JPH05249469A

JPH05249469A - 液晶装置

Info

Publication number: JPH05249469A
Application number: JP35054992A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inushima; 喬犬島; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Akira Mase; 晃間瀬; Toshimitsu Konuma; 利光小沼; Toshiji Hamaya; 敏次浜谷; Mitsunori Sakama; 光範坂間; Toshiji Yamaguchi; 利治山口; Ippei Kobayashi; 一平小林
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1993-09-28
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JP2561603B2

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶装置において、液晶それ自体にEcを有す
ることを求めるのではなく全体で実質的に有効なEcを得
る。【構成】第１の容量と第２の容量を有し、前記第１の
容量と前記第２の容量は電気的に直列に連結され、前記
第１の容量は自発分極を有する強誘電体より構成され、
前記第２の容量は液晶より構成され、前記第１の容量は
前記第２の容量より大きく、前記第２の容量に蓄積され
る電荷が前記第１の容量に蓄積される電荷により保持さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶装置に関し、よ
りコントラスト比の向上を図り、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に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶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。

【０００３】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Ec（臨界電界またはスレッシュホ−ル
ド電界）を有することが重要である。このEcは液晶が所
定の電界以下では初期の状態（例えば非透過）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（例えば透過）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。即ち、この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- は必ずしも絶対値において同じではない
が、液晶に接する配向処理のプロセス条件により概ね一
致させることができ得る。

【０００４】しかしかかるEc+ とEc- は、特にカイラル
スメクチックＣ相を用いる強誘電性液晶(FLC) において
は、その存在が不明確であり、この液晶を印加するパル
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「ACバイ
ヤス法」として知られている励起方式を用いなければな
らないし、正方向に書換えんとする時は一度負のパルス
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の精密な制御のもとに加えなけれ
ばならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】上記のようにEcの存
在が不明確な場合、それを補うために周辺回路がきわめ
て複雑になってしまうため、ディスプレイ装置とした
時、これよりも簡単な周辺回路が求められている。その
ためには、液晶材料部分それ自身が十分明確なEcを有し
ていることが重要になる。さらにこのため非対称配向処
理（一方の配向処理層と他方の配向処理層の主成分又は
材料を異ならせる）を行う場合、このEc₊とEc_-とが異な
り、液晶に直列のバイヤス電圧も加えて実質的に対称と
なるようにしなければならない。また加えて、不十分な
Ecで満足せざるを得ないのが実情であった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は液晶それ自体にEcを有すること
を求めるのではなく、この液晶と配向膜（配向処理層）
とを一体物とみなし、その全体で実質的に有効なEcを得
んとしたものである。

【０００７】

【問題を解決するための手段】かかる問題を解くため、
本発明は、第１の容量と第２の容量を有し、前記第１の
容量と前記第２の容量は電気的に直列に連結され、前記
第１の容量は自発分極を有する強誘電体より構成され、
前記第２の容量は液晶より構成され、前記第１の容量は
前記第２の容量より大きく、前記第２の容量に蓄積され
る電荷が前記第１の容量に蓄積される電荷により保持さ
れることを特徴としている。

【０００８】本発明は本発明人によりなされ、本出願人
の出願による特許願60−265333（昭和60年11月25日出
願）をさらに改良したものである。本発明は電界の方向
で光のスィッチングを行う液晶に対し特に有効である。
このため特にその代表例として強誘電性液晶(FLCとい
う）を液晶材料として用い、以下の説明を行なう。

【０００９】さらにかかる液晶のEcを決定する要素とし
てFLC に密接または実質的に密接させて、強誘電体（以
下FEともいう）の薄膜またはクラスタを設けたものであ
る。そしてこの液晶の強誘電体のEcを実質的にFEにより
決定するべく試みたものである。

【００１０】即ち、本発明においてはこのFEを配向膜
（配向処理層）として用い、この配向膜が薄膜状または
クラスタ状を有し、さらにこのFEが自発分極を有する。
そしてこの配向膜は4000Å以下例えば平均膜厚100〜500
Å（クラスタの場合、一部にはFEを有し、他部には有さ
ない島状群にFEを存在させるため平均膜厚と称する）と
する。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。

【００１１】その縦断面図を図１に示す。図１において
強誘電性液晶(FLC)(1)，配向膜(2),(2')，一対を構成す
る透光性電極(3),(3')，さらに透光性基板(4),(4')を有
する。

【００１２】この図１の電気的等価回路を図２に示す。
図２(A) は図１の等価回路である。即ち端子(7),(8) 間
ではFE(2) または端子(5),(6) 間にはFE(2')が存在す
る。このFE(2),(2')は材料の種類・厚さを異ならせ得
る。また、共重合をさせる材料の混合比を異ならせるこ
とも可能である。しかしここでは簡単のため同じ厚さで
同じ材料よりなるものと仮定して構成を解く。

【００１３】するとFE(2),(2')はそれぞれキャパシタ(C
₁)、コンダクタンス(G₁)を有する。またふし(7),(6) 間
にはFLC が存在する。このFLC は絶縁性であるため同様
にキャパシタ(1/2C₂) 、コンダクタンス(2G₂) で表現す
る。さらにC₁,G₁にかかる電圧をV₁,2G₂,1/2C₂にかかる
電圧を2V₂とし、全体には2V₀の電圧が印加される。す
るとC₁にはQ₁が加わりC₂にはQ₂の電荷が誘起される。

【００１４】またふし(7) には電荷Q₂₁が、またふし
(6) にはQ₁₂が存在する。かかる場合図２(B) に示すご
とき等価回路に変形できる。

【００１５】この等価回路はA-A'に対して上下対称（鏡
面対称）で表現でき、(9) と(9')とは同一電圧となる。
このためかかる図２(B) の回路の上側は図２(C) に変形
できる。このためFLC(図１(1))の両端に存在する電荷Ｑ
は

【００１６】

【数１】

【００１７】で表現できる。このため以下においては図
２(C) で検討する。この図２(C) において、この両端子
間にV₀の電圧を印加した時、C₁,G₁ に加わる電圧V₁, 電
荷Q₁, C₂,G₂に加わる電圧をV₂, 電荷Q₂とすると、

【００１８】

【数２】

【００１９】でｔ＝０において分圧される。この時、FE
の厚さは4000Å以下であり、FLC の厚さは２〜３μ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 となり、初期状態においては印加電圧のほとんどすべて
がFLC に印加される。

【００２０】さらにFEとFLC との界面においてｔ秒後に
蓄積されるＱ₂₁は次式で与えられる。

【００２１】

【数３】

【００２２】この一般式において前記したC₁＞C₂である
条件を考慮する。また抵抗（コンダクタンスの逆数）は
液晶が約２μｍの厚さを有し、１つのピクセルを300 μ
ｍ×300 μｍである場合、10⁹Ωのオ−ダを有する。

【００２３】他方FEは厚さ2000Åにおいて10¹¹Ωのオ−
ダを有し、液晶に比べて十分大きい抵抗となる。このた
めここではG₁≒０として上式を変形すると以下の式を得
る。

【００２４】

【数４】

【００２５】で与えられる。するとその結果、V₁,V₂は

【００２６】

【数５】

【００２７】上式を変形して

【００２８】

【数６】

【００２９】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 に近づく。

【００３０】即ち、印加の初期においては電極間に印加
した電圧はほとんどがFLC に印加され、その値は殆どの
電圧がFEに印加されることになる。言い換えるならば、
最初FLC を動の状態にする。その後FEにこの電圧が印加
され、このFEが所定の反転または非反転を行い分極す
る。するとこのFEの反転または非反転に従って次にEcが
十分小さいFLC の反転または非反転が決められる。

【００３１】即ちFEのPs（自発分極）に従属してFLC の
分極の値を変えさせることができる。その結果、FLC に
十分なEcがなくても、FE自体が有するEcを可変制御する
ことにより、このFEに従ってFLC が従属的に従い、結果
として見掛け上FLC が大きな明確なEcを有するようにさ
せることができる。

【００３２】以上の結果より、本発明はスメクチック液
晶と直列に強誘電体を存在せしめ、この強誘電体の分極
に従って液晶の反転、非反転を決定することをその思想
としている。

【００３３】そして図１の配向処理層(2),(2')の種類、
厚さを可変することによりC₁,G₁,C₂,G₂を可変でき、Ec
-,Ec+ の値を制御できる。また厚さを厚くするとEcがよ
り大きくなるため、実用上の駆動を考えるならば、100
〜4000Åの範囲が適当であった。

【００３４】即ち、この強誘電体をFLC の配向膜用に用
いたものである。このためこの配向処理層（膜またはク
ラスタの総称をいう）の一方または双方の液晶に接する
面側をラビング処理を行う等の工程を考慮するとこのFE
はラビング処理のしやすさにより有機物の強誘電体であ
ることが好ましい。特にビニリデンフロライド(CH₂C
F₂), ビニリデンクロライド(CH₂CCl₂) とトリフロロエ
チレン(CHCl ・CCl₂),トリクロロエチレン(CHF・CF₂),
テトラフロロエチレン(CF₂・CF₂), テトラクロロエチレ
ン(CCl₂・CCl₂) の２種類またはそれ以上の種類の共重
合体が適している。

【００３５】以下に本発明の実施例を示す。

【００３６】

【実施例】図１は本発明の一実施例の構成の縦断面図で
ある。図面において、ガラス基板(4),(4')上に透明導電
膜、例えばITO(酸化インジュ−ム・スズ）、さらにこの
一方の上面に第１の電極(3')を他の電極の上面に第２の
配向膜を設けた。

【００３７】即ちFEとしてビニリデンフロライト(CH₂CF
₂)(VDFという）とトリフロロエチレン(TrFE)を混合し、
共重合体（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％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FEの厚
さを制御できる。この後この溶液を加熱気化除去し、平
均厚さ1500Åとした。実験的には平均厚さが500 Å以上
であると配向処理層はいわゆる配向膜となっており、ま
た平均厚さが200 Å以下ではクラスタ状またその中間で
は両者の混合状態であった。

【００３８】本発明においては、さらにこのFEに対し公
知のラビング処理を施し配向させ、配向膜（配向処理
層）とした。他の電極上にも同様にこのFE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
すことを省略した。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FLC を充填した。この充填される液晶は電界の方向
でスイッチング特性を有する液晶特にFLC を用いた。例
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。又例えば
特開昭56-107216,特開昭59-98051, 特開昭59-118744 に
示される液晶を用いてもよい。

【００３９】かかるセルの電極は1mm×1mmとなり、マト
リックス構成させ、その電極間に±10V の電圧を走査し
つつ加えた。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Ecを実質的に有せしめることが可能と
なった。

【００４０】そして一度Ec+ 以上の正の電荷を加えると
電圧を除去しても透過量の状態となる。他方Ec- 以上の
負の電圧を加えると電圧を除去しても非透過を持続し得
ることがわかる。

【００４１】図３は縦軸に規格化した透過率、横軸に印
加電圧を示している。この図面において従来例として示
された曲線(11),(11')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。（この方法で
はEcがきわめて小さくばらつきやすい欠点を有する。）
本発明においては、曲線(10),(10')を得ることができ、
きわめてきれいなEc+,Ec-を得ることができた。そして
このEc+,Ec-以下の電圧が印加されても、透過、非透過
は変化しない。特に最大印加電圧（ここでは±10V)の半
分以上の電圧でEcを有せしめることができた。このため
マトリックス表示が可能となる。

【００４２】かかる明確なEcを有するため、例えば720
×480画素を有する大面積のディスプレイに対してもま
ったくクロストークのない表示をさせることが可能とな
り得る。

【００４３】本発明において、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。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上に示す如く、強誘電体を配
向処理層に用い、それを一対の電極の一方または双方に
薄膜状またはクラスタ状に配設したものである。そのた
め、従来のFEをまったく用いない方法に比べてより一層
Ecの明確な液晶装置を得ることができた。

【００４５】この強誘電体を下地とし、その上に公知の
配向膜処理膜を形成し、この強誘電体と強誘電性液晶と
を間接的即ち実質的に密接する方式としてもよい。ま
た、この強誘電体は図１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。

【００４６】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、スメクチック液晶の光学的異方性を用いるす
べての液晶装置に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶装置の一実施例の縦断面図を示
す。

【図２】本発明の等価回路図を示す。

【図３】本発明と従来例の特性のー例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小沼利光神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者浜谷敏次神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者坂間光範神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者山口利治神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者小林一平神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の容量と第２の容量を有し、前記第
１の容量と前記第２の容量は電気的に直列に連結され、
前記第１の容量は自発分極を有する強誘電体より構成さ
れ、前記第２の容量は液晶より構成され、前記第１の容
量は前記第２の容量より大きく、前記第２の容量に蓄積
される電荷が前記第１の容量に蓄積される電荷により保
持されることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】請求項１において、強誘電体は有機物よ
りなることを特徴とする液晶装置。