JPH05265016A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPH05265016A
JPH05265016A JP91304016A JP30401691A JPH05265016A JP H05265016 A JPH05265016 A JP H05265016A JP 91304016 A JP91304016 A JP 91304016A JP 30401691 A JP30401691 A JP 30401691A JP H05265016 A JPH05265016 A JP H05265016A
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liquid crystal
thin film
electrodes
electrode
itf
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JP91304016A
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Takashi Inushima
喬 犬島
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
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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    • G02F1/135Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 明確な閾値を持つ液晶装置を提供することに
より、簡単な周辺駆動回路を持つ、液晶装置を実現す
る。 【構成】 電極と液晶材料との間に直列に誘電体薄膜を
設けることにより、液晶材料自身の閾値ではなく、任意
にコントロール可能な閾値を持つ液晶装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】この発明は液晶装置に関するもの
で、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、更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】
【従来技術】従来、液晶を用いて液晶装置を作製せんと
する場合、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) とを有し得る。また、このEc+
とEc- は必ずしも絶対値において同じではない。実際に
液晶を動作させる際には明確なEcの存在が望まれる。
【0003】しかしかかるEc+ とEc- は特にカイラルス
メクチックC相を用いる液晶においては、その存在が特
開昭に不明確であり、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
し、正方向に書換えんとする時、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
界強度と時間との精密な制御のもとに加えなければなら
ない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにEcの存
在が不明確な場合、周辺の駆動回路にそれを補う機能を
持たせる為に、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、液晶それ自体
が十分明確なEcを有していることが重要になる。この十
分明確なEcを作らんとした時、これまでのFLC は、その
周波数特性をおとす等の制約のもとに、不十分なEcで満
足せざるを得ないのが実情であった。
【0005】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、この液晶近傍にフロ−ティング電
極(電気的にいずれとも連結していない電極)を配し、
これに所定の電荷を蓄積することにより実質的に有効な
Ec+, Ec-を得んとしたものである。
【0006】
【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、Ecおよび不揮発性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
フロ−ティング電極を設け、このフロ−ティング電極に
接して強誘電体薄膜(以下ITF ともいう)を設けたもの
である。そしてこのスメクチック液晶のEcをフロ−ティ
ング電極に蓄積された電荷により決定するべく試みたも
のである。そしてこの蓄積された電荷はITF により設け
られる分極電荷により決定せんとしたものである。
【0007】即ち、本発明においてはこのITF が高い誘
電率好ましくは強誘電性薄膜であり、自発分極を有する
ものより選ばれる。かつ誘電率を大きくするため、1000
Å以下例えば200 〜1000Å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。
【0008】その縦断面図を図1に示す。図1において
液晶材料としてはTN(ツィスト・ネマティック) 液晶、
ス−パ−・ツィスト・ネマティック液晶あるいは強誘電
性液晶を用いることができる。しかしここでは視野角の
大きい強誘電性液晶(1) を用いる。更に配向膜(5),
(5'),フロ−ティング電極(6),強誘電性薄膜(2), 一対
を構成する透光性電極(3),(3'), この透光性基板(4),
(4')を有する。さらに透光性電極の一方(例えば(3))上
には誘電体薄膜(2) とフロ−ティング電極(6) とを有
し、ここでキャパシタを構成している。このため、液晶
の配向処理層(膜) の一方(5) はフロ−ティング電極
(6) における液晶(1) の存在する側になされる。
【0009】この図1の電気的等価回路を図2に示す
が、この等価回路を用い本発明を以下に記す。この際の
FLC(1)が電気的等価回路としてG2(コンダクタンス),C2
(キャパシタンス) を有する。又FE(2) の等価回路とし
てG1(コンダクタンス),C1(キャパシタンス) を有す
る。すると電気的等価回路は図2を有する。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、
【0010】
【数1】
【0011】でt=0において分圧される。この時、FE
の厚さは2000Å以下であり、FLC の厚さは2〜3μmと
10倍もの厚さを有するため、C1はC2より十分大である。
その結果、初期に
【0012】
【数2】
【0013】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。さらにITF と誘電体
との間のフロ−ティング電極にt秒後に蓄積されるQは
次式で与えられる。
【0014】
【数3】
【0015】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2μmの厚さとし、1つのピクセルを100 μm ×
300μm 1ある場合、109 Ωのオ−ダを有する。他方ITF
(誘電体) は厚さ1000Åの同一条件で1013Ωのオ−ダを
有し、液晶に比べ十分大きい抵抗を有する。このため、
ここではG1≒0として上式を考慮すると以下の式を得
る。
【0016】
【数4】
【0017】で与えられる。するとその結果、V1,V2
【0018】
【数5】
【0019】上式を変形して
【0020】
【数6】
【0021】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、
【0022】
【数7】
【0023】となる。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液晶に印加され、その後
は殆どの電圧がITF に印加されることになる。そしてフ
ロ−ティング電極に所定の種類および量の電荷が蓄積さ
れる。
【0024】その結果、液晶に十分なEcがなくても、IT
F との間に設けられたフロ−ティング電極に蓄積される
電荷により実質的に決定されるEcを可変制御することに
より、この電荷Q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大きなEcを有するようにさせること
ができる。
【0025】以上の結果より、本発明は液晶材料と直列
にフロ−ティング電極と強誘電体とを存在せしめ、この
強誘電体部分の電荷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。以下に本発明の実施例
を示す。
【0026】
【実施例】図1は本発明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(3),(3')
を例えばITO(酸化インジュ−ム・スズ)により形成し
た。さらにこの一方の上面に誘電体薄膜(ITF) 例えば強
誘電体薄膜(FE)(2) を形成する。
【0027】即ちFEとしてVDF(ビニリデンフロライド)
に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滴下し薄膜とする
ため、これを10重量%をメチル・エチル・ケトン溶液に
とかした。さらにこれらの溶液をスピンコ−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。この後この溶媒を加熱気化除去をした。次
にこの上にスパッタ法によりフロ−ティング電極を膜状
またはクラスタ状(粒径10〜1000Åの面積を有する互い
に電気的に分離した導体が島状に群をなして散在する状
態) に設けた。ここではITO をスパッタ法で平均厚さ10
〜2000Åとした。この平均厚さが10〜200 Åにおいては
実質的に直径30〜300 Åの粒の群(クラスタ) が形成さ
れた。更に200 〜2000Åの平均厚さでは薄膜状に形成さ
れた。この薄膜の場合は所定の形状にパタ−ニングする
必要がある。ここではこれらを総称してフロ−ティング
電極と称する。
【0028】さらにこの上面に配向処理膜を形成させ
た。例えば、本発明においては、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た。 さらに他
方の透明導電膜の電極(3')上にはアルミナ膜を形成し、
さらにナイロンを形成し、ラビング処理を行って配向処
理層とした。
【0029】本実施例において、使用する液晶材料はF
LCを使用し、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FLC は、例えばS8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。
【0030】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Ecを実質的に有せしめることが可能となった。
【0031】図3は縦軸に透過率、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
(9),(9')はフロ−ティング電極を設けず、また図面にお
ける上側電極(3) 上に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Ecはきわ
めて小さくばらつきやすい欠点を有する。)また図1に
おけるITF(2)として光CVD 法で形成された窒化珪素膜(S
i3N4) を600 Åの厚さに形成し、その上に平均厚さ400
ÅのITO(酸化インジュ−ム・スズ)を形成した。さらに
フロ−ティング電極とするため、不要部をエッチングし
て除去し、この特性を曲線(10), (10') に示す。この特
性より明らかなごとく、フロ−ティング電極と制御電極
との間に誘電体を挿入してもEcが十分得ることができる
ことがわかった。さらにこのITF として前記した如くFE
を用い、前記した方法で作成する時、曲線(11),(11')を
得ることができた。この特性において明らかなごとく、
きわめてきれいなEc+,Ec- を得ることができた。 そし
てかかる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−
クのない表示をさせることが可能となり得る。
【0032】本発明において、さらにシェアリング(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。
【0033】
【発明の効果】本発明は以上に示す如く、フロ−ティン
グ電極を設け、さらにこの電極と制御電極好ましくは強
誘電体を設けたものである。そしてこのフロ−ティング
電極を強誘電体を配向膜とし、それを一方または双方に
配設したものである。そのためより一層Ecの明確な液晶
装置を得ることができた。
【0034】このフロ−ティング電極の液晶側の配向処
理層として、強誘電体を用い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、このフロ
−ティング電極強誘電体は図1の電極等の上に同じ大き
さに形成しても、またこの電極内に小さい電極をクラス
タ状に形成してもよい。さら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。
【0035】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、液晶材料の光学的異方性の適用可能な製品に
適用できる。
【0036】又液晶材料としてその抵抗値が十分大きさ
材料であるならば、ツィスト・ネマチック液晶(TN 液
晶),ス−パ−・ツィスト・ネマチック液晶またはその他
も適用し得る。しかしこの抵抗値が小さいとすぐにフロ
−ティング電極に蓄積した電荷が消滅してしまうため好
ましくない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶装置の縦断面図である。
【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 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板の内側に設けられた誘電体薄
    膜に接して、第1の電極とフローティング電極とを有
    し、前記フローティング電極に対向する位置に第2の電
    極が設けられ、第2の電極上あるいはフローティング電
    極上方には配向処理された部分を有することを特徴とす
    る液晶装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の誘電体薄膜の少なくとも
    一部は有機材料により構成されていることを特徴とする
    液晶装置。
JP91304016A 1986-01-07 1991-10-23 液晶装置 Pending JPH05265016A (ja)

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