JPS62200329A - 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」 この発明は、電界の向きでスイッチングが行われる液晶
の代表例の１つである強誘電性液晶（以下ＦＣＣ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、スピーカ等の音響
機器、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」 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示す時の臨界電圧のことを
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相を有す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バイアス法」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
一変圧のパルスを加え、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」 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バイアス法」を用いな
ければならない。しかし、このバイアス法は、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Ｅｃ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に接
してクラスタまたは薄膜よりなるフローティング電極（
基板の内側に設けられた一対の電極のいずれの電極とも
電気的に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。

１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の誘電体
上に光、特に可視光を３０％以上減衰させない範囲の平
均厚さを有するクラスタまたは膜よりなるフローティン
グ電極を設ける。そしてこのクラスタまたは膜を不揮発
性の電荷捕獲中心または中心層として機能せしめるもの
である。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ＦＬＣの向きが決められ
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
れ保持しつづ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の負極性側が該電荷捕
獲中心の方を向き、結果として、例えばこのパネルに対
し光は「非透過」となる。また逆に捕獲中心に負の電荷
が捕獲され保持しつづけると、ＦＬＣの負極性側が電界
の印加を中止しても反発することになり、逆に「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。

また本発明においては、透光性を妨げない好ましくは、
かかるクラスタまたは膜が存在しない場合に比べて可視
光が３０％以上の減衰をしない程度に薄いことが重要で
ある。そのため、フローティング電極の平均膜厚が１０
００人またはそれ以下を一般には用いる。またこのフロ
ーティング電極を透光性の導電膜とした場合、そのＥｇ
が３．０付近と大きく、一般の珪素半導体に比べて光の
吸収量が少なく、より光が透過できる。そして不揮発性
を有せしめるため、このクラスタまたは膜は十分絶縁性
を有する誘電体上に形成されており、加えてこのフロー
ティング電極のコンダクタンスは、液晶または誘電体に
比べて約１００倍以上にすることが好ましかった。

その本発明の構成の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。

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）には誘電体薄膜（２）とフローティング電極（
６）とを有し、ここで１つのキャパシタを構成している
。このフローティング電極（６）と他の電極（３″）と
の間には液晶（１）により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（膜）（５）は、基板
（３）の液晶（１）と接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（１）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。又誘
電体薄膜（２）の等価回路としてＧ＋（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、Ｉ
ｎ２Ｏ２，５ｎＯｚ、Ｉｎ２Ｏ２−Ｓｎｏｔの混合物、
ＣｄＯ，ＺｎＯ、ＢＰ、ＢＮ、ＡｌＮ、　ＧａＮ、Ｔａ
Ｎ、ＩｎＮ、ＳｂＮ、窒化スズのいずれかを主成分とす
るクラスタまたは膜状のフローティング電極（６）が電
荷捕獲中心層として設けられている。この両端子（３）
　、　（３’）間にｖｏの電圧を印加した時、Ｃ１，Ｇ
、に加わる電圧ＶＩ＋電荷Ｑ、とし、Ｃ２、Ｇ２に加わ
る電圧をＶ２＋電荷Ｑ２とすると、Ｖ６−Ｖｌ　＋ｖｔ でｔ＝Ｑにおいて分圧される。

この時、誘電体薄膜（２）の厚さは２０００Å以下であ
り、ＦＬＣ（１）の厚さ２〜３μｍと比べ約１０分の１
の厚さであるため、Ｃ，＞Ｃ，であり、その結果Ｖｚ＝
Ｖ。

となり初期状態においては印加電圧の大部分が、ＦＣＬ
（１）にされる。そしてこのフローティング電極には、
この分圧に従って並列したコンダクタンス（ｃ＋）、　
（Ｇ２）より電流（７）　、　（７’）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。

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＋＞Ｃｇ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つのビクセルを３００　ｐｍ　ｘ３
００　ａｍである場合、１０”　〜１０”Ωのオーダを
有する、他方誘電体膜（Ｇ１）は平均厚さ１０００人の
同一条件で１ＱＩ２Ω以上のオーダを有し、Ｇ１はＧ２
に比べ十分大きい抵抗を有する。このため、ここではＧ
ｔ＝０として上式を略記すると以下の式を得る。

上式よりｖＩを求める。すると 即ちＧ２が大きいまたはｔが十分長いとｖｌは速やかに
飽和し、その値は で与えられる電位差が誘電体薄膜に印加されることにな
る。即ち、電圧印加初期においては電極間に加えた電圧
の殆どが液晶に加わり、その後殆どの電圧が誘電体薄膜
に加わり、そしてフロー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ことになる。

この電位差は電荷捕獲中心に捕獲された電荷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、フロー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、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。

以上の結果より、本発明はスメクチック液晶と直列に誘
電体薄膜上のフローティング電極を存在せしめ、このフ
ローティング電極の上側の誘電体薄膜と、液晶との分極
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。

本発明で用いる誘電体薄膜としてはポリイミド、ナイロ
ン、アルミナ、酸化珪素、窒化珪素、またはその他透光
性に優れた誘電体が好ましい。またポリビニリデンフロ
ライド、ビニリデンフロライドとテトラフルオロエチレ
ンの共重合体等の強誘電性を有する薄膜でもよい。

以下に本発明の実施例を示す。

実施例１ 第１図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
インジェーム・スズ）により形成した。更にこの一方の
上面に誘電体薄膜、例えば窒化珪素（２）を形成する。

即ち、誘電体薄膜としての窒化珪素はプラズマＣＶＤま
たは光ＣＶＯ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２０日出
願、特願昭５９−０７９６２３）を用いた。特にかかる
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（Ｓｉｎｌｌ
□７．２ｎ≧１）とアンモニア（ＮＨｉ）または窒素（
Ｎ２）とをＮＨ３／５ｉＨａ≧５０の混合比で混合し、
Ｑ、０５ｔｏｒｒの反応圧力にした後１３．５６ＭＨ２
の高周波を加えた。

そしてこれらの基板のうち（４）については電極上に５
００　人の厚さの被膜とした。さらにこの上面にＩｎｚ
０３−３ｎＯ□の混合物よりなる薄膜状のフローティン
グ電極を形成した。即ち、窒化珪素膜を形成した後、公
知のスパッタリング法によりｒｎｔｏｌ−ＳｎＯ２の混
合物を１００〜５００人の厚さで窒化珪素膜上に薄膜状
に形成した。

かかる時、フローティング電極の平均膜厚が１００Å以
下においては、一般に薄膜構造を構成せず、島状境部ち
クラスタを構成する。そしてこの平均膜厚が１００−１
０００人において薄膜状に形成させることもできる。も
ちろん１ｏｏｏÅ以上０．５〜１μでも膜とすることが
できるが、光の透過率が悪くなり、光読みだし装置とし
ては必ずしも適当でないため、ここでは光透過量がそれ
ほど減衰しない程度の厚さである１０００人を最大膜厚
とした。また反応容器の圧力により平均厚さが７０〜２
００人ではクラスタと薄膜とが混合する状態もある。

この薄膜状のフローティング電極を形成後に隣合った画
素間での分離を行う為に公知のエツチング法により、電
極（３）とフローティング電極が概略一致するようにパ
ターニングを行った。

この時電極（３）とフローティング電極（６）は完全に
一致している必要はなく隣合った画素間で電気的に分離
していればよい。またエツチング法の代わりにレーザー
光を用いたレーザースクライブ法により分離を行っても
よい。

また誘電体薄膜（２）はフローティング電極（６）に比
べて１００倍以上の抵抗を有しているから該電極は電気
的に完全に浮いた状態となっている。

また、他方の透明導電膜の電極（３゛）上には同様に窒
化珪素膜（７）を３００人の平均膜厚に同様の方法にて
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ぐことと
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層（５）
を形成させた。例えば、本発明においてはナイロン６を
スピナで塗布し、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、例えばエステル系とビフェニル
系との１＝１のブレンド品を用いた。この液晶は０Ｍ０
ＯＰＰとＭＢＲＡ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５９−９８
０５１．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ＩＩＩＩＩＩｌ×１ｍｍとなり、マ
トリックス構成させ、それぞれに±ＩＯＶ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
。

第３図に、本実施例により得られた液晶装置の誘電率と
印加電圧の関係を示す。

誘電率の測定にはＹＨＰ社製（４１９２八）ＬＦ　ｉｍ
ｐｅｄａｎｃｅａｎａｌｙｚｅｒにより　±８Ｖ、　５
ｔｅｐＯ，３Ｖ、オシレーターレベルＩＶ、　２００　
Ｈｚの条件で測定した。このように＋２Ｖ、　−２Ｖ付
近より誘電率が急に立ち上がり、明確なＥｃ＋　、　Ｅ
ｃ−が得られているのがわかる。

第４図（Ｂ）に、第４図（Ａ）に示されたような電気光
学測定系で測定した結果を示す。Ｎｅ−Ｎｅレーザ（８
）より出たレーザ光（９）をポラライザー（１０）を通
した後、サンプル（１１）に照射し、その光をアナライ
ザー（１２）を通した後、フォトマル（１３）でその光
の強さを電圧に変換し、オシロスコープ（１５）でモニ
ターした。、この場合ファンクションジェネレーター（
１４）によりサンプルに印加する電圧波形は、＋８Ｖの
三角波であり、その周波数は５０Ｈｚであった。

縦軸はフォトマルの感度を示し、横軸は印加電圧を示し
ている。第３図と同様に＋２Ｖ、　　−２Ｖに明確なＥ
ｃ＋、Ｅｃ−が存在することが、フォトマルの感度より
明らかである。

第５図（Ｂ）に第４図（Ａ）と同じ測定系を用いた時の
透過光量と時間の関係を示す。この場合、サンプルには
第５図（八）に示すような巾１ｍ５ｅｃ、±ＩＯＶのパ
ルスが０．２秒間隔で加えられている。

第５図（Ｂ）に見られるように、−変圧または負のパル
スが加えられた後、次の逆極性のパルスが加えられるま
では、透過光量はほとんど変化せず、パルス印加初期の
散乱光による透過光量の減少のみ観察された。

すなわち、フローティング電極に蓄積された電荷の為、
不揮発性のメモリーを液晶装置に持たせることができた
。

このように本発明により正、負の明確なＥｃ＋、Ｅｃ−
が実現されるに加え、フローティング電極による電荷の
為に不揮発性のメモリーを有せしめることが可能となっ
た。

そしてかかるＥｃを有するため、例えば７２０　Ｘ４８
０画素を存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６図（Ａ）にその構造を示す。ガラス基
板（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薄膜
状のフローティング電極（６）を薄膜を形成して有せし
めた。即ち平均厚さが５００人の酸化珪素膜（２）。

公知のＣＶＤ法により形成された厚さ１００人のＳｎｕ
ｇ（６）を設けた後、有機配向膜（５）を形成しラビン
グ処理を施し他方の電極（３′）上には窒化珪素（７）
と有機配向膜（５゛）とを設けた。その他の記載のない
ことに関しては実施例１と同じである。

本実施例の場合液晶と接する有機配向膜（５）、（５’
）は同じ材料（ポリイミド）を用いた為、Ｅｃ＋、Ｅｃ
−は正確に一致させることが可能となった。

実施例３ この実施例は第６図（Ｂ）に示す。この図面において、
一対の基板（４）、（４’）およびその内側の一対の電
極（３）　、　（３”）を有する。薄膜状のフローティ
ング電極は双方の電極（３）　、　（３”）上に（６）
　、　（６’　）として設け、それらは平均膜厚を５０
人とした。窒化珪素膜（２）　、　（７）は２０〜１０
０人としした。その他は実施例１と同様である。

本実施例の場合、両方の基板上にフローティング電極が
設けられている為、実施例１と比較してさらにシャープ
なＥｃ＋　、　Ｅｃ−が得られた。

実施例４ この実施例は、第６図（Ｃ）に示しである実施例１とほ
ぼ同じ構造であるが、フローティング電極（６）は誘電
体（２）で（るまれた状態をとっているが実施例１とほ
ぼ同様の効果が得られた。

実施例５ この実施例は第６図（Ｄ）に示しである一方の電極（３
）側に薄膜のフローティング電極（６）、他の電極（３
”）側はクラスタのフローティング電極（６゛）とした
。その他は実施例１と同じである。

「効果」 本発明は以上に示す如く、一方または双方の電極の内側
に誘電体薄膜を設け、酸膜より１００倍以上の導電性を
持つフローティング電極を設け、このフローティング電
極に蓄積された電荷の種類に従ってより一層Ｅｃの明確
な液晶装置を得ることができた。

ＩｎｚＯｓ、５ｎＯｚ、　Ｉｎｚ０３−ＳｎＯｚの混合
物ＣｄＯ，ＺｎＯ，ＢＰ、　ＢＮ。

ＡｌＮ、ＧａＮ　ＴａＮ、ＩｎＮ、ＳｂＮあるいは窒化
スズのいずれかからなる薄膜よりなるフローティング電
極は第１図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所定のバターニングをして
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。

この液晶装置は単にディスプレイのみならずスピーカ、
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の適用可能な製品に適用
できる。

本発明においてフローティング電極の下に設けられる誘
電体膜に窒化珪素膜、酸化珪素膜を示した。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、ホウ珪酸ガラス等も用い得る。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、第４図、第５図は本発明により得られる液晶装
置の特性の一例を示す。 第６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第１の電極と該電極
   上の誘電体薄薄膜と、該膜上の薄膜状のフローティング
   電極と、該電極に対応して第２の基板の内側に設けられ
   た第２の電極とを有し、前記フローティング電極と、前
   記第２の電極との間には、液晶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、前記薄膜状のフロ
   ーティング電極がＩｎ＿２Ｏ＿３、ＳｎＯ＿２、Ｉｎ＿
   ２Ｏ＿３−ＳｎＯ＿２の混合物ＣｄＯ、ＺｎＯ、ＢＰ、
   ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮＴａＮ、ＩｎＮ、ＳｂＮあるいは
   窒化スズのいずれかからなることを特徴とする液晶装置
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記薄膜状のフロ
   ーティング電極は、前記誘電体薄膜に比べて、約１００
   倍以上の導電性を有することを特徴とする液晶装置。