JP2620066B2

JP2620066B2 - Liquid crystal device

Info

Publication number: JP2620066B2
Application number: JP61017430A
Authority: JP
Inventors: 利光小沼; 舜平山崎; 喬犬島; 敏次浜谷; 光範坂間; 利治山口; 一平小林; 晃間瀬
Original assignee: 株式会社半導体エネルギー研究所
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JPS62175710A

Description

【発明の詳細な説明】『発明の利用分野』この発明は液晶装置に関し、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。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal device, and more particularly, to a liquid crystal device capable of further improving a contrast ratio and thinning a display portion of a microcomputer, a word processor or a television, and a disk memory. The present invention relates to a liquid crystal device applied to a memory device such as a speaker and an audio device such as a speaker.

『従来技術』従来、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。[Prior Art] Conventionally, when a liquid crystal device is manufactured, a method of providing a pair of electrodes inside a pair of substrates of the liquid crystal and providing a symmetric alignment film on the electrodes is known.

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、前述の液晶材料が十分大
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Ec＋とEc
−は必ずしも絶対値において同じではないが、液相に接
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。However, in such a simple matrix structure or an active element structure in which a non-linear element is connected in series to each pixel, the most important factor is that the liquid crystal material described above has a sufficiently large Ec (critical electric field or threshold electric field). is important. This Ec is a phenomenon in which the liquid crystal maintains an initial state (for example, non-transmission) when the electric field is lower than a predetermined electric field, and reverses very steeply when the electric field is higher than the predetermined electric field, and exhibits another state (for example, transmission). This refers to the phenomenon of non-transmission. That is, Ec includes Ec + (a critical electric field observed when a positive electric field is applied) and conversely, Ec− (an electric field existing when a negative electric field is applied). This Ec + and Ec
Although-is not necessarily the same in absolute value, it can be substantially matched by the process conditions of the alignment treatment in contact with the liquid phase.

しかしかかるEc＋とEc−は、特にカイラルスメクチッ
クＣ相を発現する液晶においてはその存在が不明確であ
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。However, the existence of such Ec + and Ec− is unclear particularly in a liquid crystal exhibiting a chiral smectic C phase, and greatly depends on the value of the electric field strength and the pulse width of the pulse electric field applied to the liquid crystal. . Therefore, a driving method known as the “AC bias method” must be used in matrix display. When rewriting in the positive direction, a negative pulse is applied once, and then the positive pulse is applied to a predetermined electric field intensity. And time are precisely controlled and added. Conversely, when rewriting in the negative direction, a positive pulse must be applied once, and then a negative pulse must be applied under precise control of a predetermined electric field intensity and time.

『発明が解決しようとする問題点』上述のようにEcの存在が不明確であるためその動作時
に周辺回路にてそれを補う必要が生じ周辺回路がきわめ
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、液晶材料部分それ自身が十分明確な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。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, since the existence of Ec is unclear, it is necessary to make up for it by a peripheral circuit at the time of its operation, and the peripheral circuit becomes extremely complicated. Then, a simpler peripheral circuit is required. For that purpose, it is important that the liquid crystal material portion itself has sufficiently clear Ec. When trying to make this sufficiently clear Ec, the actual situation was that the conventional FLC had to be satisfied with insufficient Ec under the restrictions such as lowering the frequency characteristics.

本発明は、液相それ自体にEcを有することを求めるの
ではなく、この液晶と配向膜（配向処理）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。The present invention does not require that the liquid phase itself has Ec, but considers the liquid crystal and the alignment film (alignment treatment) as an integrated product, and obtains substantially effective Ec as a whole. It is.

『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
双方の配向処理層又は配向膜の下層として強誘電体（以
下FEともいう）を設けたものである。そしてこのスメク
チック液晶の強誘電体のEcを実質的にFEにより決定する
べく試みたものである。[Means for Solving the Problem] In order to solve such a problem, the present invention provides a ferroelectric material as a lower layer of one or both of the alignment treatment layers or the alignment film which is closely or substantially in close contact with the liquid crystal material as a factor for determining Ec. (Hereinafter also referred to as FE). Then, an attempt was made to determine Ec of the ferroelectric substance of the smectic liquid crystal substantially by FE.

即ち、本発明においてはこのFEを配向処理層又は配向
膜の下層として用い、この配向膜部が自発分極を有し、
かつ5000Å以下例えば200〜300Åとする。そしてこの配
向膜は透光性であるが、光学的異方性を有さないものよ
り選ばれる。That is, in the present invention, this FE is used as an alignment treatment layer or a lower layer of an alignment film, and the alignment film portion has spontaneous polarization,
And 5000 mm or less, for example, 200 to 300 mm. And this alignment film is selected from those which are translucent but do not have optical anisotropy.

その縦断面図を第１図に示す。ここでは液晶材料の一
例として、強誘電性の液晶材料を使用して説明する。FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view thereof. Here, a ferroelectric liquid crystal material will be described as an example of the liquid crystal material.

第１図において強誘電性液晶（FLC）（１），配向膜
（配向処理）（２），（２′）,FE膜（３），
（３′），一対を構成する透光性電極（４），
（４′），さらに透光性基板（５），（５′）を有す
る。In FIG. 1, ferroelectric liquid crystal (FLC) (1), alignment film (alignment treatment) (2), (2 '), FE film (3),
(3 '), a pair of translucent electrodes (4),
(4 '), and a light-transmitting substrate (5), (5').

この第１図の電気的等価回路を用い本発明を以下に記
す。The present invention will be described below using the electric equivalent circuit of FIG.

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。又配向
膜部（６）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
第２図を有する。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、 V₀＝V₁＋V₂ でｔ＝０において分圧される。The FLC (1) at this time has G ₂ (conductance) and C ₂ (capacitance) as an electrical equivalent circuit. G ₁ (conductance) and C ₁ are equivalent circuits of the alignment film (6).
(Capacitance). Then, the electrical equivalent circuit has FIG. When a voltage V ₀ is applied between these terminals, the voltage V ₁ applied to C ₁ and G ₁ and the voltage applied to the charges Q ₁ , C ₂ and G ₂ are
Assuming that V ₂ and charge Q ₂ , V ₀ = V ₁ + V ₂ At t = 0.

この時、FEの厚さは200〜300Åであり、FLCの厚さは
２〜３μｍであるため、C₁はC₂より十分大である。その
結果、初期において V₂≒V₀ 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。At this time, since the thickness of the FE is 200 to 300 ° and the thickness of the FLC is 2 to 3 μm, C ₁ is sufficiently larger than C ₂ . As a result, V ₂ ≒ V _{0 in} the initial state, and almost all of the applied voltage is applied to the FLC in the initial state.

さらにFEとFLCとの界面においてｔ秒後に蓄積される
Ｑは次式で与えられる。Further, Q accumulated at the interface between FE and FLC after t seconds is given by the following equation.

この一般式において前記したC₁＞C₂である条件及びFE
は十分絶縁性であることよりG₁≒０の条件を加えると、で与えられる。するとその結果、V₁,V₂は上式を変形してで与えられる。 In this general formula, the condition that C ₁ > C ₂ and the FE
Is sufficiently insulative, and if we add the condition of G ₁ ≒ 0, Given by As a result, V ₁ and V ₂ Transform the above formula Given by

さらにこのV₁に対しｔが十分大きくなると、 V₁＝V₀ となる。Furthermore, when to this V ₁ t is sufficiently large, and V ₁ = V _0.

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FEに
印加されることになる。言い換えるならば、最初液晶を
動の状態にする。その後FEにこの電圧が印加され、この
FEが所定の反転または非反転を行う。するとこのFEの反
転または非反転に従って次にEcが十分小さい液晶の反転
または非反転が決められる。That is, most of the voltage applied between the electrodes is applied to the liquid crystal in the initial stage of the application, and thereafter most of the voltage is applied to the FE. In other words, the liquid crystal is first brought into a moving state. This voltage is then applied to FE,
The FE performs a predetermined inversion or non-inversion. Then, according to the inversion or non-inversion of the FE, the inversion or non-inversion of the liquid crystal having a sufficiently small Ec is determined next.

即ちFEのPs（自発分極）に従属して液晶の動作状態を
変えさせることができる。That is, the operation state of the liquid crystal can be changed depending on Ps (spontaneous polarization) of FE.

その結果、液晶に十分明確なEcがなくても、FE自体が
有するEcを可変制御することにより、このFEのEC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
明確なEcを有するようにさせることができる。As a result, even if the liquid crystal does not have a sufficiently clear Ec, by variably controlling the Ec of the FE itself, the liquid crystal is subordinated according to the EC of this FE, so that the liquid crystal apparently has a large and clear Ec. Can be made.

以上の結果より、本発明は、この強誘電体の分極に従
って液晶材料の反転、非反転を決定することをその思想
としている。From the above results, the present invention is based on the idea that the inversion or non-inversion of the liquid crystal material is determined according to the polarization of the ferroelectric.

以下に本発明の実施例を示す。 Hereinafter, examples of the present invention will be described.

実施例１第１図は本発明の一実施例の構成の縦断面図である。Embodiment 1 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the configuration of an embodiment of the present invention.

図面において、ガラス基板（５），（５′）上に透明
導電膜（４），（４′）、例えばITO（酸化インジュー
ム・スズ）を設け、この導電膜上面に強誘電体膜
（３），（３′）、該膜上に配向膜（２），（２′）を
設けた。In the drawing, transparent conductive films (4) and (4 '), for example, ITO (indium tin oxide) are provided on glass substrates (5) and (5'), and a ferroelectric film (3) is formed on the conductive film. ), (3 '), and alignment films (2), (2') were provided on the film.

即ちFEとしてビニリデンフロライト（CH₂CF₂）_ｎ（VD
Fという）にトリフロロエチレン（TrFE）を重合し、コ
ポリマとして用いた。これをスピン法にて電極上に添加
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。スピンコートすると、この薄め方
とスピナの回転スピードに従ってFEの厚さを制御でき
る。この後この溶液を加熱気化除去をした。本発明にお
いては、さらにこのFE上に対しポリイミド配向膜を形成
した後ラビング処理を施し配向させ、配向膜部（６）と
した。他の電極上には同様のポリイミド配向膜を形成さ
せた。この側の表面に対しては、ラビング処理を施すこ
とを省略し非対称配向膜とした。That is, vinylidene flolite (CH ₂ CF ₂ ) _n (VD
F) was polymerized with trifluoroethylene (TrFE) and used as a copolymer. In order to form an added thin film on the electrode by a spin method, 10% by weight of this was dissolved in a methyl ethyl ketone solution. By spin coating, the thickness of the FE can be controlled according to the thinning method and the spinning speed of the spinner. Thereafter, the solution was removed by heating. In the present invention, a polyimide alignment film is further formed on the FE, and then a rubbing treatment is performed to align the FE, thereby forming an alignment film portion (6). A similar polyimide alignment film was formed on the other electrodes. The rubbing treatment was omitted on the surface on this side to form an asymmetric alignment film.

次に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、例えばエステル系とビフェニル系のFLC
1:1のブレンド品を用いた。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。本実施例においてFE上の配向膜または配向
処理層としてポリイミドを用いたが他の物質（例えばナ
イロン、PVA等）でもよく、また他の形成方法（例えば
スパッタリング、DIP法等）でも可能である。Next, peripheral portions of the pair of substrates on which the alignment films were formed were sealed with each other (not shown), and filled with FLC by a known method. This FLC is, for example, an ester type and a biphenyl type FLC.
A 1: 1 blend was used. Also, for example, JP-A-56-107216,
The liquid crystal disclosed in JP-A-59-98051, JP-A-59-118744 may be used. In this embodiment, polyimide is used as the alignment film or the alignment treatment layer on the FE, but other materials (for example, nylon, PVA, etc.) may be used, and other formation methods (for example, sputtering, DIP method, etc.) are also possible.

FE膜を実質的に覆い保護刷るものであればよい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。Any electrode may be used as long as it substantially covers the FE film and performs protective printing. The electrode of such a cell is 1 mm × 1 mm, is formed into a matrix, and a voltage of ± 10 V is applied to each. Then, even when this electric field is applied, the pixel can substantially have extremely clean Ec which cannot be seen in the conventional method using only the silane coupling material.

第３図は縦軸に透過率、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。）本発明におい
ては曲線（10），（10′）を得ることができ、きわめて
きれいなEc＋,Ec−を得ることができた。FIG. 3 shows the transmittance on the vertical axis and the applied voltage on the horizontal axis. In this drawing, curves (9) and (9 ') shown as conventional examples are obtained by an asymmetric alignment treatment method using only a silane coupling material. (The Ec has a disadvantage that it is extremely small and easily fluctuates.) In the present invention, curves (10) and (10 ') can be obtained, and extremely clear Ec + and Ec- can be obtained.

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
トークのない表示をさせることが可能となり得る。Because of having such Ec, it may be possible to perform display without any crosstalk even on a large-area display having, for example, 720 × 480 pixels.

またFE膜は化学的に不安定で溶媒や液晶自身により分
解または溶解する可能性があるが本発明のように配向膜
または配向処理層をFE膜の上に設けることにより、FE膜
を保護できるという特徴がある。Although the FE film is chemically unstable and may be decomposed or dissolved by the solvent or the liquid crystal itself, the FE film can be protected by providing the alignment film or the alignment treatment layer on the FE film as in the present invention. There is a feature.

『効果』本発明は以上に示す如く、強誘電体を配向膜の一部と
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。[Effects] As described above, the present invention uses a ferroelectric as a part of an alignment film and arranges it on one or both of them. Therefore, a liquid crystal device with a clearer Ec could be obtained.

またFE膜上の配向膜または配向処理層は液晶を配向さ
せるだけでなく、化学的に不安定なFE膜を実質的に覆っ
て保護膜として機能している。また、この強誘電体は第
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。Further, the alignment film or the alignment treatment layer on the FE film not only aligns the liquid crystal but also substantially covers the chemically unstable FE film and functions as a protective film. The ferroelectric may be selectively formed only on the electrodes and the like in FIG. 1 or may be formed on the entire surface including the electrodes.

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。This liquid crystal device can be applied not only to a display but also to a speaker, a printer, or a disk memory, and can be applied to a product to which the optical anisotropy of a smectic liquid crystal can be applied.

[Brief description of the drawings]

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。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the liquid crystal device of the present invention. FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the present invention. FIG. 3 shows an example of the characteristics of the present invention and the conventional example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者間瀬晃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合議体審判長片寄武彦審判官綿貫章審判官吉野公夫 (56)参考文献特開昭54−155719（ＪＰ，Ａ) 特公昭53−27938（ＪＰ，Ｂ２) ──────────────────────────────────────────────────続き Continuing on the front page (72) Inventor Mitsunori Sakuma 7-21-21 Kitakarasuyama, Setagaya-ku, Tokyo Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Toshiharu Yamaguchi 7-21-21 Kitakarayama, Setagaya-ku, Tokyo No. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Ippei Kobayashi 7-21-21 Kitakarayama, Setagaya-ku, Tokyo Inside (72) Inventor Akira Mase 7-21-21 Kitakarayama, Setagaya-ku, Tokyo No. Judge of the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Referee Takehiko Katayose Referee Akira Watanuki Referee Kimio Yoshino (56) References JP-A-54-155719 (JP, A) JP-A-53-27938 (JP, B2)

Claims

(57) [Claims]

1. A liquid crystal device in which a smectic liquid crystal material is filled between a pair of substrates having electrodes inside, wherein a ferroelectric thin film made of an organic copolymer is provided on at least the electrodes of the pair of substrates; A liquid crystal device, comprising: an alignment treatment layer or an alignment film covering the ferroelectric thin film.

2. A liquid crystal device in which a smectic liquid crystal material is filled between a pair of substrates having electrodes inside, wherein a ferroelectric thin film is formed on at least the electrodes of the pair of substrates, and the ferroelectric thin film is covered with the ferroelectric thin film. An alignment treatment layer or an alignment film for protecting the ferroelectric thin film from decomposition or dissolution.

3. The liquid crystal device according to claim 2, wherein the ferroelectric is made of an organic copolymer.