JP2505751B2 - 光学変調素子 - Google Patents

光学変調素子

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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343Electrodes
    • G02F1/13439Electrodes characterised by their electrical, optical, physical properties; materials therefor; method of making

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表示パネルのための光学変調素子に関し、
詳しくは双安定性を有する液晶物質、特に強誘電性液晶
を用いた表示パネル、とくに階調表示に適したカラー液
晶光学素子に関する。
〔従来の技術〕
従来のアクテイブマトリクス駆動方式を用いた液晶テ
レビジヨンパネルでは、薄膜トランジスタ(TFT)を画
素毎のマトリクス配置し、TFTにゲートオンパルスを印
加してソースとドレイン間を導通状態とし、このとき映
像画像信号がソースから印加され、キヤパシタに蓄積さ
れ、この蓄積された画像信号に対応して液晶(例えばツ
イステツド・ネマチツク;TN−液晶)が駆動し、同時に
映像信号の電圧を変調することによって階調表示が行な
われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、この様なTN液晶を用いたアクテイブマトリク
ス駆動方式のテレビジヨンパネルでは、使用するTFTが
複雑な構造を有しているため、構造工程数が多く、高い
製造コストがネツクとなっているうえに、TFTを構成し
ている薄膜半導体(例えば、ポリシリコン,アモルフア
スシリコン)を広い面積に亘って被膜形成することが難
しいなどの問題点がある。
一方、低い製造コストで製造できるものとしてTN液晶
を用いたパツシブマトリクス駆動方式の表示パネルが知
られているが、この表示パネルでは走査線(N)が増大
するに従って、1画面(1フレーム)を走査する間に1
つの選択点に有効な電界が印加されている時間(デユー
テイー比)が1/Nの割合で減少し、このためクロストー
クが発生し、しかも高コントラストの画像とならないな
どの欠点を有している上、デユーテイー比が低くなると
各画素の階調を電圧変調により制御することが難しくな
るなど、高密度配線数の表示パネル、特に液晶テレビジ
ヨンパネルには適していない。
〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕 本発明の目的は、前述の欠点を解消するものとして強
誘電液晶を用いたカラー階調表示デイスプレイを提供す
ることにある。
すなわち本発明は、互いに間隔をおいて平行に並んで
いるストライプ状の複数の電送電極ラインと、該複数の
電送電極ラインの間に配され隣接する電送電極ラインに
電気的に接続された該電送電極ラインより高抵抗の表示
用導電膜と、を有する第1の基板と、該電送電極ライン
と直交する複数のストライプ状の対向電極を有する第2
の基板と、該第1及び第2の基板間に配された光学変調
物質と、を具備し、前記第1の基板は、各電送電極ライ
ンに跨がり且つ該電送電極ラインに沿って設けられたカ
ラーフィルターを有している光学変調素子に特徴を有し
ている。そして、これにより、光学状態が反転する中心
(画素の中心)となる電送電極ラインとカラーフィルタ
との位置合わせが容易になり、大面積、高密度の素子が
簡易に低コストで作製できる点に特徴を有している。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に従って説明する。本発明で用い
うる光学変調物質としては、加えられる電界に応じて第
1の光学的安定状態(例えば明状態を形成するものとす
る)と第2の光学的安定状態(例えば暗状態を形成する
ものとする)を有する、すなわち電界に対する少なくと
も2つの安定状態を有する物質、特にこのような性質を
有する液晶が最適である。
本発明の光学変調素子で用いることができる双安定性
を有する液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメ
クチツク液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメク
チツクC相(SmC*)、H相(SmH*)、I相(SmI
*)、F相(SmF*)やG相(SmG*)の液晶が適してい
る。この強誘電性液晶については、“ル・ジユルナール
・ド・フイジイク・レツトル”(“LE JOURNAL DEPHYSI
QUE LETTRE")第36巻(L−69)1975年の「フエロエレ
クトリツク・リキツド・クリスタルス」(「Ferroelect
ric Liquid Crystals」);“アプライド・フイジイツ
クス・レターズ”(“Applied Physics Leeters")第36
巻、第11号、1980年の「サブミクロ・セカンド・バイス
テイブル・エレクトロオプテイツク・スイツチング・イ
ン・リキツド・クリスタルス」(「Submicro Second Bi
stable Electrooptic Switching in Liquid Crystel
s」);“固体物理16(141)1981「液晶」等に記載され
ており、本発明ではこれらに開示された強誘電性液晶を
用いることができる。
より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶
化合物の例としては、デシロキシベンジリデン−P′−
アミノ−2−メチルブチルシンナメート(DOBAMBC)、
ヘキシルオキシベンジリデン−P′−アミノ−2−クロ
ロプロピルシンナメート(HOBACPC)および4−o−
(2−メチル)−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチ
ルアニリン(MBRA8)等が挙げられる。
これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化
合物が、SmC*、SmH*、SmI*、SmF*、SmG*となるよ
うな温度状態に保持する為、必要に応じて素子をヒータ
ーが埋め込まれた銅ブロツク等により支持することがで
きる。
第1図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたも
のである。11と11′は、In2O3,SnO2やITO(インジウム
−テイン−オキサイド)等の透明電極がコートされた基
板(ガラス板)であり、その間に液晶分子層12がガラス
面に垂直になるよう配向したSmC*相の液晶が封入され
ている。太線で示した線13が液晶分子を表わしており、
この液晶分子13は、その分子に直交した方向に双極子モ
ーメント(P⊥)14を有している。基板11と11′上の電
極間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子13
のらせん構造がほどけ、双極子モーメント(P⊥)14は
すべて電界方向に向くよう、液晶分子13の配向方向を変
えることができる。液晶分子13は細長い形状を有してお
り、その長軸方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従
って例えばガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置
関係に配置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって
光学特性が変わる液晶光学変調素子となることは、容易
に理解される。さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした
場合(例えば1μ)には、第2図に示すように電界を印
加していない状態でも液晶分子のらせん構造はほどけ
(非らせん構造)、その双極子モーメントP又はP′は
上向き(24)又は下向き(24′)のどちらかの配向状態
をとる。このようなセルに第2図に示す如く一定の閾値
以上の極性の異る電界EはE′を付与すると、双極子モ
ーメント電界E又はE′の電界ベクトルに対応して上向
き24又は下向き24′と向きを変え、それに応じて液晶分
子は第1の安定状態23(明状態)か或いは第2の安定状
態23′(暗状態)の何れか一方に配向する。
この様な強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点を2つあげる。第1に応答速度が極めて速いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定性を有することであ
る。第2の点を例えば第2図によって説明すると、電界
Eを印加すると液晶分子は第1の安定状態23に配向する
が、この状態は電界を切ってもこの第1の安定状態23が
維持され、又、逆向きの電界E′を印加すると、液晶分
子は第2の安定状態23′に配向してその分子の向きを変
えるが、やはり電界を切ってもこの状態に保ち、それぞ
れの安定状態でメモリー機能を有している。このような
応答速度の速さと、双安定性が有効に実現されるには、
セルとしては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には
0.5μ〜20μ、特に1μ〜5μが適している。この種の
強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶
−電気光学装置は、例えばクラークとラガバルにより、
米国特許第4,367,924号明細書で提案されている。
次に、本発明で用いる液晶光学素子の詳細を第3図を
参照して説明する。
第3図中31は、一方の基板である。32は、表示導電膜
であり、31の基板上に積層されている。33は、低抵抗金
属からなる電送電極であり、表示用導電膜32上に等間隔
に平行に並んで積層されている。さらに、その上層に赤
(R)、緑(G)、青(B)のカラーフイルターが電送
電極を中心に電送電極のピツチの1/2の幅を左右に有す
るように形成されている。このカラーフルターの形成法
としては染色法、電解法、有機色素蒸着法や印刷法など
が使用できる。
又基板31に対して図示されていない他方の基板が対向
しており該他方の基板上には図中画素Aの領域に対応す
る領域にはストライプ状透明電極あるいは基板31上と同
じ様に表示導電膜と電送電極が積層されている。前記の
2枚の基板の間には、前述の光学的変調物質がサンドイ
ツチされている。
さらに、本発明の好ましい具体例を挙げて説明する。
第3図において、ガラス基板31上にIn2O3にZnO2を10%
加えたものをEB(エレクトロン・ビーム)蒸着法によっ
て1000Å蒸着した後、前記基板を酸素雰囲気中で350℃
で60分加熱する事により表示用導電膜とした。この時の
シート抵抗は、100KΩ/□であった。次いで、1000Å厚
でAlを前述の表示用導電膜上にマスクをかけて真空蒸着
する。あるいは表示用導電膜上に真空蒸着し、パターニ
ングする事によって簡単に前記複数の電送電極33を得る
ことが出きる。ここでたとえば、前記電送電極の間隔を
230μm、該電極巾を20μmとする事が出来る。
第4図に前記の基板の断面図を記す。電送電極ライン
33間の距離をaとすると電送電極ライン33から左右にa/
2づつに赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフイル
ター35を有機顔料の真空蒸着及び前記顔料のリフトオフ
という方法を用いて形成した。
一方対向基板には、領域A(画素A)をカバーするよ
うなITO層を対向電極34として設けた。
このようにして作製された2つの基板のそれぞれの表
面にポリビニルアルコール層を形成し、ラビング処理を
施した。次に2つの基板を対向させ、間隙が約1μmと
なるよう調節し、強誘電液晶であるDOBAMBCをiso tropi
c相になるまで加熱して上記セルに封入した。セル温度
を徐々に冷却し、モノドメイン液晶素子を作製した。
又、本発明では前述の例で使用したアルミニウム(A
l)の電送電極33の他に銀、銅、金、クロムなどの金属
を電送電極33として使用することができ、好ましくはそ
のシート抵抗を102Ω/□以下とすることができる。
又、電位勾配が付与される導電膜32としては10KΩ/□
〜1MΩ/□のシート抵抗をもつ透明導電膜を用いること
ができる。かかるシート抵抗は、透明導電膜の膜厚を調
節することによって適当な値に設計することができる。
〔発明の効果〕
本発明により、大面積、高密度のフルカラー液晶表示
装置が簡易に低コストで作成し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明で用いる強誘電性液晶素子
を模式的に示す斜視図である。第3図は本発明で用いる
一方の基板を表わす斜視図である。第4図は基板上に導
電膜及び電送電極を形成した後カラーフイルターを一色
だけ形成した時の断面図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに間隔をおいて平行に並んでいるスト
    ライプ状の複数の電送電極ラインと、該複数の電送電極
    ラインの間に配され隣接する電送電極ラインに電気的に
    接続された該電送電極ラインより高抵抗の表示用導電膜
    と、を有する第1の基板と、 該電送電極ラインと直交する複数のストライプ状の対向
    電極を有する第2の基板と、 該第1及び第2の基板間に配された光学変調物質と、 を具備し、 前記第1の基板は、各電送電極ラインに跨がり且つ該電
    送電極ラインに沿って設けられたカラーフィルターを有
    していることを特徴とする光学変調素子。
  2. 【請求項2】前記光学変調物質がカイラルスメクチック
    液晶である特許請求の範囲第1項記載の光学変調素子。
  3. 【請求項3】前記カラーフィルタは青色、緑色及び赤色
    のストライプ状のフィルタである特許請求の範囲第1項
    記載の光学変調素子。
  4. 【請求項4】前記光学変調物質が強誘電性液晶である特
    許請求の範囲第1項記載の光学変調素子。
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