JPS62189432A - 液晶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野Ｊ この発明は、電界の向きでスイッチングが行われる液晶
、例えば強誘電性液晶（以下ＦＬＣという）を用いた液
晶装置であって、よりコントラスト比の向上を図り、マ
イクロ・コンピュータ、ワードプロセッサまたはテレビ
等の表示部の薄型化を図る液晶表示装置、更にディスク
メモリ等のメモリ装置、光学スイッチ機器へ応用する液
晶装置に関する。

「従来技術ｊ 従来、液晶を用いて液晶装置、例えば液晶ディスプレイ
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、その電極上に絶縁物の薄膜を形成し
、これを対称配向膜として用いる方式が知られている。

しかし、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゛子構造を有する液
晶表示装置において、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ー
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Ｂ（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臨界電界をいう。

しかしかかるＥｃはスメクチック液晶それ自体において
はきわめてその存在が乏しいことが判明した。特にカイ
ラルスメクチックＣ相を用いる強誘電性液晶においては
、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ｒＡＣ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、−慶賀のパルスを加え、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なけれ
ばならない、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
。

「発明が解決しようとする問題点１ かくの如き電界の向きでスイッチングを行う液晶、特に
表面安定化強誘電性液晶（Ｓｕｒｆａｃｅ　５ｔａｂｉ
−１ｉｚｅｄ　ＦＬＣ）として用いんとした時、これま
での技術では前記した如きｒＡＣバイヤス法」を用いな
ければならない。しかし、このバイヤス法は、周辺回路
がきわめて複雑になってしまうため、その応用の一つで
ある薄型ディスプレイ装置を作らんとした時、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を作らんとしても、これまで
の手段においては、その周波数特性をおとす等の制約の
もとに、不十分なＩＥｃで満足せざるを得ないのが実情
であった。

本発明はかかる強誘電性液晶を用いた場合、液晶それ自
体にＥｃを有することを求めるのではなく、この液晶ま
たは電極より一定の距離に可逆性の電荷捕獲中心（以下
ＴＣという）を設け、これ、に所定の正または負の電荷
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。

「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、基板の内側に一対の
電極、一般的には透光性電極を設ける。

そしてこの一対の電極の一方または双方の内側に異なる
比誘電率の誘電体を積層する。そしてこの界面またはそ
の近傍にＴＣ（正の電荷および負の電荷を捕獲する、即
ち可逆性を有する電荷捕獲中心）をより多く設ける。

さらにこの電荷捕獲中心に所定の電界で注入し捕獲させ
保持されている電荷の種類に従って、それに近接してい
るまたは隣接しているＦＬＣＯ向きが決められる。かく
して例えば電荷捕獲中心が１層の場合（一方の電極側の
みに作られた場合）、その中心に正の電荷が捕獲され保
持し続けられると電界の印加を中止した後であっても、
この正の電荷によりＦＬＣの負の側が引き寄せられる。

結果として、例えばこのパネルに対し光は「非透過」と
なる。また逆に、ｔｉｌｉ獲中心に負の電荷が捕獲され
保持し続けると、ＦＬＣの正の側が電界の印加を中止し
ても引き寄せられ、逆に例えば「透過」とすることがで
きる。そしてこの透過、非透過は捕獲中心に電荷が捕獲
されている限り、不揮発性を有する。

即ち、本発明においては、加えて所定のＥｃを有せしめ
るため、好ましくはこのＴＣに一方の側より電子または
ホールのキャリアがトンネル電流またはフロア・ノード
・ハイム電流等の電界のべき乗に従った電流で注入され
るよう他方に比べてコンダクタンスを大きくしている。

本発明の構成の１つの縦断面図を第１図に示す。

第１図において一対の透光性基板（４）　、　（４°）
を有する。さらにこの基板（４）　、　（４°）の内側
には一対を構成する透光性電極（３）、（３’）を有す
る。

液晶材料としては電界の向きでスイッチングを行う液晶
のすべての種類を用いることができる。

このためゲストホスト型または複屈折型の液晶を用い、
また光の検出方式も反射型または透過型を用い得る。し
かし、ここでは視野角の大きい強誘電性液晶（５）を用
いる。

さらに透光性電極の一方（例えば（３））上（図面では
下側であるが、形成してゆく順序に従って以下上側と表
記する）には第１の誘電体薄膜（１）とＴＣ（６）とを
有し、ここで１つのキャパシタを構成している。またＴ
Ｃ（６）を覆って第２の誘電体膜（２）が形成される。

このＴＣ（６）と他の電極（３°）との間には他の誘電
体膜（２）及び液晶（５）よりなる他のキャパシタを構
成している。ここでは、液晶の配向処理層（ＩＩＩりの
一方（７）はＴＣ（６）のない側（電極（３゛）の側）
における液晶（１）の存在する側に設けられている。

この第１図に示されている縦断面の電気的等価回路を第
２図に示す。この等価回路を用い本発明を以下に記す。

この際のＦＬＣ（５）と第２の誘電体膜（２）とを電気
的等価回路としてＧ！（コンダクタンス）、Ｃｚ（キャ
パシタンス）で示す。文筆１の誘電体（１）の等価回路
としてＧＩ（コンダクタンス）、Ｃ＋（キャパシタンス
）を有する。その境界にはＴＣ（６）が電荷捕獲中心と
して設けられている。この両端子（３）　、　（３°）
間にＶ、の電圧を印加Ｑた時、Ｃ，、Ｇ、に加わる電圧
ＶＩ＋電荷Ｑ、、Ｃ，，Ｇ２ニ加わる電圧をＶ２＋　電
荷口２とすると、 Ｖｏ＝Ｖ＋＋Ｖｔ で１＝０において分圧される。

そしてこのＴＣにはこの分圧に従って並列したコンダク
タンス（Ｇｓ）　、（Ｇｔ）より電流（８）　、　（８
”）が注入される。

この注入される電流は互いに逆向きになりその差により
ｔ秒後にＱの電荷が蓄積される。

例えば（８）の電流が（８°）の電流より大なる場合は
、正の電荷が（６）に注入捕獲される。また逆に（８°
）の電流が（８）より大なる場合は、負の電荷が注入捕
獲される。その結果、フローティング電極にｔ秒後に蓄
積されるＱは次式で与えられる。

この一般式において前記したＣ＋＞Ｃｚである条件を考
慮する。また抵抗（コンダクタンスの逆数）は液晶を２
μｍの厚さとし、１つのピクセルを３００μｍ　Ｘ３０
０μｍである場合、１０９Ωのオーダを有する。また第
２の誘電体は３０〜３００人の平均厚さ例えば５０人の
厚さく非線型特性）を有する窒化珪素（固有抵抗１０１
ｓΩｃｍ）を用いるため、この薄膜に電界が加わった状
態で１い〜１０ｈΩであり、電界が除去された状態で１
０″Ωを有する。他方第１の誘電体膜（Ｇ１）は平均厚
さ５００人の酸化珪素（固有抵抗１ｏｌｌΩｃｍ）を用
いると、同一条件で１０１２Ωのオーダを有し、Ｇ２に
比べ十分大きい抵抗を有する。このため、ここではＧ１
＃０として上式を略記上式よりＶ２を求める。すると ＝Ｃ＋　　（Ｖｏ　　−Ｖｔ　） で与えられる。

即ちＧ２が大きいまたはｔが十分長いとｖ２は速やかに
飽和し、その値は で与えられる電位差がＦＬＣの両端に印加されることに
なる。この電位差はＴＣに捕獲された電荷Ｑにより作ら
れたものであるため、ｖｏの電圧を除去しても残存し、
液晶がこの捕獲されている電荷量に従って保持され、液
晶が透過または非透過の状態を不揮発に保持し得ること
がわかる。

その結果、液晶自体に十分なＥｃがなくても、ＴＣに蓄
積されてい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、見掛は上液晶が明確なＥｃを有するようにさせ
ることができる。

そしてこの電圧は一対の電極（３）　、　（３°）を印
加する電圧を逆向きとすると逆極性の電荷がＴＣに捕獲
され、いわゆる可逆特性を有する。

以上の結果より、本発明は、スメクチック液晶と直列に
ＴＣを第１の誘電体と下側の第２の誘電体との界面また
はその近傍で有せしめ、このＴＣに捕獲された電荷に従
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。

実施例１ 第１図の縦断面図を用いて本発明の実施例を示す。

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（＃化イ
ンジェーム・スズ）により形成した。更にこの一方の上
面に第１の誘電体薄膜、例えば酸化珪素（２）を形成す
る。

即ち、誘電体薄膜としての酸化珪素は公知のプラズマＣ
ＶＤまたは光ＣＶＤ法により作成した。例えば本発明人
の出願によるプラズマ気相反応装置（昭和５９年４月２
０日出順、特願昭５９−０７９６２３）、特にこの明細
書の実施例１，２．４を用いた。そして基板および電極
上を覆って３５０℃に加熱し、シラン（Ｓｉｎｌ（ｚｎ
−＊　ｎ≧１）と過酸化窒素（ＮｔＯ）または酸化窒素
（ＮＯりとをＮｇＯ／ＳｉＨ４≧５０の混合比で混合し
、Ｑ、ｌ　Ｌｏｒｒの反応圧力にした後１３．５６ＨＩ
ｌｚの高周波を加えた。

そしてこれら電極上を５００人の厚さの酸化珪素被膜と
した。酸化珪素膜を形成した後、他の同様の反応容器に
この基板を移設し、前記した特許願の実施例１，２．４
を用いて窒化珪素膜を３０〜５００人、例えば１００人
の平均膜厚に形成させた。

この時シラン（ＳｉｎＨｚｎ＋ｚ　ｎ≧１）とアンモニ
ア（Ｎｌ１３）とを混合して作った。例えば５ｉｌｌ、
／ＮＨｉ−１〜１００例えば１０とした。すると被膜の
形成される初期においては多少シリコンが過剰となると
推定され、ＴＣが界面またはその近傍に集中したものと
推定される。

また、他方の透明導電膜の電極（３゛）上には窒化珪素
膜を３００人の平均膜厚に十分子Ｃのないようにして同
様のプラズマＣＶＤ法にて形成した。この窒化珪素膜は
ガラス、透明導電膜からのナトリューム等の不純物の液
晶内への混入を防ぎ、イオン化率の小さい非対称配向処
理層として有効であった。

さらにこの上面に有機物被膜を用いて配向処理１ｍ（７
）を形成させた。例えば、本発明においてはナイロン６
をスピナで形成し、１２０℃、３０分で乾燥して形成し
た。この上面に対してラビング処理を施し、配向処理層
とした。

次にこの配向処理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Ｏｒ’１ＱＯＰＰとＭ
ＢＲＡとのブレンド品を用いてもよい。また、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
。

かかるセルの電極は１ｍｎ＋　Ｘ　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フブリン
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ＩＥｃを実質的に有せしめることが可能となった
。

第３図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（１６）　、　（１６’　）は、ＴＣ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。

）また第１図に示す如き本発明の実施例においては、曲
線（１５）、　（１５’）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。

この製造方法においては、酸化珪素（１）と窒化珪素（
２）との界面に正の固定電荷が同時に形成され、特性は
多少左側にシフトして可逆性を示していた。

電圧を＋ＩＯＶ、−１０Ｖと繰り返しても、この可逆性
は再現性よく繰り返すことができた。

そしてかかるＥｃを有するため、例えば７２０　Ｘ４８
０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。

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。

実施例２ この実施例は第４図（Ａ）にその構造を示す。ガラス基
ＷＥ（４）、（４’）により挟まれた透明導電膜の電極
（３）　、　（３”）を有する。それらの一方の側にＴ
Ｃ（６）を有せしめた。即ち、平均厚さが５００〜２０
００人の厚い窒化珪素膜（１）、ＴＣ（６）、　２０〜
１００人の薄い窒化珪素膜（２）よりなる。他方の電ｐ
ｉ（３′）上は窒化珪素膜（５°）と有機配向１９（７
）とを有する。かかる構造においてはＴＣの上側、下側
はともに同じ比誘電率を有するため、その厚さを十分（
この場合は（１）側）他方に比べ１０倍以上とすること
が重要である。この場合、ＴＣ（６）への電荷の注入は
液晶（５）側より行う。その他の記載のないことは実施
例１と同じである。

実施例３ この実施例は第４図（Ｂ）に示す。この図面において、
一対の基＋７ｉ（４）、（４”）およびその内側の一対
の電極（３）　、　（３’　）を有する。酸化珪素膜（
１）は薄く１０〜５０人とし、また窒化珪素膜（２）は
５００〜２０００人と厚くした。電荷は電極（３）側よ
り注入されるようにした。その結果、第３図に示された
ヒステリシスとは逆向きのヒステリシス特性を得ること
ができた。その他は実施例１と同様である。

実施例４ 第４図（Ｃ）は実施例１に示した電荷を液晶側より注入
する方法であって、電極（３）側ではＴＣ（６）が酸化
珪素（１）、窒化珪素（２）の界面またはその近傍に作
られている。他方、電極（３゛）側では第１の酸化珪素
膜（１°）、珪素半導体を過剰に含んだ會化珪素膜（６
°）、配向処理層（７）とが設けられている。

実施例１−のＥｃをさらに強調する効果を有する。

実施例５ この実施例は第４図（Ｄ）に示しである一方の電極（３
）側には酸化珪素（１）、ＴＣ（６）、窒化珪素（２）
、配向処理層（７）を有する。他の電極（３°）側は半
導体の薄膜またはクラスタの構造（図面では薄膜の場合
を示す）を有するフローティング電極（６°）（電極（
３゛）と電気的に絶縁している）とした。その他は実施
例１と同じである。

「効果ｊ 本発明は以上に示す如く、一方または双方の電極の内側
に可逆性を有する電荷捕獲中心を設け、この可逆性電荷
捕獲中心に蓄積された電荷の種類に従ってより一層［Ｃ
の明確な液晶装置を得ることができた。

この液晶装置は、単にディスプレイのみならずプリンタ
またはディスクメモリに対しても適用でき、スメクチッ
ク液晶の光学的巽方性の適用可能な製品に適用できる。

本発明において、ＴＣを挟んだ膜としての第１および第
２の誘電体膜に酸化珪素膜および窒化珪素膜を示した。

しかしその一方または双方を酸化アルミニューム、酸化
タンタル、リンガラス、ホウ珪酸ガラスまたはこれらと
酸化珪素膜または窒化珪素膜との多層構造の薄膜も用い
得る。さらにビニリデンフロライドを一部に用いた有機
誘電体薄膜をも用い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶装置の縦断面図である。 第２図は本発明の等価回路図を示す。 第３図は本発明と従来例の特性の一例を示す。 第４図は本発明の他の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板の内側に設けられた一対の電極を有し、
   該電極間には電界の向きでスイッチングが行われる液晶
   が設けられた液晶装置において、前記一対の電極の一方
   または双方上には前記電極または液晶から一定の距離に
   可逆性の電荷捕獲中心が設けられたことを特徴とする液
   晶装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、可逆性の電荷捕獲
   中心は異なる比誘電率を有する第１の誘電体膜と第２の
   誘電体膜との界面またはその近傍に設けられたことを特
   徴とする液晶装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、電極側に酸化珪素
   膜が設けられ、液晶側に窒化珪素膜が設けられ、窒化珪
   素は酸化珪素に比べてコンダクタンスが大きくなるよう
   に設けられたことを特徴とする液晶装置。