(57)【要約】【課題】  複数の液晶層を有し、液晶や色素の染みだしを防止でき、性能の優れた液晶表示パネルの実現。【解決手段】  第１及び第２の対向する基板１０、１２と、第１及び第２の基板の間に配置された少なくとも２つの液晶層１８、２０と、少なくとも２つの液晶層の間に設けられるパッシペーション膜６３とからなり、パッシペーション膜がビニル基をもつ多官能モノマーの重合体からなる液晶表示パネル。【選択図】      図１
2005115402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の対向する基板（１０、１２）と、
第１及び第２の基板の間に配置された少なくとも２つの液晶層（１８、２０）と、
該少なくとも２つの液晶層の間に設けられるパッシペーション膜（６３）とからなり、該パッシペーション膜がビニル基をもつ多官能モノマーの重合体からなることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項２】
該パッシペーション膜（６３）がＴＰＧＤＡ及びＮＰＧＤＡのいずれかの重合体からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラー表示のために発色する複数の液晶層を含む液晶表示パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶表示技術の進歩に伴い、カラー表示ができ、且つ低消費電力の液晶表示パネルが望まれている。カラー表示を行うためには、赤、青、緑の色部分を有するカラーフィルタを設けたり、あるいはそれぞれに二色性色素を添加した複数の液晶層を設けたりすることが提案されている。
【０００３】
赤、青、緑の色部分を有するカラーフィルタを使用した場合、一つの画素面積が平面的に３分の１ずつに分割され、光の利用効率が低い。そこで、光の利用効率を高めるために、複数の液晶層を重ねて設け、画素の平面的な分割数を減らした液晶表示パネルが望まれている。このような要求を満足するために、例えば本願の先願である特願平５─１２６６４１号は、一つの画素に対して２つの色の部分を有するカラーフィルタと、異なった色の二色性色素を添加した二つの液晶層とを組み合わせた液晶表示パネルを開示している。
【０００４】
異なった色の二色性色素を添加した二つの液晶層を使用する場合、一対の基板の間に第１の液晶層を挟持してなる第１の液晶表示パネルと、一対の基板の間に第２の液晶層を挟持してなる第２の液晶表示パネルとを重ねて使用することが最も簡単である。しかし、この場合には、二つの液晶層の間に基板が存在するので、二つの液晶層の間の距離が大きくなって明瞭な画像を得ることができない。
【０００５】
そこで、上記先願においては、第１及び第２の液晶層がほぼ密接して積層される構造にし、これらの第１及び第２の液晶層を一対の基板の間に挟持している。これらの基板の各々に電極が設けられる。第１及び第２の液晶層は異なったスレッショルド電圧を有し、電圧を上げるにつれて、第１の液晶層の色を呈色させ、それから第１の液晶層を透過状態にして第２の液晶層の色を呈色させ、それから二つの液晶層を透過状態にしてカラーフィルタの色が見えるようにして、複数の色を実現する。
【０００６】
しかし、この例では、第１及び第２の液晶層を独立的に制御することができないので、得られる色が限られる。そこで上記本願の先願ではさらに、第１及び第２の液晶層の間に電極を設け、第１及び第２の液晶層を独立的に制御することができるようにし、よって多くの色を実現できるようになっている。しかし、第１及び第２の液晶層の間には基板がないので、第１及び第２の液晶層の間に電極を設けることは簡単ではない。上記本願の先願では、例えば下層側に位置する液晶層としてポリマー分散型液晶を用い、このポリマー分散型液晶の表面に電極を形成するとともに、このポリマー分散型液晶にスルーホールを形成して、このスルーホールを通る導体により、このポリマー分散型液晶の表面の電極とこのポリマー分散型液晶の裏面に位置する基板の導体と接続し、この導体をマトリクスに接続することを提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ポリマー分散型液晶は、固体であるポリマー中にほぼ液体状態の液晶がカプセルとして分散しており、このようなポリマー分散型液晶にスルーホールを形成すると、スルーホールの断面が凹凸になり、確実な電気的な接続を行うことが難しいという問題点が生じた。
【０００８】
本発明の目的は、複数の液晶層を有し、その間に電極が配置される場合に、確実な電気的な接続を行うことができる液晶表示パネルを提供するである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による液晶表示パネルは、第１及び第２の対向する基板１０、１２と、第１及び第２の基板の間に配置された少なくとも２つの液晶層１８、２０と、少なくとも２つの液晶層の間に設けられるパッシペーション膜６３とからなり、該パッシペーション膜がビニル基をもつ多官能モノマーの重合体からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
また、２つの液晶層の間に設けられるパッシベーション膜がビニル基をもつ多官能モノマーの重合体からなる場合には、液晶や色素の染みだしを防止でき、性能の優れた液晶表示パネルを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１から図３を参照すると、本発明の第１実施例による液晶表示パネルは、一対の基板１０、１２の間に第１及び第２の液晶層１８、２０を挟持したものである。第１及び第２の液晶層１８、２０の液晶にはそれぞれに異なった色の二色性色素を添加してある。
【００１２】
第１の基板１０に近い側の第１の液晶層１８は、第１の基板１０に沿って形成された液晶を含まない複数の固体領域１８ｂと、固体領域１８ｂと隣接して配置された液晶を含む液晶分散領域１８ａとを有する。液晶分散領域１８ａはポリマー分散型液晶からなる。また、第２の基板１２に近い側の第２の液晶層２０は全体的にポリマー分散型液晶からなる。
【００１３】
ポリマー分散型液晶は公知のようにポリマーの中に液晶カプセルが分散しているものであり、液晶カプセルの中には液晶分子が無秩序に分布している。従って、電圧を印加しないときには、各液晶層１８、２０は二色性色素の色を吸収して呈色する。電圧を印加するときには、各液晶層１８、２０に入射した光は液晶及び二色性色素を透過して、各液晶層１８、２０は実質的に透明になる。なお、第２の液晶層２０のポリマーが第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａのポリマーよりも柔らかいようになっている。さらに、第２の液晶層２０にスペーサ５４が挿入され、該スペーサ５４が固体領域１８ｂに対応する位置に選択的に配置されている。
【００１４】
第１の基板１０は画素電極２４ｐと、アクティブマトリクス駆動回路１３を有する。図３に示されるように、アクティブマトリクス駆動回路１３は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔ１  、Ｔ２  、Ｔ３  と、ドレインバスラインＤ１  、Ｄ２  、Ｄ３  と、ゲートバスラインＧとを有する。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔ１  、Ｔ２  、Ｔ３  は固体領域１８ｂの反射画素電極２４ｑで覆われる第１の基板１０の部分に形成される。
【００１５】
図１に示されるように、第２の基板１２は１画素当たりに２つの異なった色のカラー部分１６ａ、１６ｂを有するカラーフィルタ１６と、共通電極２２とを有する。第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａ及び固体領域１８ｂは、カラーフィルタ１６のカラー部分１６ａ、１６ｂとともに一つの画素に対応する。さらに、第１の液晶層１８と第２の液晶層２０との間には、画素電極２４ｑ、２４ｒが設けられる。
【００１６】
画素電極２４ｑは、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａの表面に第１の基板１０の表面の画素電極２４ｐと対向し且つカラーフィルタ１６の第１のカラー部分１６ａと対向して形成される。第１の基板１０の表面の画素電極２４ｐは反射電極である。画素電極２４ｑは、透明な電極であって、第１の液晶層１８の固体領域１８ｂを貫通して延びる導体５５ｑによって第１の基板１０に設けられた導体８１ｂと接続される。
【００１７】
画素電極２４ｒは、第１の液晶層１８の固体領域１８ｂの表面にカラーフィルタ１６の第２のカラー部分１６ｂと対向して形成される。画素電極２４ｒは、反射電極であって、第１の液晶層１８の固体領域１８ｂを貫通して延びる導体５５ｒによって第１の基板１０に設けられた導体８１ａと接続される。
【００１８】
導体８１ａ、８１ｂの位置は図２及び図３に示されている。薄膜トランジスタＴ１  はドレインバスラインＤ１  と、ゲートバスラインＧと、導体８１ａに接続され、固体領域１８ｂの表面の画素電極２４ｒを駆動する。薄膜トランジスタＴ２  はドレインバスラインＤ２  と、ゲートバスラインＧと、導体８１ｂに接続され、液晶分散領域１８ａの表面の画素電極２４ｑを駆動する。薄膜トランジスタＴ３  はドレインバスラインＤ３  と、ゲートバスラインＧと、画素電極２４ｐに接続され、この画素電極２４ｐを駆動する。このようにして、液晶層１８、２０をそれぞれ独立的に駆動することによって、多くの色を含むカラー表示を実現することができる。
【００１９】
例えば、カラーフィルタ１６の第１のカラー部分１６ａをイエロー、第２のカラー部分１６ｂを青とし、第１の液晶層１８をシアン、第２の液晶層２０を赤にすると、１画素として次の表示色を得ることができる（なお、Ｔは透過状態、Ａは吸収状態をあらわす）。
【００２０】
カラー部分１８ｂ（青）  カラー部分１８ａ（イエロー）            表示色
液晶層２０（赤）        液晶層２０（赤）  液晶層１８（シアン）
Ａ                      Ａ                Ａ                  黒
Ａ                      Ｔ                Ａ                  緑
Ｔ                      Ａ                Ａ                  青
Ａ                      Ａ                Ｔ                  赤
【００２１】
この色の組み合わせは、次のように一般化して記載することができる。すなわち、第１の液晶層１８の液晶にはイエロー、マゼンタ、シアンの中のいずれか一色の二色性色素が添加され、第２の液晶層２０の液晶には第１液晶層に添加した色素の補色の二色性色素が添加され、第１のカラー部分１６ａの色はイエロー、マゼンタ、シアンの中の第１液晶層の液晶に添加した二色性色素の色以外のいずれか一色であり、第２のカラー部分１６ｂの色は第１のカラー部分の色の補色である。
【００２２】
なお、上記画素電極２４ｐ、２４ｒを反射型とする代わりに、これらの画素電極２４ｐ、２４ｒが光を吸収するような加工を行い、また、第１及び第２の液晶層１８、２０には特定の色を選択反射するコレステリック液晶を使用しても多色表示を実現することができる。
【００２３】
この場合には、第１の液晶層の液晶１８には赤、青、緑の中でいずれか一色の選択反射スペクトルを有するコレステリック液晶が使用され、第２の液晶層２０の液晶には第１の液晶層のコレステリック液晶がもつ色の補色の選択反射スペクトルを有するコレステリック液晶が使用されるのがよい。そして、カラーフィルタ１６の第１のカラー部分１６ａの色は第１の液晶層２０のコレステリック液晶の選択反射光を透過するイエロー、マゼンタ、シアンの中のいずれか一色であり、第２のカラー部分１６ｂの色は第１のカラー部分１６ａの色の補色である。
【００２４】
例えば、第１の液晶層１８には青の選択反射スペクトルを有するコレステリック液晶が使用され、第２の液晶層２０にはイエローの選択反射スペクトルを有するコレステリック液晶が使用され、第１のカラー部分１６ａはシアンとし、第２のカラー部分１６ｂ赤とする。
【００２５】
図４及び図５は図１から図３の液晶表示パネルの製造方法の一例を示す図である。（Ａ）に示されるように、第１の基板１０の表面にアクティブマトリクス駆動回路とともに、画素電極２４ｐ、導体８１ａ、８１ｂを形成した後、第１の基板１０にポジ型レジスト６０を厚さ８μｍでスピンコートする。（Ｂ）に示されるように、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａとなるべき部分に開口部を有するマスク（図示せず）を用いて、紫外線を選択照射し、液晶分散領域１８ａとなるべきレジスト６０の部分に穴６１を形成する。
【００２６】
クラレＰＶＡ−２０５などのＰＶＡの２０重量パーセント水溶液中に、アントラキノン系シアン色の二色性色素を溶解したメルク製ＺＬＩ−４７９２液晶を混合した後、ホモジナイザー等で乳化してポリマー分散型液晶を準備しておく。
（Ｃ）に示されるように、ポリマー分散型液晶６２をスクリーン印刷法等によりレジスト６０の穴６１に充填する。ポリマー分散型液晶６２のポリマーは水分の蒸発により硬化する。また、ポリマー分散型液晶６２は重合開始剤とアクリレート系プレポリマーを添加した液晶とすることもでき、この場合には、ポリマーを熱や紫外線照射によって硬化させ、液晶と相分離をおこさせることができる。穴６１内のポリマー分散型液晶６２により、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａが形成され、液晶分散領域１８ａのまわりが固体領域１８ｂになる。
【００２７】
さらに、（Ｄ）に示されるように、液晶分散領域１８ａの上に紫外線重合によってアクリル系ポリマー等からなる厚さ１μｍ程度のパッシベーション膜６３が形成される。
次に、（Ｅ）に示されるように、マスク（図示せず）を用いて、紫外線を選択照射し、レジスト６０にスルーホール６４、６５を形成する。
【００２８】
さらに、（Ｆ）に示されるように、固体領域１８ｂとなるべき部分にアルミニウムを真空蒸着し、反射画素電極２４ｒを形成する。アルミニウムの材料はスルーホール６５に進入し、固体領域１８ｂを貫通する導体５５ｒとなって、画素電極２４ｒを第１の基板１０上の導体８１ａに接続する。
【００２９】
さらに、（Ｇ）に示されるように、液晶分散領域１８ａの上のパッシベーション膜６３の上にＩＴＯ等の透明な材料を真空蒸着し、画素電極２４ｑを形成する。この画素電極材料はスルーホール６４に進入し、固体領域１８ｂを貫通する導体５５ｑとなって、画素電極２４ｑを第１の基板１０上の導体８１ｂに接続する。
【００３０】
さらに、（Ｈ）に示されるように、第２の基板１２には異なった色のカラー部分１６ａ、１６ｂを有するカラーフィルタ１６と、共通電極２２とを設けておき、そして、ポリマー分散型液晶からなる第２の液晶層２０を共通電極２２の上に形成する。それから、第２の基板１２を第１の基板１０に重ねると、図１の構成の液晶表示パネルが得られる。
【００３１】
固体領域１８ｂは液晶分散領域１８ａを取り囲んでおり、固体領域１８ｂの存在により第１の液晶層１８の機械的な強度を向上させることができる。さらに、スペーサ５４が固体領域１８ｂに対応した位置に選択的に配置されているので、パネルの一様な厚さが維持される。
【００３２】
図６は図１から図３の液晶表示パネルの製造方法の別の例を示す図である。この例では、（Ａ）に示されるように、第１の基板１０の表面にアクティブマトリクス駆動回路とともに、画素電極２４ｐ、導体８１ａ、８１ｂを形成した後、第１の基板１０上にポリマー分散型液晶６７をスクリーン印刷等で形成する。
【００３３】
（Ｂ）に示されるように、レジストあるいは三洋化成製ＢＭＲ−２００感光性ＰＶＡを使用して、ポリマー分散型液晶６７をパターニングし、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａとなるべき部分を除いたポリマー分散型液晶６７の部分を除去する。
【００３４】
（Ｃ）に示されるように、平坦化能力をもった三洋化成製Ｓ−１０００等ノ平坦化材料レジスト６８をコートし、液晶分散領域１８ａに隣接する固体領域１８ｂを形成する。
次に、（Ｄ）に示されるように、紫外線を選択照射し、固体領域１８ｂにスルーホール６４、６５を形成する。スルーホール６４、６５を形成した後は、図５の（Ｆ）から（Ｈ）と同様のステップで液晶表示パネルを製造する。
【００３５】
図７は液晶表示パネルの製造方法のさらに別の例を示す図である。この例では、（Ａ）に示されるように、第１の基板１０の表面にアクティブマトリクス駆動回路とともに、画素電極２４ｐ、導体８１ａ、８１ｂを形成した後、第１の基板１０上の第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａとなるべき位置に直径が２〜３μｍのＰＶＡの微粒子７０を配置し、それからレジスト７１をスピンコートでコートする。
【００３６】
（Ｂ）に示されるように、レジスト７１の表面から水や溶媒をしみこませ、ＰＶＡの微粒子７０を外へ抽出する。すると、レジスト７１の内部に微粒子７０の後に空洞７１ａができる。
そこで、（Ｃ）に示されるように、レジスト７１の空洞７１ａにポリマー分散型液晶を真空注入し、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａを形成する。同時に、固体領域１８ｂが液晶分散領域１８ａに隣接してできる。液晶分散領域１８ａの上にはパッシベーション膜７２を設ける。その後は、図５の（Ｅ）以降の行程と同様に、固体領域１８ｂにスルーホール６４、６５を形成し、画素電極２４ｒ、２４ｑを形成し、２つの基板１０、１２を重ねて液晶表示パネルを製造する。
【００３７】
図８は図７と類似したさらに別の例を示す図である。この例では、（Ａ）において、図７においてＰＶＡの微粒子７０を配置する代わりにＰＶＡのストリップ７３を配置し、それからレジスト７１をスピンコートでコートする。
【００３８】
（Ｂ）に示されるように、レジスト７１の表面から水や溶媒をしみこませ、ＰＶＡのストリップ７３を外へ抽出し、レジスト７１の内部にストリップ７３の後に空洞７１ａを形成する。
そこで、（Ｃ）に示されるように、レジスト７１の空洞７１ａにポリマー分散型液晶を真空注入し、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａを形成する。液晶分散領域１８ａの上にはパッシベーション膜７２を設ける。その後は、固体領域１８ｂにスルーホール６４、６５を形成し、画素電極２４ｒ、２４ｑを形成し、２つの基板１０、１２を重ねて液晶表示パネルを製造する。
【００３９】
図９から図１１は本発明の第２実施例の液晶表示パネルを示す図である。この例では、カラーフィルタがない代わりに、一対の基板の間に３層の液晶層１８、１９、２０が設けられる。
第１の基板１０は上記実施例と同様にアクティブマトリクス駆動回路とともに、反射型の画素電極２４ｐ、導体８１ｂ、８１ｓを形成してあるものであり、第１の基板１０に近い側の第１の液晶層１８は上記実施例と同様に固体領域１８ｂと液晶分散領域１８ａとを有するものである。第２の基板１２は共通電極２２を有する。
【００４０】
第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａは固体領域１８ｂの中に設けた穴６１の高さのほぼ半分程度充填されており、液晶分散領域１８ａの上にパッシベーシーション膜６３を介して画素電極２４ｑが設けられている。この画素電極２４ｑは第１の基板１０上の画素電極２４ｐと対向して形成されており、且つ固体領域１８ｂに設けたスルーホール６４ａに挿入した導体５５ｑにより第１の基板１０上の導体８１ｂに接続されている。
【００４１】
中間の液晶層１９は、第１の液晶層１８の液晶分散領域１８ａの画素電極２４ｑの上で固体領域１８ｂの中に設けた穴６１の高さとほぼ一致するように充填された液晶分散領域を含む。この液晶分散領域の上にパッシベーシーション膜６３ａを介して画素電極２４ｓが設けられている。この画素電極２４ｓは画素電極２４ｑと対向し、且つ画素電極２４ｑの場合と同様に、固体領域１８ｂに設けたスルーホールに挿入した導体５５ｓにより第１の基板１０上の導体８１ｓに接続されている。
【００４２】
この場合にも、３層の液晶層１８、１９、２０は独立的に制御されることができ、よって多色の表示を行うことができる。この場合、各液晶層１８、１９、２０の液晶が二色性色素を添加されており、該二色性色素の色が、イエロー、マゼンタ、シアンの組み合わせ及び赤、青、緑の組み合わせのいずれかである。つまり、３原色の組み合わせにより、多色の表示を行うことができる。
【００４３】
また、画素電極２４ｐを反射型とする代わりに、光を吸収する処理を施した電極とすることもできる。この場合には、各液晶層１８、１９、２０の液晶が赤、青、緑の中のいずれか一色の選択反射スペクトルを有するコレステリック液晶であるようにする。
【００４４】
さて、上記第１及び第２の実施例においては、２つの液晶層の間にパッシベーション膜６３、６３ａを用いて、液晶や色素が隣接する液晶層に染みだして液晶層が汚染されるのを防止している。本発明では、パッシベーション膜６３、６３ａがビニル基をもつ多官能モノマーの重合体からなる場合にそのような染みだしを最もよく防止できることを見いだした。この場合、一方の液晶層であるポリマー分散型液晶の表面にモノマーを塗布し、紫外線を照射することにより重合を生じさせて重合体にする。また、パッシベーション膜６３、６３ａが導電性高分子からなるものとすることもできる。
【００４５】
ビニル基をもつ多官能モノマーとしては、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）やネオペンチルグリコールジアクリレート（ＮＰＧＤＡ）を用いた重合体は薄くて架橋密度が高い膜を作ることができるため、液晶や色素の染みだしを防止することができる。特に、ＴＰＧＤＡやＮＰＧＤＡは粘度が低いために薄く塗布することができ、電圧損失が少なくなり、駆動電圧を低く抑えることができる。
【００４６】
ＮＰＧＤＡの構造式は次の通りである。
【化１】
2005115402.tif 000003
【００４７】
ＴＰＧＤＡの構造式は次の通りである。
【化２】
2005115402.tif 000004
【００４８】
また、一方の液晶層であるポリマー分散型液晶の表面にモノマーを塗布するときに、液晶層の濡れ性がよくないとモノマーが均一に塗布されないことがある。このような場合には、ＴＰＧＤＡやＮＰＧＤＡを溶媒に溶解させて塗布するとよい。この目的のために使用する溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）が適している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施例の液晶表示パネルを示す図である。
【図２】図１の中間の電極の配置を示す図である。
【図３】図１の第１の基板上の電極及びアクティブマトリクス駆動回路を示す図である。
【図４】図１の液晶表示パネルの製造例を示す図である。
【図５】図４の続きの行程を示す図である。
【図６】図１の液晶表示パネルの他の製造例を示す図である。
【図７】図１の液晶表示パネルのさらに他の製造例を示す図である。
【図８】図１の液晶表示パネルのさらに他の製造例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例の液晶表示パネルを示す図である。
【図１０】図９の第１の基板上の電極及びアクティブマトリクス駆動回路を示す図である。
【図１１】図９の電極の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０、１２    基板
１６    カラーフィルタ
１８、１９、２０    液晶層
１８ａ    液晶分散領域
１８ｂ    固体領域
２２    共通電極
２４ｐ、２４ｑ、２４ｒ、２４ｓ    画素電極
５５ｑ、５５ｒ    導体
８１ａ、８１ｂ    導体
【図１】
2005115402.tif 000005
【図２】
2005115402.tif 000006
【図３】
2005115402.tif 000007
【図４】
2005115402.tif 000008
【図５】
2005115402.tif 000009
【図６】
2005115402.tif 000010
【図７】
2005115402.tif 000011
【図８】
2005115402.tif 000012
【図９】
2005115402.tif 000013
【図１０】
2005115402.tif 000014
【図１１】
2005115402.tif 000015