JPS62227119A - 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、液晶の代表例の１つであるスメクチック液
晶、特に強誘電性液晶（以下ＦＬＣという）を用いた液
晶装置に関し、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、スピーカ等の音
響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、前記したスメクチック液晶
が十分大きいＥｃ（Ｒ界雷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Ｆ、Ｃ＋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るがその制御はきわめ
てむつかしい。

しかしかかるＥｃ＋とＥｃ−は液晶それ自体においては
きわめてその存在が乏しく、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
「＾Ｃ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、−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。

ｒ発明が解決しようとする問題点」 かくの如き液晶、特に強誘電性液晶を用いんとした時、
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、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。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、液晶に直列のバイアス電圧も加えなければならない
。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。　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、この液晶と電極上の窒化物被膜とを一体物とみな
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。

ｒ問題を解決するための手段Ｊ 本発明は電界の有無で光のスイッチングを行う液晶では
なく、電界の方向で光のスイ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る。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、誘電体膜窒化物被膜の薄膜
またはクラスタを一対の基板の両方に設けたものである
。そしてこの強誘電性液晶のＥｃを実質的に誘電体膜に
より決定するべく試みたものである。

その縦断面図を第１図に示す。

第１図において強誘電性液晶（ＦＬＣ）　（１）　、誘
電体膜（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”）液晶分子を一軸
方向に配向させる配向膜（５）を有する。

この第１図の電気的等価回路を第２図に示す。

第２図（Ａ）は第１図の等価回路である。即ち端子（８
）　、　（９）間では窒化物被膜（２）または端子（６
）。

（７）間には窒化物被膜（２゛）が存在する。この窒化
物被膜（２）　、　（２′）は材料の種類・厚さを同一
にした。

すると誘電体（２）　、　（２’　）はそれぞれキャパ
シタ（Ｃ１）、コンダクタンス（Ｇ１）を有する。また
ふしく８）　、　（７）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（１／２Ｃ
り　、コンダクタンス（２ＧＺ）で表現する。さらにＣ
，、Ｃ，にかかる電圧をＶ＋、２Ｇｚ、１／２Ｃｚニか
かる電圧を２Ｖｚとし、全体には２ｖｏの電圧が印加さ
れる。すると０１には（１，が加わりＣ２にはＧ２の電
荷が誘起される。

またふしく８）には電荷口２Ｉが、またふしく７）には
し２が存在する。かかる場合第２図（Ｂ）に示すごとき
等価回路に変形できる。

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、（１０）と（１０’）とは同一電圧となる
。このためかかる第２図（Ｂ）の回路の上側は第２図（
Ｃ）に変形できる。このためＦＬＣ（１）の両端に存在
する電荷Ｑは Ｑ　　＝　　Ｑｚ＋　　−ＱＩ２ Ｑ２．＝−Ｑ、。

Ｑ　　＝２Ｑ２１ で表現できる。

このため以下においては第２図（Ｃ）で検討する。

この第２図（Ｃ）において、この両端子間にｖｏの電圧
を印加した時、Ｃ，、Ｇｌに加わる電圧ＶＩ＋電荷し＋
　Ｃ２＋ＧＺに加わる電圧をｖ２．電荷Ｑ２とすると、
Ｖ、＝Ｖ、＋Ｖ２ でｔ＝Ｑにおいて分圧される。

この時、窒化物被膜の厚さは１０００Å以下であり、Ｆ
ＬＣの厚さは２〜３μであるため、ＣＩはＣ２より十分
大である。その結果、初期において Ｖ２　＝　ｖ。

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ＦＣＣに印加される。

さらに窒化物被膜とＦＬＣとの界面においてｔ秒後に蓄
積されるＣ２１は次式で与えられる。

この一般式において前記したｃｔ＞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）は液晶が約
２μの厚さを有し、１つのピクセルを３００μ×３００
μである場合、１０９Ωのオーダを有する。

他方窒化物被膜は厚さ１０００人において１０１２Ω以
上のオーダを有し、液晶に比べて十分大きい抵抗となる
。このためここではＧ、＃０として上式を変で与えられ
る。するとその結果、Ｖ、、Ｖ２は上式を変形して で与えられる。

さらにこのＶｌに対しｔが十分大きくなると、Ｖ、＝Ｖ
。

に近づく。

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窒化
物被膜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。その後窒化物被膜にこの電
圧が印加され、この窒化物被膜に電荷が蓄えられる。こ
の電荷の種類及び量によりＥｃが十分率さいＦＬＣの反
転または非反転が決められる。

その結果、ＦＬＣに十分なＥｃがなくても、窒化物被膜
に蓄えられる電荷の種類及び量を可変制御することによ
り、ＦＬＣが従属的に従い、結果として見掛は上ＦＬＣ
が大きな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窒化物
被膜を存在せしめ、この窒化物被膜にたくわえられた電
荷の種類及び量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。

そして第１図の窒化物被膜（２）　、　（２’　）の種
類、厚さを可変することによりＣＩ＋ＧｌｔＣ２＋ＧＺ
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、１００〜４０００人の範囲が適当で
あった。

また、Ｅｃ−、Ｅｃ＋の値を絶対値として、同一とする
ために一対の基板上の窒化物被膜（２）　（２＝　’）
を同一材料を用い同一プロセスにして同じ膜厚に制御す
ることが好ましかった。

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・）、例えばＩＴＯ（酸化インジュー
ム・スズ）、さらにこの一方の上面に誘電体膜として窒
化珪素膜（２）を同様に他の電極（２′）の上面に窒化
珪素膜（２・）を設けた。

即ち、プラズマＣｖＤ法または光ＣＶＤ法によりシラン
（Ｓｉｎｆｌｚｎ＋２．ｎ≧１）とアンモニア（ＮＨ３
）または窒素とより窒化珪素膜を形成する。特に光ＣＶ
Ｄ法にて該誘電体膜を形成した場合下地のＩＴＯ膜にダ
メージを与えることなく誘電体膜を形成することができ
、良好な界面特性が得られ液晶装置に鋭い（急峻な）Ｅ
ｃを与えることができる。そしてこの窒化珪素の厚さは
５０〜４０００人程度で光の透過光量の減衰が少ない１
０００人程度が良好であった。平均厚さが２００Å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。本発明においては、さらにこの誘電体膜の一方（２
）に対し公知の配向膜（５）例えばナイロン、ＰＶＡ、
ポリイミド等の透光性の有機被膜を形成し公知のラビン
グ処理を施し、配向膜（配向処理層）とした。

次にこの一方に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Ｉ’ＬＣを用いた。例えばエ
ステル系とビフェニル系のＦＬＣを２：３の比率でブレ
ンドした物を使用した。

使用する液晶として好ましくは、５０℃〜Ｏ℃程度の温
度範囲にて強誘電性を呈するものがよい。

かかるセルの電極は１ｍｍ　Ｘ１ｍｍであり、マトリッ
クス構成させ、その電極間に±１５Ｖ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。

そして一度Ｅｃ十以上の正の電荷を加えると電圧を除去
しても直前の状態を保ちつづける。他方Ｅｃ−以上の負
の電圧を加えると電圧を除去しても同様に直前の状態を
持続し得ることがわかる。

第３図（ｂ）は同図（ａ）の測定系により測定した結果
をしめす。縦軸は規格化したフォトマルの感度、横軸に
印加電圧を示している。この図面において比較例として
示された曲線（２０）　、　（２０’）は片側のみに誘
電体膜を形成したセル構成を有するものである。本発明
においては、曲線（１９）　、　（１９’）を得ること
ができ、きわめてきれいな左右対称の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。

このためマトリックス表示が可能となる。

かかる明確な左右対称のＥｃを有するため、例えば７２
０　Ｘ４８０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。

「効果」 本発明は以上に示す如く、窒化物被膜を一対の電極の双
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、従来の窒化物被膜をまったく用いない、または
一方のみに用いる方法に比べてより一層Ｅｃが明確であ
りかつＥｃ＋＋ＥＣ−の絶対値が等しい液晶装置を得る
ことができた。

このようにＥｃ　＋　＋　Ｅｃ−の絶対値が等しければ
液晶装置を駆動する際に、巾広いマージンを得られるこ
とになる。

また、この窒化物被膜は第１図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
。

また、加えてこの誘電体膜は基板及び透明導電膜よりの
不純物物の混入を防止する働きを有する。

この誘電体膜としては安定な性質を有する窒化物被膜、
例えば窒化珪素、窒化アルミニューム、窒化ホウ素、窒
化マグネシューム、窒化スズ、窒化アンチモン、窒化イ
ンジュームまたはこれらの混合物よりなる窒化物被膜が
好ましい。

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】

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。 （１）　　　　・・・液晶 （２）　（２′）・・・窒化物被膜 （３）　（３°）・・・電極 （４）　（４”）・・・基板 （５）　　　　・・・配向処理（膜） （１２）　（１４）・・・偏光板 （１５）　　　・・・フォトマル （１３）　　　・・・サンプル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板の内側に液晶が充填された液晶装置にお
   いて前記一対の基板の内側面上に電極を有し、前記電極
   上に窒化物被膜が設けられ前記窒化物被膜または前記窒
   化物被膜と前記電極との界面付近に蓄積された電荷の種
   類及び量により、前記液晶が第１の状態または第２の状
   態を取ることを特徴とする液晶装置。 特許請求の範囲第１項において、前記窒化物被膜の少な
   くとも一方には液晶の分子長軸をそろえる為の配向処理
   層が設けられていることを特徴とする液晶装置。