JP2761583B2 - 液晶装置の駆動方法 - Google Patents

液晶装置の駆動方法

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JP2761583B2 JP5340913A JP34091393A JP2761583B2 JP 2761583 B2 JP2761583 B2 JP 2761583B2 JP 5340913 A JP5340913 A JP 5340913A JP 34091393 A JP34091393 A JP 34091393A JP 2761583 B2 JP2761583 B2 JP 2761583B2
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舜平 山崎
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光範 坂間
利治 山口
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、コントラスト比の向上
を図ると共に、マイクロ・コンピュ−タ、ワ−ドプロセ
ッサ、またはテレビ等の表示部の薄膜化を図る液晶装
置、さらにディスクメモリ等のメモリ装置、スピ−カ等
の音響機器へ応用する液晶装置の駆動方法に関するもの
である。 【0002】 【従来の技術】従来、液晶材料を用いて液晶装置を作製
せんとする場合、この液晶の一対の基板の内側に一対の
電極を設け、その電極上に対称配向膜を設ける方式が知
られている。しかし、かかる単純マトリックス構造、ま
たは各画素に非線型素子が直列に連結されたアクティブ
素子構造において、最も重要な要素として、前記した液
晶材料が十分大きい臨界電界またはスレッシュホ−ルド
電界(Ec)を有することが重要である。この臨界電界
(Ec)は、液晶が所定の電界以下で、初期の状態(たと
えば、非透過) を維持し、所定の電界以上においてきわ
めて急峻に反転し、他の状態(たとえば、透過) を呈す
る現象、およびこの逆に透過より非透過となる現象をい
う。すなわち、この臨界電界(Ec)は、Ec+(正に電界を
加える場合に観察される臨界電界) と、逆にEc-(負に電
界を加える場合に存在する電界) とがある。このEc+ と
Ec- とは、必ずしも絶対値において同じにならないが、
液晶材料に接する部分を配向処理することにより概ね一
致させることができる。また、液晶を駆動する際には、
明確な臨界電界の存在が望まれる。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるEc+ と
Ec- は、特にカイラルスメクチックC相を用いる液晶
(FLC)において、その存在が不明確であり、この液
晶に印加するパルス電界の電界強度とそのパルス巾との
値に大きく依存している。そのため、マトリックス表示
においては、「交流バイアス法」として知られている駆
動方式を用いなければならない。たとえば、前記交流バ
イアス法は、正方向に書き換えんとする時、一度負のパ
ルスを加え、次に、正のパルスを所定の電界強度と時間
とを精密に制御して加える。また、逆に、負方向に書き
換えんとする場合も、一度、正のパルスを加え、次に、
負のパルスを所定の電界強度と時間とを精密に制御して
加えなければならない。 【0004】かくの如く、臨界電界の存在が不明確な場
合、液晶を駆動する周辺回路がきわめて複雑になってし
まうため、液晶をディスプレイ装置として使用した時、
より簡単な周辺回路が求められている。そのためには、
液晶それ自体が十分明確な臨界電界(Ec)を有している
ことが重要になる。この十分明確な臨界電界を作らんと
した時、これまでの液晶は、その周波数特性を落とす等
の制約のもとに、不十分な臨界電界で満足せざるを得な
いのが実情であった。本発明は、液晶それ自体に臨界電
界を有することを求めるのではなく、この液晶と配向膜
(配向処理) とを一体物とみなし、その全体で実質的に
有効な臨界電界を制御する液晶装置の駆動方法を提供す
ることを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明における液晶装置の駆動方法は、一対の基板
の内側に液晶材料が充填されており、前記液晶材料に密
接または実質的に密接する一方または双方に、共重合体
の高分子有機材料よりなると共に、液晶材料の厚さと比
較して充分に薄い強誘電体薄膜が設けられ、電圧の殆ど
が、初期において、前記液晶材料に印加された後、強誘
電体薄膜に印加され、前記強誘電体薄膜の臨界電界に従
って、前記液晶材料に印加される電界が制御されること
を特徴とする。本発明における液晶装置の駆動方法は、
一対の基板の内側に電極を互いに対抗して設け、該一対
の電極間に液晶材料が充填されており、前記液晶材料に
密接または実質的に密接する一方または双方の電極との
間に、共重合体の高分子有機材料よりなると共に、液晶
材料の厚さと比較して充分に薄い強誘電体薄膜が設けら
れ、電極間に印加される電圧の殆どが、初期において、
前記液晶材料に印加された後、強誘電体薄膜に印加さ
れ、前記強誘電体薄膜の臨界電界に従って、前記液晶材
料に印加される電界が制御されることを特徴とする。本
発明における液晶装置の強誘電体薄膜は、有機材料で構
成されたことを特徴とする。 【0006】 【作 用】本発明は、臨界電界(Ec)を決定する要素
として液晶材料に密接または実質的に密接する一方また
は双方に強誘電体薄膜(FE) を設けたものである。そし
て、この液晶材料と強誘電体薄膜との臨界電界を実質的
に強誘電体薄膜により決定することに着目したものであ
る。すなわち、本発明において、この強誘電体薄膜を配
向膜として用い、この配向膜が自発分極を有し、かつそ
の時の厚さが1000Å以下、たとえば、200 Åないし300
Åであることを発見した。そして、この配向膜は、透光
性であるが、光学的異方性を好ましくは有さないものよ
り選ばれる。 【0007】図2は本発明を説明するための等価回路図
である。図2において、液晶材料(1)の電気的等価回
路は、G(コンダクタンス)とC(キャパシタン
ス)との並列回路となる。また、強誘電体薄膜(2)の
電気的等価回路は、G(コンダクタンス)とC(キ
ャパシタンス)との並列回路となる。そして、液晶材料
(1)と強誘電体薄膜(2)とは、直列に接続され、こ
の両端子間にVの電圧を印加した時、C、Gに加
わる電圧V、電荷Q、C、Gに加わる電圧をV
、電荷Qとすると、 V=V+V =Q/C=〔C/(C+C)〕V =Q =〔C/(C+C)〕V でt=0において分圧される。 【0008】この時、強誘電体薄膜(2) の厚さは、200
Åないし300 Åであり、液晶材料(1) 部分の厚さは、2
μmないし3μmであるため、C1はC2より十分大であ
る。その結果、初期において V2≒V0 となる。すなわち、初期状態においては、印加電圧のほ
とんどすべてが液晶材料(1) に印加される。さらに、液
晶材料(1) と強誘電体薄膜(2) との界面において、t秒
後に蓄積されるQは、次式で与えられる。 Q =〔(C2G1−C1−G2)/(G1+G2 )〕×V0{1−exp
〔−(G1+G2 )/( C1+C2)〕×t} 【0009】この一般式において、前記したC1>C2であ
る条件、および強誘電体薄膜(2) は、十分絶縁性である
ことよりG1≒0の条件を加えると、 Q =−C1V0{1−exp (−G2/C1)×t} =Q2−Q1 で与えられる。するとその結果、V1、V2は V1=Q1/C1 V2=Q2/C1 V =V1+V2=Q1/C1+Q2/C1 Q =C1V1−C1V0{1−exp(−G2/C1)t} = C2 (V0−V1) 上式を変形して V1( C1+ C2)=C2V0+C1V0−C1V0exp[−(G2/C1)t] V1=V0−(C1/ C1+C2)×V0exp[−(G2/C1)t] で与えられる。さらに、このV1に対しtが十分大きくな
ると、 V1=V0 となる。 【0010】すなわち、印加の初期において、電極間に
印加した電圧は、ほとんどが液晶材料(1) 部に印加さ
れ、その後、殆どの電圧が強誘電体薄膜(2) に印加され
ることになる。言い換えるならば、印加初期の電界は、
最初液晶を動の状態にする。その後、強誘電体薄膜(2)
に、この電圧が印加されると、この強誘電体薄膜(2)
は、所定の反転または非反転を行なう。すると、この強
誘電体薄膜(2) の反転または非反転に従って、次に、臨
界電界が不明確な液晶材料(1) の反転または非反転を決
める。すなわち、強誘電体薄膜(2) の自発分極に従属し
て液晶材料(1) に印加される電界を変えさせることがで
きる。その結果、液晶材料(1) に十分な臨界電界がなく
ても、強誘電体薄膜(2) が有する臨界電界を可変制御す
ることにより、この強誘電体薄膜(2) の臨界電界に従っ
て液晶が従属的に従い、結果として見掛け上液晶が明確
な臨界電界を有するようにさせることができる。以上の
結果より、本発明は、液晶材料(1) と直列に強誘電体薄
膜(2) を存在せしめ、この強誘電体薄膜(2) の分極に従
って液晶材料(1) に印加される電界を変化させ、その反
転、非反転を決定することを技術思想としている。 【0011】 【実 施 例】以下、本発明の実施例を示す。図1は本
発明の実施例を説明するための縦断面図である。図1に
おいて、液晶装置は、液晶材料(1) と、強誘電体薄膜か
らなる配向膜(2) 、(2')と、一対を構成する透光性電極
(3) 、(3')と、たとえば、ガラス等の透光性基板(4) 、
(4')とから構成されている。この図1の電気的等価回路
を用い本実施例を以下に説明する。本実施例において
は、液晶材料としてFLC材料を使用した。図1におい
て、透光性基板(4) 、(4')上には、透光性電極(3) 、
(3')、たとえば、酸化インジュ−ム・スズ(ITO)を、さ
らに、この一方の電極の上面に第1の配向膜(2')を、他
の電極の上面に第2の配向膜(2) を設けた。 【0012】配向膜となる強誘電体薄膜は、たとえば、
ポリビニリデンフロライト(CH2CF2)n(VDFという) を用
いた。さらに、ポリビニリデンフロライト(CH2CF2)n
トリフロロエチレン(TrFE)を混合し、コポリマとして用
いた。これをスピン法にて電極上に添加薄膜とするた
め、これを10重量%をメチル・エチル・ケノン溶液にと
かした。スピンコ−トすると、この薄め方とスピナの回
転スピ−ドに従って強誘電体薄膜の厚さを制御できる。
この後、この溶液を加熱気化除去をした。本実施例にお
いては、さらに強誘電体薄膜に対し、公知のラビング処
理を施し配向させ、配向膜とした。他の電極上にはこの
強誘電体薄膜であっても、また1.1.1.トリメチルシラザ
ン等の他の配向膜を形成させた。この側の表面に対して
は、ラビング処理を施すことを省略し、非対称配向膜と
した。 【0013】次に、この配向膜が形成された一対の基板
の周辺部を互いに封止( 図示せず)し、公知の方法にて
液晶を充填した。この液晶は、たとえば、F8とB7との1:
1 のブレンド品を用いた。この液晶は、OMOOPPとMBRAと
のブレンド品を用いてもよい。またたとえば、特開昭56
-107216 公報、特開昭59-98051公報、特開昭59-118744
号公報に示される液晶を用いてもよい。かかるセルの電
極は、1mm ×1mm となり、マトリックス構成させ、それ
ぞれに±10V の電圧を加えた。するとこの電界が加わっ
ても画素はシランカップリング材のみを用いた従来の方
法では見られないきわめてきれいな臨界電界を実質的に
有せしめることが可能となった。 【0014】図3は本実施例と従来例との特性の一例を
説明するための図で、縦軸に透過率、横軸に印加電圧が
示されている。図3において、従来例として示された曲
線(9) 、(9')は、シランカップリング材のみを用いた非
対称配向処理法で得たものである。(その臨界電界は、
きわめて小さくばらつきやすい欠点を有する。)本実施
例において、曲線(10)、(10') を得ることができ、きわ
めてきれいな臨界電界Ec+ 、Ec- を得ることができた。
そして、かかる臨界電界を有するため、たとえば、720
×480 画素を有する大面積のディスプレイに対しても、
まったくクロスト−クのない表示をさせることが可能と
なった。 【0015】本実施例において、さらにシュアリング(
液晶を充填した後、一方的に微小距離ずらすことにより
配向を行う) 法、温度勾配法をラビング法に変えて、ま
たはこれに加えて行うことは有効である。この強誘電体
を下地とし、その上に公知の配向膜処理を施し、この強
誘電体と液晶材料とを実質的に密接する方式としてもよ
い。また、この強誘電体は、11の電極等の上のみに選
択的に形成しても、また電極を含む全面に形成してもよ
い。この液晶装置は、単にディスプレイのみならずスピ
−カ、プリンタまたはディスクメモリに対しても適用で
き、液晶の光学的異方性の適用可能な製品に適用でき
る。 【0016】 【発明の効果】本発明によれば、強誘電体薄膜の厚さを
液晶材料の厚さと比較して充分に薄くしたため、電圧の
殆どが、初期において、液晶材料に印加された後、強誘
電体薄膜に印加され、前記強誘電体薄膜の臨界電界に従
って、前記液晶材料に印加される電界が制御され、強誘
電体薄膜の反転または非反転に従って、臨界電界の不明
確な液晶材料の反転または非反転が制御される。また、
本発明によれば、液晶材料それ自体に臨界電界がなくと
も、強誘電体薄膜の臨界電界で液晶装置を駆動すること
ができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例を説明するための縦断面図であ
る。 【図2】本発明を説明するための等価回路図である。 【図3】本実施例と従来例との特性の一例を説明するた
めの図で、縦軸に透過率、横軸に印加電圧が示されてい
る。 【符号の説明】 1・・・液晶材料 2、2’・・・強誘電体薄膜(配向膜) 3、3’・・・透光性電極 4、4’・・・透光性基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沼 利光 東京都世田谷区北烏山7丁目21番21号 株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 浜谷 敏次 東京都世田谷区北烏山7丁目21番21号 株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 坂間 光範 東京都世田谷区北烏山7丁目21番21号 株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 山口 利治 東京都世田谷区北烏山7丁目21番21号 株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 小林 一平 東京都世田谷区北烏山7丁目21番21号 株式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−17129(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.一対の基板の内側に液晶材料が充填された液晶装置
    の駆動方法において、 前記液晶材料に密接または実質的に密接する一方または
    双方に、共重合体の高分子有機材料よりなると共に、液
    晶材料の厚さと比較して充分に薄い強誘電体薄膜が設け
    られ、電圧の殆どが、初期において、前記液晶材料に印
    加された後、強誘電体薄膜に印加され、前記強誘電体薄
    膜の臨界電界に従って、前記液晶材料に印加される電界
    が制御されることを特徴とする液晶装置の駆動方法。 2.一対の基板の内側に電極を互いに対抗して設け、該
    一対の電極間に液晶材料が充填された液晶装置の駆動方
    法において、 前記液晶材料に密接または実質的に密接する一方または
    双方の電極との間に、共重合体の高分子有機材料よりな
    と共に、液晶材料の厚さと比較して充分に薄い強誘電
    体薄膜が設けられ、電極間に印加される電圧の殆どが、
    初期において、前記液晶材料に印加された後、強誘電体
    薄膜に印加され、前記強誘電体薄膜の臨界電界に従っ
    て、前記液晶材料に印加される電界が制御されることを
    特徴とする液晶装置の駆動方法。 3.前記強誘電体薄膜は、有機材料で構成されたことを
    特徴とする請求項1または請求項2記載の液晶装置の駆
    動方法。
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