げられる。ＩＰＳモードにおいて
は、同一平面上に形成された一対の電極間に形成される
電界によって液晶を制御する。従って、電極の上方およ
びその近傍に存在する液晶を制御することはできない。
このため電極の面積の分は確実に開口率が低下してしま
う。

【００１９】特に、ＩＰＳモードでは光の偏光を用い
て、明暗を表示するため、偏光板は不可欠な条件であ
り、二枚の偏光板が、更に光透過率を下げる原因となっ
ている。

【００２０】また、この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として、分散型液晶電
気光学装置が知られている。分散型液晶電気光学装置
は、偏光板や配向を必要としないという特徴を持つ。

【００２１】分散型液晶とは、液晶が透光性の高分子材
料により粒状または海綿状に保持されたものである。

【００２２】この液晶電気光学装置の作製方法として
は、液晶のカプセル化により高分子材料中に液晶を分散
させ、その高分子材料をフィルムあるいは基板上に薄膜
として形成する方法が知られている。

【００２３】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。

【００２４】この様にカプセル化された液晶を分散して
内部に有する高分子材料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、

【００２５】（１）液晶材料がエポキシ樹脂中に分散し
たもの。 （２）液晶と光硬化性物質との相分離を利用したもの。 （３）３次元につながった高分子材料中に液晶を含侵さ
せたもの。 などが知られている。本明細書においては、これらに、
代表される、液晶電気光学装置を総称して分散型液晶電
気光学装置と言う。

【００２６】上記分散型液晶電気光学装置の動作原理を
以下に示す。まず、分散型液晶電気光学装置において
は、電界が無い場合（無電界時）には液晶は特定の方向
に配列せず様々な方向を向いている。この状態において
は、液晶の屈折率が、液晶を包んでいるポリマーの屈折
率とずれることになり、光は散乱される。そして、光の
透過がある程度妨げられ、白濁状態となる。

【００２７】ここで、液晶分子に縦方向電界をかける
と、液晶分子の長軸は基板に対し垂直になる。このた
め、液晶の長軸方向の屈折率とポリマー樹脂の屈折率と
が等しくなるように調整してあれば、屈折率の不均一性
はなくなり、光散乱が抑えられる。この状態において
は、液晶層を光が透過する。

【００２８】このように、この電気光学効果は偏光板を
必要としないため光の有効利用が可能となる。

【００２９】しかし、現状の分散型の液晶電気光学装置
においては、無電界時の光の散乱の度合いにより不透明
度が決定されるため、コントラストの大きな表示ができ
ないという問題がある。この点では表示の明度で問題が
ある偏光板を利用した液晶電気光学装置が未だ優位性を
保持している。

【００３０】さらに別の問題として、電界印加時におい
て、液晶分子の長軸が基板面に対して垂直な方向にそろ
う状態となり、分散型液晶電気光学装置においても前述
した視野角の問題は解決されていない。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、Ｉ
ＰＳ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、開口率の向上が困
難、偏光板を使用により画面が暗くなる、電界が不均
一、等種々の欠点を有している。

【００３２】これに対して分散型の液晶電気光学装置
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、上記
のように、高いコントラストを実現しにくく、さらに、
前記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。

【００３３】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、及び分散型液晶電気光学装置の光の有効利用、
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。

【００３４】

【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（基板に平行な方向の電界）により液晶
分子の配列を制御し、光の透過と散乱により表示を実現
する分散型の液晶表示装置であることを基本的な特徴と
する。特に分散型の液晶層を構成する高分子材料とし
て、屈折率に異方性を有する高分子材料を用いることを
特徴とする。

【００３５】具体的には、液晶の分子長軸方向の屈折率
と、電界印加時の液晶分子長軸方向の高分子材料の屈折
率を一致させ、かつ、これと直交方向の屈折率を液晶分
子短軸方向の屈折率と一致させる。このように高分子材
料として、屈折率の異なる一軸性のものを使用する。

【００３６】このような構成とすることで、複屈折効果
を利用した視野角の向上を得ることができる。また同時
に無電界時の散乱効果を高めることができる。そしてこ
のこにより、コントラストの向上および、偏光板を必要
としないことによる分散型液晶表示装置が有する明るい
表示とを兼ね備えた液晶電気光学装置を得ることができ
る。

【００３７】さらに、本明細書で開示する発明では、液
晶材料に駆動電圧を印加するための電極が壁状の形状、
即ち電界を形成する電極の有効面が基板面に垂直もしく
は略垂直な方向を有していることを特徴とする。

【００３８】このような構成とすることで、前記電界に
ついてセル厚方向で電界分布を均一化することができ
る。

【００３９】即ち本発明は、少なくとも一枚が透光性を
有する基板と、液晶材料が分散した高分子材料よりなる
調光層と基板に平行な方向に電界を印加する手段とを有
し、前記液晶材料の少なくとも一部は電界印加時におい
て基板に平行または概略平行な所定の方向に長軸がそろ
い、前記高分子材料の前記所定の方向における屈折率は
前記液晶材料の長軸方向の屈折率と概略一致し、前記高
分子材料の前記所定の方向と直交する方向における屈折
率は前記液晶材料の短軸方向の屈折率と概略一致し、前
記電界を印加する手段は基板に垂直または概略垂直な方
向に有効面を有することを特徴とする液晶電気光学装置
である。

【００４０】上記構成において、電界を印加する手段の
具体的な形状として、所定の高さを有する壁の側部に電
極が形成された構成を挙げることができる。

【００４１】上記構成における電界は、一般に一対の電
極を構成するコモン電極とドレイン電極との間で形成さ
れる。

【００４２】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。

【００４３】また、電界を形成するためのアクティブマ
トリクス素子として、薄膜ダイオード、もしくは、薄膜
トランジスターを用いることができる。

【００４４】本明細書で開示する発明を利用した構成の
具体的な例として、図１乃至図４に示す構成を挙げるこ
とができる。

【００４５】図１に示すのは、垂直面に有効面を有する
電極を壁を構成する支持体の表面に配置した場合の例で
ある。また図２は、壁自体を電極材料で構成し、垂直面
に有効面を有する電極を配置した場合の例である。

【００４６】図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ’断面を示し
たものである。図４（ａ）は、図３（ａ）に変形で電極
面を垂直面から少し傾けて配置した場合の例である。

【００４７】図３（ｂ）は図２のＡ−Ａ’断面を示した
ものである。図４（ｂ）は、図３（ｂ）に変形で電極面
を垂直面から少し傾けて配置した場合の例である。

【００４８】ここで示す例は、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を用いて、分散型液晶の駆動を行う例である。

【００４９】図１及び２に示す構成において、（１０
０）、（１０１）は一対の基板、（１０２）はドレイン
電極、（１０３）はコモン電極、（１０４）は液晶であ
る。また、（１０５）は所定の高さの電極を形成するた
めに作製された壁である。さらに液晶（１０４）は高分
子材料（１０６）中に分散、保持された構成となってい
る。

【００５０】また図３、図４に示す構成においては、
（３００）はＴＦＴ駆動部全体、（３０１）はゲート
線、（３０２）はソース線、（３０３）はドレイン線、
（３０４）はコモン線である。また（３０７）は層間絶
縁膜、（３０８）は島状シリコン膜（活性層）を示す。
なお（１００）〜（１０５）の符号は、図１、２に示さ
れる符号に準ずる。

【００５１】本明細書に開示する発明における液晶電気
光学装置での表示は、調光層に入射する光の透過と散乱
とを選択して行う。

【００５２】具体的には、電界印加時においてドレイン
電極（１０２）とコモン電極（１０３）との間で基板に
対し平行な電界が形成される。そしてこの電界に従って
液晶の分子長軸が一斉にそろった方向に配向する。この
状態においては、入射光が調光層を透過する。また、無
電界時には、各液晶分子がランダムな方向にその長軸を
有し入射光が散乱され、散乱状態が得られる。

【００５３】また、液晶（１０４）が分散している高分
子材料（１０６）の屈折率を電界印加時における液晶分
子の長軸方向の屈折率（異常光屈折率）と一致させる。
あるいは概略一致させる。かつ、この時、短軸方向と同
じ方向の高分子材料の屈折率（常光屈折率）を液晶分子
の短軸方向の屈折率と一致させる。あるいは概略一致さ
せる。

【００５４】第一および第二の基板（１００）および
（１０１）には、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、例えばガラス、石英などの無機
材料などを用いることができる。

【００５５】特に図３及び図４に示すように、ＴＦＴ
（３００）等を形成する場合には、基板（以下ＴＦＴ基
板とする）には、無アルカリガラスや石英ガラスが用い
ることが望ましい。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Ｐ
ＥＳ（ポリエチレンサルフェート）などを用いることも
できる。

【００５６】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。

【００５７】また、多結晶シリコンを用いたトランジス
タを用いる場合、液晶材料を駆動する周辺駆動回路をＴ
ＦＴを形成した基板と同一平面上に形成することが可能
となる。

【００５８】周辺駆動回路は、アクティブマトリクス回
路を構成するＴＦＴを作製するのと同じプロセスで作製
することが可能である。周辺駆動回路は、一般にｎ−ｃ
ｈ型のＴＦＴとｐ−ｃｈ型のＴＦＴとを組み合わせた相
補型素子から形成される。

【００５９】ドレイン電極やコモン電極及び、ゲート電
極、ゲート線など、画素部及び駆動回路部のＴＦＴの各
電極を構成する材料としては、銅、アルミニウム、タン
タル、チタン、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、酸化インジウム等の透光性導電材料を
用いてもよい。

【００６０】また、上記発明の形状的特徴として、画素
部のドレイン電極（１０２）やコモン電極（１０３）は
導体を用い、壁状に構成される点がある。特に隣合う画
素を構成する電極が背合わせの状態で配置される点が特
徴である。

【００６１】これらの電極は、図３（ｂ）や図４（ｂ）
に示されるようにそれ自身で壁を構成する構造としても
よい。また図３（ａ）や図４（ａ）に示されるように壁
を構成する支持体の表面に配置する構成としてもよい。

【００６２】前記壁状電極または壁自体の断面形状は、
長方形の限定されることはなく、台形状、あるいは端部
に曲面を有する構造としてもよい。特に図４に示される
ような台形状とすると、壁状の電極の作製は容易にな
る。また、壁自体の強度を高めることができ、ラビング
等、電極に外力が加わるような工程でも破損されにくい
ものとすることができる。端部に曲面を持たせれば、滑
らかな電界を作り出すこともできる。

【００６３】壁（１０５）を構成する物質としては、ポ
リイミドやアクリル系の有機樹脂や、酸化珪素、窒化珪
素、酸化窒化珪素といった絶縁体が好ましい。

【００６４】また、壁（１０５）を導体とし、その側面
または斜面に電極を設けて画素電極を構成する際には、
導体は各画素電極間が互いに絶縁されるように、各々独
立させるか、画素毎に絶縁物を介して設けられるように
する必要がある。

【００６５】壁状の電極または壁の断面を台形とする場
合、台形の斜面の角度は基板面に対して４５°以上であ
ることが望ましい。４５°より低くなると、ドレイン電
極（１０２）やコモン電極（１０３）の基板面上の面積
が増えて開口率が低下してしまうため好ましくない。

【００６６】また、壁状の電極または壁の側部の電極
の、底部での一方の側面から他方の側面までの幅（壁の
幅）は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μ
ｍ以下とする。この幅が１０μｍ以上となると画素の開
口率が十分に得られない。

【００６７】壁状の画素電極やコモン電極（１０３）、
または側部にドレイン電極（１０２）やコモン電極（１
０３）が形成された壁の、基板に対する高さ、即ちドレ
イン電極（１０２）やコモン電極（１０３）あるいは壁
の底部からその頂点までの高さは、液晶セル厚の１／８
以上が好ましい。電極の高さが液晶セル厚の１／８以下
では、基板面に対して平行な電界を効果的に形成するこ
とが難しくなる。

【００６８】本明細書で開示する発明において、コモン
電極（１０３）は各画素に所定の共通電位を提供するた
めのものである。したがってコモン電極（１０３）は、
対向する各画素電極すべてに対向する大きさに設けられ
ていてもよいし、画素電極と概略同一の大きさを呈する
コモン電極（１０３）を、各画素毎に画素電極にそれぞ
れ対向するように設けてもよい。

【００６９】さらに、ドレイン電極（１０２）、コモン
電極（１０３）、あるいは壁（１０５）自体は透光性を
有していてもよい。

【００７０】また逆に、透光性の壁を構成する材料に黒
色の顔料を混入して、遮光性を高めてもよい。

【００７１】また、図３、４に示される、ドレイン線
（３０３）はＩＴＯ等を用いて透明電極としてもよい
し、抵抗の小さい金属電極としてもよい。

【００７２】また、各層間絶縁物、ＴＦＴ保護膜として
は、酸化珪素、または窒化珪素を用いることが可能であ
る。

【００７３】また、電極間距離は、４μｍから３０μ
ｍ、より好ましくは４μｍから２０μｍの範囲すること
が好ましい。

【００７４】一方、対向基板（１００）についてはＴＦ
Ｔ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。

【００７５】また、対向基板上もしくはＴＦＴ基板ある
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。

【００７６】このようにして作製された前記一対の基板
は、一定の間隔をもって重ね合わせられ液晶セルとな
る。

【００７７】液晶セルの作製においては、まず前記一対
の基板のいずれか一方に、接着剤としてシール剤（図示
せず）を所望のパターンに形成する。シール剤としては
熱硬化型、紫外線硬化型等の樹脂材料を使用する。前記
樹脂材料としてはエポキシ系、ウレタンアクリレート系
などの材料を使用することが可能である。

【００７８】また、他方の基板には前記一対の基板の間
隔をセル全体に一定に保持するためスペーサー（図示せ
ず）を散布する。もちろん壁が、セル厚と同じ厚みを持
つとき、壁そのものをスペーサーの代わりとしても良
い。

【００７９】シール剤硬化後、液晶／高分子前駆体材料
の混合材料を液晶セルに真空注入法等により前記基板間
に配置する。

【００８０】この時、壁（１０５）があることで、液晶
／高分子前駆体材料の混合材料の注入が困難な場合、一
方の基板に前記材料を滴下し、他方の基板を重ねて、圧
力をかける、いわゆるラミネート法により行う。

【００８１】この時、利用できる液晶材料としてはネマ
チック、コレステリック、スメクチック性を示す材料を
挙げられる。特にネマチック液晶を用い、透明樹脂中に
分散させることが望ましい。

【００８２】ここでは、ネマチック液晶の中でも、駆動
方法によって、誘電異方性が正もしくは負を示すものを
適宜選択して使用する。さらに屈折率異方性が小さいも
のを用いると、視野角をより拡大できる。

【００８３】液晶を分散して保持する高分子材料として
は、紫外線硬化型のものや、熱硬化型のものを利用する
ことができる。紫外線硬化型としてはウレタンアクリレ
ート系樹脂、また熱硬化型としてはエポキシ系樹脂が例
として挙げられる。

【００８４】また、液晶材料と高分子材料の前駆体（高
分子材料が硬化する前の材料）の混合比は重量比で液
晶：高分子＝５：５〜９：１とすることが望ましい。特
に７：３の時、良好な表示特性が得られる。

【００８５】さらに、液晶材料を高分子材料中に均一に
分散させるには、液晶材料及び高分子材料の前駆体を混
合後、両者が等方相を示す温度まで上昇させ、任意の時
間攪拌後、装置作製工程条件に合った温度まで降下さ
せ、注入法等で基板上に前記材料を配設させる。

【００８６】上記液晶を保持する高分子材料に対して、
液晶層に垂直な方向における屈折率の異方性（即ち一軸
性）を与える方法としては、機械的に引き延ばすことに
より、屈折率の異方性を与える方法を挙げることができ
る。また、前記混合材料の硬化の際に電場や磁場を特定
の方向から与えることにより、屈折率の異方性を与える
こともできる。

【００８７】また、光硬化型の樹脂において、特定の偏
光状態を有した光を照射することにより、所定の光学異
方性を与える方法を用いることもできる。これらは、液
晶分散後、光の透過量を観測しながら製作してもよい。

【００８８】本明細書で開示する発明においては、対向
電極を必要としないため、一枚の基板に電極と液晶層を
形成し、その上に透明保護膜を塗布する構成とすること
もできる。この構成とした場合はは、基板は一枚でよ
い。

【００８９】また本明細書で開示する発明において、電
極をセル厚と同じ高さに構成することは好ましい。これ
により、電極がスペーサーの代わりとなる。この場合、
スペーサーを散布する工程を削減でき、なおかつ基板全
体にわたりセル厚方向に均一な電界を提供できる。

【００９０】ここで、高分子材料として屈折率が異方性
を有している材料を用いる必要性について説明する。

【００９１】従来より公知の液晶層に垂直な方向に電界
を加える型式を有する分散型の液晶電気光学装置におい
ては、電界印加時において、液晶分子の長軸方向が基板
に対して垂直な方向にそろう。

【００９２】このとき液晶分子の短軸方向の屈折率と高
分子材料の屈折率（この場合ポリマーの屈折率は等方性
であるとする）とを一致させることにより、液晶層に入
射した光はそのまま透過する。

【００９３】一方本明細書に開示する発明の構成を採用
した場合、電界印加時において液晶分子は、その長軸が
基板と平行な方向に配列している。従って、電界印加時
において、入射光は液晶分子の長軸に垂直な方向から各
液晶分子に入射する。

【００９４】ここで本明細書で開示する発明のように液
晶分子の長軸方向の屈折率と、電界印加時の液晶分子長
軸方向の高分子材料の屈折率を一致させ、かつ、これと
直交方向の屈折率を液晶分子短軸方向の屈折率と一致さ
せた場合を考える。

【００９５】この場合、無電界時の散乱する光の割合を
増やすことができる。即ち、無電界時において、液晶分
子の長軸が液晶層に垂直な方向からずれた場合、入射光
の進路方向における高分子材料と液晶分子との屈折率の
違いをより大きくすることができるので、従来の等方性
のポリマー樹脂を用いた場合に比較して、より激しく入
射光を散乱できる。

【００９６】このことにより、電界印加時における入射
光の透過と、無電界時における入射光の散乱との比を大
きくすることができる。そして、高いコントラストを得
ることができる。

【００９７】次に、本明細書で開示する発明においてセ
ル厚に対し所定以上の高さを有する壁、あるいは壁状の
電極を形成する意義について説明する。

【００９８】この壁、あるいは壁状のドレイン電極（１
０２）とコモン電極（１０３）により、対向基板近傍に
おいても、基板に対して平行もしくは概略平行な電界を
十分な強さで形成することができ、セル厚方向の電界強
度を均一にする事ができる。

【００９９】その結果、対向基板（１００）近傍に位置
する液晶分子に対しても、ドレイン電極（１０２）やコ
モン電極（１０３）が設けられた基板（１０１）近傍と
同様な電界を印加することが可能となる。

【０１００】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、図３に示す液晶電気光学装
置の構成について詳細に説明する。基板（１０１）上に
は薄膜トランジスタ（３００）、及びコモン電極（１０
３）より構成されるアクティブマトリクス回路が形成さ
れている。前記アクティブマトリクス回路構成は図５に
示す。

【０１０１】図３において１画素は、壁を構成する支持
体（１０５）の両側面に設けられた電極（１０２）と、
２つの支持体（１０５）に設けられた電極（１０３）と
の間で形成される電界の及ぶ範囲で定義される。図３で
いうと点線（３０９）で囲った領域が上記の１画素に対
応する。

【０１０２】ドレイン電極（１０２）は、絶縁材料より
なる壁（１０５）の両側面に形成される。ドレイン電極
は、画素毎に絶縁される。また、壁を構成する絶縁材料
はポリイミド系の樹脂を用いた。

【０１０３】図３（ａ）において、下地膜（図示せず）
が形成されたガラス基板（１０１）上に、島状シリコン
膜（３０８）が設けられ、アルミニウムよりなるゲイト
線（３０１）が、酸化珪素よりなるゲイト絶縁膜（３０
５）を介して設けられ、薄膜トランジスタ（３００）を
構成している。

【０１０４】その上に、窒化珪素よりなる第１の層間絶
縁膜（３０６）、透光性ポリイミド樹脂よりなる第２の
層間絶縁膜（３０７）が積層されている。（３０２）で
示されているのはソース線である。

【０１０５】また、第２の層間絶縁膜（３０７）上に
は、ドレイン電極線（３０３）が設けられ、同電極はコ
ンタクトホールを介して薄膜トランジスタ（３００）の
ドレイン領域に接続されている。また、第２の層間絶縁
膜（３０７）上には、コモン線（３０４）が設けられて
いる。

【０１０６】また、薄膜トランジスタ（３００）の上方
に、およびコモン線（３０４）上には、ポリイミド樹脂
よりなる壁（１０５）が設けられている。

【０１０７】壁（１０５）は、図３（ａ）おいて、長方
形の断面形状を呈している。この時壁の断面形状は図４
（ａ）に示すように、台形状としてもよい。

【０１０８】図３（ａ）および図４（ａ）において、薄
膜トランジスタ（３００）上の壁（１０５）の側面また
は斜面にはドレイン電極（１０２）、コモン電極上の壁
（１０５）の側面または斜面には、コモン電極（１０
３）が設けられている。

【０１０９】ドレイン電極（１０２）は、壁（１０５）
の下部領域において、ドレイン電極線（３０３）と電気
的に接続されている。

【０１１０】また、コモン電極（１０３）は、壁１０５
の下部領域において、コモン線（３０４）と電気的に接
続されている。ドレイン電極およびコモン電極は、ここ
ではアルミニウムで構成されている。

【０１１１】このようにして各画素が構成される。すな
わち上記構成による２つのコモン電極とその間のドレイ
ン電極により、１つの画素が構成される。

【０１１２】また、コモン電極（１０３）は、ここでは
対向するドレイン電極（１０２）と概略同一の大きさを
有して画素毎に設けられている。

【０１１３】〔実施例２〕実施例２では、絶縁材料より
なる壁の両側面に電極を形成する場合の作製工程を示
す。

【０１１４】まず、図３（ａ）に示すようにコーニング
１７３７等のガラスでなる基板（１０１）上に下地膜と
して酸化珪素膜を熱ＣＶＤ法により２０００Å形成す
る。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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（３０８）とする。次に、ゲイト
絶縁膜（３０５）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例えば１
０００Å形成する。

【０１１９】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
ングしてゲイト線（３０１）を得る。

【０１２０】アルミニウムでなるゲイト線（３０１）
は、その表面に弱酸溶液を化成液とした陽極酸化を施し
て、緻密な陽極酸化膜を数１００〜数１０００Å程度形
成させてもよい。これにより、薄膜トランジスタのソー
スおよびドレイン領域を形成する際に、ゲイト電極をマ
スクとして不純物イオンを打ち込んだ後に、チャネル領
域とソース・ドレイン領域との間にオフセット領域が形
成され、薄膜トランジスタのＯＦＦ電流の低下に寄与す
る。また、積層して設けられる配線間の短絡も防げる。

【０１２１】次に、イオンドーピング法により、島状シ
リコン領域に対して、ゲイト線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
を付与する。

【０１２２】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を設けて相補構成を得るこ
とができる。

【０１２３】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（３０６）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。

【０１２４】次に薄膜トランジスタのソース領域上の第
１の層間絶縁膜に、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（３０２）を形成する。

【０１２５】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５０００
Å形成し、第２の層間絶縁膜（３０７）を形成する。そ
して、薄膜トランジスタ（３００）のドレイン領域上に
コンタクトホールを設けた後、導電性材料、たとえばア
ルミニウム、銅、クロム、チタン、ＩＴＯ等の被膜をス
パッタ法等の公知の方法で形成、パターンニングし、ド
レイン電極線（３０３）、コモン線（３０４）を形成す
る。

【０１２６】次に、基板全面に感光性ポリイミドを塗布
しプリベークした後、フォトリソグラフィーによりパタ
ーニングする。その後ポストベークを施してポリイミド
製の壁（１０５）を形成する。ここでは、図３（ａ）に
示すように断面形状はほぼ長方形とし、幅は約２μｍ、
高さは約６μｍとした。

【０１２７】ポリイミドを感光する際の紫外線の強度や
マスクパターンを適当に制御することで、図４（ａ）に
示すように、壁（１０５）の断面形状を台形にすること
も可能である。また、図には示さないが、壁断面に曲面
を持たせることも可能である。

【０１２８】後の工程において、ドレイン電極やコモン
電極となる導体を成膜する際に、壁（１０５）の断面形
状が長方形だと、その側面への導体の付着が不十分とな
り、接触不良等を招くことがある。そのような場合には
壁（１０５）の断面形状を台形とすることが特に好まし
い。

【０１２９】壁（１０５）の底部周辺にはポリイミドが
存在しないように十分な洗浄を行なうことが望ましい。
不要なポリイミドが存在すると、後に形成するドレイン
電極やコモン電極と、ドレイン電極線やコモン線との電
気的接続が不十分となるため注意が必要である。

【０１３０】次に、コモン線（３０４）やドレイン電極
線（３０３）と同種または異種の導体、例えばアルミニ
ウムの薄膜を公知の方法例えばスパッタ法により形成し
た後、パターニングしてドレイン電極（１０２）、コモ
ン電極（１０３）を得る。このようにして、壁（１０
５）の側面にドレイン電極（１０２）、コモン電極（１
０３）を形成することができる。

【０１３１】次に、一方の基板の周辺にエポキシ樹脂に
よりシール材（図示せず）を形成して基板（１００）、
（１０１）を貼り合わせ、セルを形成する。

【０１３２】本実施例では、壁（１０５）にスペーサと
しての基板間隔維持機能を兼ねさせることも可能であ
る。その場合スペーサの散布工程は不要とすることがで
きる。もちろん、通常の液晶表示装置のようにスペーサ
を散布して、基板間隔を維持させてもよい。

【０１３３】その後真空注入法等により、調光層を構成
する材料を基板間へ注入し、封止する。

【０１３４】調光層を構成する材料として、ネマティッ
ク液晶と、プレポリマー（高分子材料）との混合均一溶
液を使用する。このプレポリマー（高分子材料）とし
て、ウレタンアクリレート系光硬化型樹脂を用いる。上
記溶液には硬化反応を開始する重合開始剤を添加する。

【０１３５】この後、基板全面に紫外光を照射して、上
記プレポリマーを硬化（高分子化）させる。

【０１３６】ここでは、偏光フィルターを使用して、所
定の偏光方向を有した直線偏光の紫外光を照射すること
により、所定の方向に分子構造の配向を有した、高分子
材料を形成する。これにより、屈折率の異方性を有した
高分子材料を形成することができる。

【０１３７】〔実施例３〕実施例３ではコモン電極（１
０３）やドレイン電極（１０２）自体が、壁状の導電性
材料で構成する場合の作製工程を示す。

【０１３８】このような電極を作製するには、まず、コ
モン線（３０４）、ドレイン電極線（３０３）まで形成
された基板上に、コモン電極（１０３）およびドレイン
電極（１０２）を構成する導電性材料、例えばアルミニ
ウムをスパッタ法等の公知の方法により成膜する。

【０１３９】このとき、膜厚は、壁状に形成されるコモ
ン電極（１０３）、ドレイン電極（１０２）が必要とす
る高さ、例えば６μｍとする。

【０１４０】次に、フォトレジストを導電性材料でなる
膜上に形成し、公知のパターニングを行う。

【０１４１】この時、異方性エッチング、例えばバイア
ス電圧を印加したプラズマエッチングを施し、基板面に
対して直角方向にエッチングをすすめることで、壁状の
電極を形成する。このようにして、壁状のコモン電極
（１０３）、ドレイン電極（１０２）が形成される。こ
のようにして作製された壁状のコモン電極（１０３）、
ドレイン電極（１０２）は、図３（ｂ）のように、断面
形状が長方形である。

【０１４２】他方、この断面形状を斜面を有する台形状
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。また、等方性エッチングと異方性エッチン
グを組み合わせて行なってもよい。

【０１４３】本実施例ではコモン電極（１０３）とドレ
イン電極（１０２）を同じ材料で構成する例を示した
が、互いに異なる材料で構成してもよい。

【０１４４】以下、実施例２における方法と同様な方法
で液晶電気光学装置を作製する。

【０１４５】〔実施例４〕本実施例では、図６に示す構
成で面積階調を行う。

【０１４６】この構成は、２×２で構成される４つの領
域（５００）〜（５０３）を利用して、５つの階調を表
示する。この場合、前記４領域（以降ブロックと称す）
で１画素を構成することになる。

【０１４７】この手法の利点は、映像データを”Ｈ”
と”Ｌ”の２値で入力でき、このことでデジタルデータ
として扱えるため、ＤＡ（デジタルアナログレベル）変
換回路が不要となる。これにより、周辺回路を含めた制
御回路が液晶パネルのガラスもしくは石英基板上に構成
しやすくなる。

【０１４８】上記構成を利用してアクティブマトリクス
を構成した例を図５に示す。図５において、ゲート線
（スキャン線）（４２０）とデータ線（４０１）は格子
状に配置される。さらに所定の電位に固定されているコ
モン線（４３０）から、垂直または概略垂直に延在した
コモン電極（図３、図４を参照）が配置されている。こ
のコモン電極に対応して画素電極が配置されている。こ
の画素電極は、薄膜トランジスタ（４０２）、（４０
４）、（４０６）、（４０８）のドレインに個別に接続
されている。さらにこの画素電極は、画素電極線を介し
て基板に垂直または概略垂直に延在する。かつ画素電極
は、前記のコモン電極とその電極面が平行または概略平
行に配置される。

【０１４９】ここでは、データ線（４０１）への映像信
号ａ〜ｄの取り込みは、そのタイミングを水平走査制御
回路（Ｈドライバー）（４２１）からのサンプリング信
号（４００）により制御し、一定時間取り込んだ前記デ
ータを保持するサンプリングホールド回路（４２２）に
て行われる。

【０１５０】前記水平走査制御回路は外部より印加され
る水平走査基準クロックＨＣＬＫに同期して動作し水平
走査スタート信号ＨＳＹＮＣにより水平方向の走査が活
性化される。

【０１５１】これにより前記サンプリング信号（４０
０）が活性化されることによりデータ線（４０１（４０
１ａ），（４０１ｂ），（４０１ｃ），（４０１ｄ））
には映像信号ａ〜ｄのデータが供給される。

【０１５２】垂直方向の走査の制御は垂直制御回路（Ｖ
ドライバー）（４２３）により行われる。前記垂直制御
回路（４２３）は外部より入力される垂直方向基準クロ
ックＶＣＬＫに同期して動作し、垂直動作スタート信号
ＶＳＹＮＣにより垂直方向の走査が活性化する。

【０１５３】スキャン線（４２０）はこの垂直制御回路
（４２３）に接続され２ライン分を同時に走査制御する
ものである。このスキャン線は各薄膜トランジスタのゲ
ート信号となり、対応するトランジスタのソースとドレ
イン間の導通のオンまたはオフを制御する。

【０１５４】これにより、垂直制御回路（４２３）から
のスキャン線で選択された２ライン上の水平制御回路で
選ばれた４つのデータ線（１ラインにつき２つのデータ
線）を介して対応するブロックへ映像信号が印加され
る。

【０１５５】前記のデータ線（４０１）は、４つの薄膜
トランジスタ（４０２）、（４０４）、（４０６）、
（４０８）のソースに個別の映像入力レベルを印加する
信号線（４０１ａ），（４０１ｂ），（４０１ｃ），
（４０１ｄ）として接続される。前記４つの映像入力に
より、４つの表示ブロックに対応する液晶層（４０
３）、（４０５）、（４０７）、（４０９）の明暗が制
御されることになる。

【０１５６】これが水平制御回路により水平方向画素分
実行された後、垂直制御回路は次のスキャン線を活性化
して同様の動作を最大画素分繰り返すことで階調をもつ
映像表示の１画面が実現される。

【０１５７】図６に明暗の階調表示例を示す。１画素は
４つの領域（５００）、（５０１）、（５０２）、（５
０３）から構成される。前記スキャン線が活性化された
場合、映像信号ａ〜ｄの入力値により図６（ａ）〜
（ｅ）の５つの表示状態をとることができる。

【０１５８】（ａ）はすべての映像入力が”Ｌ”のとき
はすべてのブロックで暗状態となる。この状態が１つの
画素で見た場合最も暗い状態となる。

【０１５９】（ｂ）は映像信号ａのみ”Ｈ”のときでブ
ロック（５００）が明状態となる。

【０１６０】（ｃ）は映像信号ａとｂが”Ｈ”のときで
ブロック（５００）とブロック（５０１）が明状態とな
る。

【０１６１】（ｄ）は映像信号ａとｂとｃが”Ｈ”のと
きでブロック（５０３）を除く３つのブロックが明状態
となる（ｅ）はすべての映像入力が”Ｈ”のときであ
り、すべてのブロックが明状態となり、１つの画素で見
た場合最も明るい状態となる。このように表示ブロック
の明暗の面積により階調を制御する。

【０１６２】〔実施例５〕他の階調実現方法としては、
各画素の明および暗の時間を制御して行う方法が考えら
れる。すなわちある一つの画素を表示する表示期間内
（通状は１フレーム）において、明、暗の２つの状態を
変化させて階調表示を行なうものである。

【０１６３】例えば、ある画素において、表示期間内の
１／２の時間を明、残りの１／２の時間を暗とする。１
フレーム（通常１／３０秒）の表示期間内での明、暗の
変化は人間の目では認識できないため、人間の目には、
表示期間内を全て明とした時の１／２の階調で表示が行
なわれているように認識される。この明と暗を呈する時
間を制御することにより、多階調の表示が可能となる。

【０１６４】この階調表示を行なうためには、１フレー
ムをさらに複数のフレームに分割した映像データを液晶
電気光学装置に入力し、表示させればよい。

【０１６５】ただし、階調数が増えるほど、フレームの
描き変えに要する時間が短くなるため、より高速な駆動
を行なう必要がある。

【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、均一かつ、高いコントラスト比を有する、明るい
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概要を示す
図。

【図２】 実施例の液晶電気光学装置の概要を示す
図。

【図３】 図１のＡ−Ａ’断面から薄膜トランジスタ
の方を見た図。

【図４】 図１のＡ−Ａ’断面から薄膜トランジスク
の方を見た図において、壁またはコモン電極、ドレイン
電極の断面形状を台形状としたときの図。

【図５】 実施例の面積階調パネルのブロック図。

【図６】 実施例の面積階調表示説明図。

【符号の説明】

１００ 対向基板 １０１ 基板 １０２ ドレイン電極 １０３ コモン電極 １０４ 液晶分子 １０５ 壁 １０６ 高分子材料 ３００ 薄膜トランジスタ ３０１ スキャン線 ３０２ データ線 ３０３ ドレイン電極線 ３０４ コモン線 ３０５ ゲイト絶縁膜 ３０６ 第１の層間絶縁膜 ３０７ 第２の層間絶縁膜 ３０８ 島状シリコン膜 ４００ サンプリング信号 ４０１ 信号線 ４０２、４０４ 薄膜トランジスタ ４０６、４０８ 薄膜トランジスタ ４０３、４０５ 液晶層 ４０７、４０９ 液晶層 ４２０ スキャン線 ４２１ 水平走査制御回路 ４２２ サンプリングホールド回路 ４２３ 垂直制御ドライバー ４３０ コモン線 ５０１、５０２ 画素部 ５０３、５０４ 画素部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一枚が透光性を有する基板と、 液晶材料が分散した高分子材料よりなる調光層と基板に
   平行な方向に電界を印加する手段とを有し、 前記液晶材料の少なくとも一部は電界印加時において基
   板に平行または概略平行な所定の方向に長軸がそろい、 前記高分子材料の前記所定の方向における屈折率は前記
   液晶材料の長軸方向の屈折率と概略一致し、 前記高分子材料の前記所定の方向と直交する方向におけ
   る屈折率は前記液晶材料の短軸方向の屈折率と概略一致
   し、 前記電界を印加する手段は基板に垂直または概略垂直な
   方向に有効面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】請求項１において、所定以上の高さを持つ
   電極は、少なくとも液晶層の１／８以上の高さを持つこ
   とを特徴とする液晶電気光学装置。
3. 【請求項３】請求項２において、画素電極またはコモン
   電極は、その断面が台形状であることを特徴とする液晶
   電気光学装置。
4. 【請求項４】少なくとも一枚以上が透光性のある、少な
   くとも一枚以上の基板と、 液晶層と、 基板上に配置された電極とを有し、 前記電極に対して基板に平行な方向に印加される電界に
   よって入射光の透過と散乱のモードが選択され、 前記電極は基板に垂直または概略垂直な方向に有効面を
   有することを特徴とする液晶電気光学装置。
5. 【請求項５】請求項４において、電極断面が矩形状また
   は台形状であることを特徴とする液晶電気光学装置。
6. 【請求項６】少なくとも一枚が透光性を有する基板と、 液晶材料が分散した高分子材料よりなる調光層と基板に
   平行な方向に電界を印加する手段とを有し、 前記液晶材料の少なくとも一部は電界印加時において基
   板に平行または概略平行な所定の方向に長軸がそろい、 前記高分子材料の前記所定の方向における屈折率は前記
   液晶材料の長軸方向の屈折率と概略一致し、 前記高分子材料の前記所定の方向と直交する方向におけ
   る屈折率は前記液晶材料の短軸方向の屈折率と概略一致
   し、 前記電界を印加する手段は、一対のコモン電極と該一対
   のコモン電極の間に配置された画素電極とで構成される
   ことを特徴とする液晶電気光学装置。