JP2520599B2 - 光学変調素子 - Google Patents

光学変調素子

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    • 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
を用いた液晶表示素子に関する。
[開示の概要] 本明細書及び図面は、強誘電性液晶を用いた液晶表示
素子において、基板上の導電膜にストライプ状の溝を形
成し、この溝の中に電送電極を形成することにより、基
板面での配向欠陥を防止するようにしたものである。
[従来の技術] 従来のアクティブマトリクス駆動方式を用いた液晶テ
レビジョンパネルでは、薄膜トランジスタ(TFT)を画
素毎にマトリクス配置し、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、キャパシタに蓄積さ
れ、この蓄積された画像信号に対応して液晶(例えばツ
イステッド・ネマチック;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。
しかし、この様なTN液晶を用いたアクティブマトリク
ス駆動方式のテレビジョンパネルでは、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
製造コストがネッ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、アモルファ
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
を用いたパッシブマトリッ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(デュ
ーティー比)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、デューティー比が低くなる
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
ジョンパネルには適していない。
このような欠点を解決するものとして、導電膜を形成
した一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した表示パネル
において、1つの画素を構成する相対向する2つの導電
膜の少なくとも一方に面内で電位勾配を付与し、他方の
導電膜に階調に応じた波高値のパルス信号あるいは階調
に応じたパルス幅又はパルス数の信号を印加し、画素内
で反転閾値電圧を越えた領域と越えない領域を形成する
ことによって階調性を表現する駆動方式が、本願出願人
による特願昭60−266980号によって提案されている。ま
た、従来のディスプレイ用電極は、実開昭57−9977号公
報に記載されているように、透明電極の端部表面上に金
属導体が設けられ凸部が形成されていた。
[発明が解決しようとする問題点] 上記駆動方式において、導電膜の面内に電位勾配を付
与するためには、導電膜上に金属などの導電体で形成し
た電送電極を設ける必要ある。しかしながら、このよう
な電送電極を設けると基板面上に段差を生じ、強誘電性
液晶を用いた場合、液晶分子の配向欠陥の原因となる。
このため全画面に渡って適正な駆動特性が得られず、見
映えが低下するという欠点があった。
本発明は上記従来例における配向欠陥の発生を防止
し、見映えの優れた液晶表示素子を提供することを目的
とするものである。
[問題点を解決するための手段]及び[作用] 本発明は、第1の導電膜を設けた第1の基板と、前記
第1の導電膜に対向する第2の導電膜を設けた第2の基
板と、前記第1の基板と第2の基板との間に挟持された
強誘電性液晶とを有し、少なくとも一方の基板の導電膜
上にストライプ状の電送電極が形成された強誘電性液晶
素子であって、前記導電膜にストライプ状の溝を形成
し、この溝の中に電送電極を形成することを特徴とする
ものである。
このように、導電膜に形成したストライプ状の溝の中
に電送電極を埋設することにより、電送電極による段差
はなくなり基板面は平坦となる。したがって液晶分子の
配向欠陥が防止され、均一なモノドメイン配向を得るこ
とができる。
本発明の液晶表示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
クチック液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメク
チック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・ジュルナール・ド・フィ
ジイク・レットル”(“LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTR
E")第36巻(L−69)1975年の「フェロエレクトリック
・リキッド・クリスタルス」(「Ferroelectric Liquid
Crystals」);“アプライド・フィジィックス・レタ
ーズ”(“Applied Physics Letters")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
・エレクトロプティック・スイッチング・イン・リキッ
ド・クリスタルス」(「Submicro Second Bistable Ele
ctrooptic Switching in Liquid Crystels」);“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
込まれた銅ブロック等により支持することができる。
第4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。31と31′は、In2O3,SnO2やITO(インジウム
−ティン−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32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33が液晶分子を表わしており、こ
の液晶分子33は、その分子に直交した方向に双極子モー
メント(P)34を有している。基板31と31′上の電極
間に一定の闘値以上の電圧を印加すると、液晶分子33の
らせん構造がほどけ、双極子モーメント(P)34はす
べて電界方向に向くよう、液晶分子33の配向方向を変え
ることができる。液晶分子33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5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(34a)又は下向き(34b)のどちらかの配向状態をと
る。このようなセルに第5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34
a又は下向き34bと向きを変え、それに応じて液晶分子は
第1の安定状態35(明状態)か域は第2の安定状態35′
(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
との利点は2つある。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35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35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35′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。
[実施例] 本発明の基本構成を第1図と共に説明する。第1図は
本発明の一例を示す強誘電性液晶素子の基板の斜視図で
ある。
第1図において、1は基板、2は導電膜、3は電送電
極である。基板1上には導電膜2が形成されていて、電
送電極3は導電膜2に形成されたストライプ状の溝の中
に埋設されている。
次に、このような基板の具体的な作成例を第2図と共
に説明する。
まず、ガラス基板21上の全面にEB蒸着法によってZnO2
を10%加えたIn2O3を膜厚1000Åで蒸着した。その後、
酸素雰囲気中において350℃で1時間加熱して導電膜22
を形成した(第2図(a)参照)。この時の導電膜22の
シート抵抗は100KΩ/cm2であった。次に、前記導電膜2
2上にポジ型フォトレジスト23(Hoechst社製:“AZ−13
70")を塗布し、プリベークした。そしてこのレジスト
層上にマスク巾230μm、マスク部のピッチ250μmのス
トライプ状マスクを用いて露光した後、現像、水洗して
ストライプパターンを形成した。次いで塩化第二鉄と塩
酸系のエッチング液を用いて、フォトレジストの形成さ
れていない部分の導電膜22をエッチング除去した(第2
図(b)参照)。その後、前記ガラス基板21上に真空成
膜法を用いて電送電極となる金属膜24を1000Åで蒸着形
成した後(第2図(c)参照)、フォトレジスト23をア
セトンを用いて剥離した(第2図(d)参照)。この
時、同時にフォトレジスト23上の金属膜24も除去され
る。フォトレジストの剥離には、その他アルコール(メ
タノール,エタノール)、DMF(N,N−ジメチルフォルム
アミド)、セルソルブ等の有機溶剤あるいは専用剥離液
等を用いることができる。
以上の工程により、導電膜と電送電極との段差をなく
した基板を得ることができる。
このようにして作成された2つの基板のそれぞれの表
面に液晶配向膜として約500Åの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つの基板を対抗させ、間隙が約1μとなるよ
う調節し、強誘電性液晶〔p−η−オクチルオキシ安息
香酸−P′−(2−メチルブチルオキシ)フェニルエス
テルとp−η−ノニルオキシ安息香酸−P′−(2−メ
チルブチルオキシ)フェニルエステルを主成分とした液
晶組成物〕を注入して液晶セルを得た。
さらに、この液晶セルの基板端から導線を引き出し、
各画素にパルス電圧を印加して駆動を行ったところ、各
画素は一定電圧で一様に反転し、良好な階調表示を行う
ことができた。
上記実施例においては、第2図(d)に示すように、
導電膜22を完全にエッチング除去した後に電送電極を形
成した例について述べたが、第3図に示すように、導電
膜22を完全に除去しないで電送電極を形成することによ
り、導電膜と電送電極の導通をより確実なものとするこ
とができる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、液晶の配向欠
陥が防止され、素子の全面に渡って均一なモノドメイン
配向を得ることができる。このため、液晶の完全なオン
−オフ動作を行うことが可能となり、配向欠陥があるも
のに比較して見映えの優れた素子とすることができ、さ
らには見掛上のコントラストも向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は基板の斜視図、第2図は基板の作成工程を示す
図、第3図は基板の他の例を示す断面図、第4図及び第
5図は液晶セルの模式図である。 1,21…基板、2,22…導電膜、3…電送電極、23…フォト
レジスト、24…金属膜(電送電極)。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の導電膜を有する第1の基板と、該第
    1の基板に対向し第2の導電膜を有する第2の基板と、
    の間に強誘電性液晶を配した光学変調素子において、 該第1の基板は、該第1の導電膜に形成されたストライ
    プ状の溝中に埋設されたストライプ状の電送電極を有し
    ており、 該第1の導電膜と該電送電極とからなる第1の基板内面
    が平坦であることを特徴とする光学変調素子。
  2. 【請求項2】前記第1の導電膜の厚みと前記電送電極の
    厚みとが等しい特許請求の範囲第1項に記載の光学変調
    素子。
  3. 【請求項3】前記溝の深さは、前記第1の導電膜の厚み
    より小さい特許請求の範囲第1項に記載の光学変調素
    子。
  4. 【請求項4】前記強誘電性液晶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項に記載の光学変調素
    子。
  5. 【請求項5】前記強誘電性液晶が非らせん構造のカイラ
    ルスメクチック液晶である特許請求の範囲第1項に記載
    の光学変調素子。
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