JPS62227125A - 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】 ｒ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ＰＬＣ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Ｂ（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。

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、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Ｊ かくの如き電界の向きでスイッチングを行う液晶を用い
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、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をを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。

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、この液晶に接して誘
電体で（るまれた半導体を主成分とするクラスタ亥たは
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
るが透明電極上に前記誘電体を積層する場合電極材料が
反応または混入してしまい良好な特性が得られない時が
ある。

ｒ問題を解決するための手段」 かかる問題を解（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半導体
薄膜と該膜上に誘電体で囲まれた光、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半導体を主
成分とするクラスタまたは膜を設ける。そしてこの半導
体を主成分とする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（して例えば電荷捕獲中心がＩＮ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の負の側が引き寄せら
れる（第１の状態）。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の負の側が電
界の印加を中止しても反発しつづけ（第２の状態）、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、電荷を注入する側に半導体薄
膜を設けているため、正負の電荷がかたよりなく注入さ
れ、さらに半導体を主成分とするクラスタまたは膜が、
正の電荷と負の電荷の双方を注入、捕獲し得る特性を利
用している。またこの電極上に形成された半導体膜は電
極材料が誘電体層に混入または反応し特性が劣化するこ
とを防止する機能を有する。このクラスタまたは膜がも
し金属である場合は、負の電荷のみの捕獲しか一般的に
行わないため、半導体、特に単体で半導体であるシリコ
ンまたはゲルマニュームを主成分とした材料であって、
透光性を妨げない好ましくはかかる半導体が存在しない
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、半導体の平均膜厚が
１０００人またはそれ以下を一般には用いる。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でくるまれており、加えて所定の
Ｅｃを有せしめるため、好ましくはこの半導体のクラス
タまたは膜の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。

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。

また光の検出方式も反射型または透過型を用い得る。例
えば、ここでは強誘電性液晶（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）には半導体薄膜（９）と第１の誘電体薄膜（１
）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。

またフローティング電極（６）を覆って第２の誘電体膜
（２）が形成される。このフローティング電極（６）と
他の電極（３″）との間には他の誘電体膜（２）および
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（膜）の一方（７）はフロー
ティング電極（６）のない側（電極（３”）の側）にお
ける液晶（５）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。

その結果、液晶自体に十分なＨｅ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
電体膜でくるまれた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第１の誘電体と、下側
の第２の誘電体および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。

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
ューム・スズ）により形成した。更にこの一方の上面に
半導体薄膜（９）例えば非単結晶珪素半導体と第１の誘
電体薄膜、例えば窒化珪素（２）を形成する。前期半導
体薄膜としての非単結晶珪素半導体はプラズマＣｖＤ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２０日出
願、特願昭５９−０７９６２３）を用いた。

そして基板および電極上を覆って２５０℃に加熱し、シ
ラン（ＳｉｎＨｚｎ−ｚ　ｎ≧１）を反応室へ導入し０
．１　ｔ。

ｒｒの反応圧力にした後１３．５６Ｍ）Ｉｚの高周波を
約５０ｍＷ／ａｍ”の出力で加えた。

そしてこれらを電極上に２０〜１００人の厚さの被膜と
して形成した。さらに該半導体薄膜上に光ＣＶＤ法にて
基板温度３５０℃シラン（ＳｔｎＨｚｎ＋ｚｎ≧１）と
アンモニア（ＮＨ３）または窒素（Ｎ２）とをＮＨ３／
５ｉＨａ≧５０の混合比で混合し１０　Ｔｏｒｒの反応
圧力にした後ＵＶ光を照射し１０〜１００人の厚さに窒
化珪素膜を形成した。さらにこの上面に半導体を主成分
とするクラスタまたは薄膜を作成した。即ち、窒化珪素
膜を形成した後、これら反応容器を１０−’ｔｏｒｒ以
下に十分に真空引きした。さらにこの後前記した特許側
の実施例３を用いてシリコン半導体のクラスタまたは膜
を形成した。即ちシランを２００ｃｃ／分の流量導入し
、１３．５６ＭＨｚの高周波電界を加えた。

温度は３５０℃と同一温度とした。

かかる時、シリコン半導体膜の平均膜厚が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１００〜１０
００人において薄膜上に形成させた。

もちろん１０００Å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人とした。

また反応容器の圧力により平均厚さが７０〜２００人で
はクラスタと薄膜とが混合する状態もある。

さらにこの後、これら全体を真空引きをし、この後、第
１の誘電体と同様に、第２の誘電体膜を形成した。かく
して窒化珪素膜を１００〜１０００人、例えば２００人
の平均膜厚に形成させた。

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、および
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膜（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、例えばエステル系のＦＬＣとビ
フェニル系のＦＬＣとを５５　：４５の比率で混合した
物を用いた。

かかるセルの電極は１ｍｍ　Ｘ　１ｍｍとなり、マトリ
ックス構成させ、それぞれに±１２Ｖの電圧を加えた。

すると従来のＦＬＣを用いた液晶装置では電極を手でさ
れっただけで液晶が応答していたが本発明によると従来
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（ｂ）は第３図（ａ）で示される測定系を用いた
結果を示す。縦軸は規格化したフォトマル感度、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”）は電極とフロ
ーティング電極の間に半導体薄膜を有しないものである
。この比較例においても明確なＥｃ＋、Ｅｃ−が得られ
ているがその値がＯｖの電圧に対して左右対称ではなく
若干かたよっている。また第１図に示す如き本発明の実
施例においては、曲線（１９）、　（１９’）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
てきれいな左右対称のＥＣ＋　、　Ｅｃ−を得ることが
できた。即ち、電極上に半導体薄膜を形成としたためフ
ローティング電極への電荷の注入が正負の区別なくスム
ーズに行えるようになったためである。

また、電極上の半導体膜が不純物をブロックするため長
期間にわたって電荷の注入を繰り返しても特性変化は初
期の値の５％程度しか変化しなかった。そしてかかるＥ
ｃ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。

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
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シリコン
半導体薄膜（９）、フローティング電極（６）を薄膜と
して形成した。即ち、平均厚さが１００人のシリコン半
導体層と５０人の薄い窒化珪素膜（１）、シリコン薄膜
（平均厚さ１００〜１０００人）　（６）　、　２００
人の窒化珪素膜（２）よりなる、他方の電極（３゛）上
は窒化珪素膜（５”）と有機配向膜（７）とを有する。

かかる構造において、フローティング電極用薄膜（６）
を形成した後、所定のパターニングを行うことが重要で
ある。

゛　　　　　　　−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。

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、
一対の基板（４）、（４’）およびその内側の一対の電
極（３）　、　（３”）を有する。シリコン半導体クラ
スタは双方の電極（３）　、　（３’　）上の半導体層
（９）　（９゛）上に（６）　、　（６”）として有し
、それらは平均膜厚を５０人とした。窒化珪素膜（２）
　、　（２’）は厚り５００〜２０００人とし、電荷は
電極（３）、　　（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 この実施例は第４図（Ｃ）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。

ｒ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
に薄膜上の半導体層と該層上の誘電体で囲まれたフロー
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の明確でかつＥｃ
＋　、　Ｅｃ−の値が絶対値として等しい液晶装置を得
ることができた。

また電極上の半導体膜が電極よりの不純物をブロックす
る機能を有するためフローティング電極へ電荷の注入を
長期間行っても特性の劣化が少なく初期値の５％程度で
あった。半導体の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パ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。

また半導体のクラスタまたは膜としてＳｉを主として示
した。しかしＳ　１ｘＧｅ　、　−ｘ　（０≦Ｘ≦１）
で示されるいずれを用いてもよく、またこの中にリン、
ホウ素を添加しても、また水素またはハロゲン元素が添
加されていてもよい。

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をくるむ第１および
第２の誘電体膜に窒化珪素膜を示した。

しかしその一方または双方を酸化珪素膜、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図は本発明と比較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。 （１）　（２）　　・・・誘電体薄膜 （３）（３’）・・・電極 （４）（４’）・・・基板 （６）　　　・・・フローティング電極（９）　　　・
・・半導体薄膜 （１２）　（１４）　　・・偏向板 （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
   または双方上には半導体薄膜と該膜上に誘電体膜でくる
   まれた半導体のクラスタまたは膜よりなるフローティン
   グ電極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、誘電体でくるまれ
   た半導体のクラスタまたは膜は第１の誘電体膜、半導体
   のクラスタまたは膜、第２の誘電体膜の積層構造を有し
   、前記第１および第２の誘電体の一方は他方に比べてコ
   ンダクタンスが大きい構成を有した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、半導体薄膜および
   半導体のフローティング電極は可視光の透過を３０％以
   上減衰させない平均厚さを有するシリコンまたはゲルマ
   ニュームを主成分として設けられたことを特徴とする液
   晶装置。