JPH0263019A - 光学変調素子 - Google Patents

光学変調素子

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JPH0263019A
JPH0263019A JP21721088A JP21721088A JPH0263019A JP H0263019 A JPH0263019 A JP H0263019A JP 21721088 A JP21721088 A JP 21721088A JP 21721088 A JP21721088 A JP 21721088A JP H0263019 A JPH0263019 A JP H0263019A
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conductive film
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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
しくは走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構成し
、その間に配置した液晶を選択的に変調させることによ
って表示を行う液晶表示素子に関するものである。
〔従来技術〕
従来より走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構成
し、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を形
成して、画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子はよ
く知られている。このような表示素子の駆動法としては
、走査電極群に順次周期的にアドレス信号を選択印加し
、信号電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期
させて並列的に選択印加する時分画駆動が採用されてい
る。
近年、液晶表示装置を大画面化するために、例えば米国
特許第4,367.924号公報、米国特許第4,63
9,089号公報などで開示された表面安定型強誘電性
液晶素子を用いることが進められている。大画面化に伴
って、マトリクス電極の走査電極と信号電極の長さが飛
躍的に長くなり、印加電圧の遅延効果が大きな問題点と
なっていた。
在来のTN(ツィステッド・ネマチック)液晶素子やS
TN (スーパー・ツィステッド・ネマチック)液晶素
子では、周期的な駆動電圧印加によるマルチブレクシン
グ駆動(つまり、複数のフレーム走査で高コントラスト
な一画面を形成)が採用されているため、上述した印加
電圧の遅延効果による表示品位の低下は、はとんど問題
にする程のことではなかったが、強誘電性液晶素子の場
合では、−フレーム走査で高コントラストな一画面を形
成する必要があるために、上述した印加電圧の遅延効果
は大きな問題点となっていた。又、かかる遅延効果に付
随して配線抵抗に伴う発熱を生じ、セル内に温度分布の
不均一性を惹き起し、このためやはり表示品位が低下し
ていた。
上述の理由から強誘電性液晶素子を大画面パネルに適用
する際には、印加電圧の遅延効果を抑制又は解消するた
めに、走査電極と信号電極の長さ方向に金属膜又は合金
膜を接触させて配線する方法が採用されていた。又、走
査電極と信号電極を肉厚の透明電極とすることによって
、上述の遅延効果を抑制する場合では、明状態の透過率
を低下させ、このため低コントラストで低輝度の画面と
なっていた。
ところで、前掲の米国特許公報で明らかにしている様に
、表面安定型強誘電性液晶素子を実現するに当って、基
板間の間隔が強誘電性スメクチック液晶の固有らせん配
列構造を抑制し、双安定性配向状態を発現させるのに十
分に小さい距離、通常0.1μm〜3μm程度の距離に
設定されている必要がある。
本発明者らの実験によれば、表面安定型強誘電性液晶素
子を大画面パネルに適用した際に用いた印加電圧の遅延
効果、抑制用低抵抗導電膜の膜厚を0.1μm以上、好
ましくは0.5μm以上の肉厚状とすることによって、
遅延効果による表示品位の低下を改善できることが判明
した。
しかしながら、上述した肉厚の低抵抗導電膜を透明電極
に接触させて配線すると、かかる配線部が上下基板間で
ショートする危険性が増大する問題点が発生した。表示
画面において、ただ1つのショート個所が存在するだけ
で、その表示欠陥が観察者に判るため、表示品位の上で
大きな問題点となるものである。
また強誘電性液晶素子では、液晶分子を所定方向に配列
させるために、基板表面に対してラビング処理を施すが
、この時に低抵抗導電膜の突出した部分が剥離を起す現
象も生じる問題点があった。
〔発明の概要〕
そこで、本発明の目的は、前述の問題点を解決した光学
変調素子を提供することにあり、特にショート発生を抑
制した大画面パネルのための表面安定型強誘電性液晶素
子を提供することにある。
すなわち本発明は、第1の電極部を設けた第1の基板、
第2の電極部を設けた第2の基板及び該第1と第2の基
板との間に配置した光学変調物質を有する光学変調素子
において、前記第1の電極部及び第2の電極部の少なく
とも一方が、絶縁膜上に形成した透明導電膜及び該絶縁
膜下に形成され、且つ該透明導電膜と電気的に接続され
た低抵抗導電膜を有する光学変調素子に特徴を有してい
る。
〔発明の態様の詳細な説明〕
第1図は本発明で用いた基板の断面図で、第2図はその
斜視図である。図中、14は基板で、ガラス板やプラス
チック板などが用いられる。11は透明導電膜(例えば
、インジウムオキサイド、ティンオキサイド、インジウ
ム−ティン−オキサイド;ITO)で形成した100A
〜5000人厚の透明電極で、マルチブレクシング駆動
では走査電極又は信号電極として用いられる。この透明
電極11は、基板14上に形成した絶縁膜13上に設け
られている。
さらに本発明では、基板14上にアルミニウム、クロム
、金、銀、銅、モリブデン、タングステンなどの金属又
はその合金の真空装着やスパッタリング法による導電膜
で形成した低抵抗電極12が設けられている。この低抵
抗電極12は、絶縁膜13に形成したスルーホールを介
して透明電極11の長手方向と電気的に接続されている
この際、低抵抗電極12は、隣り合う透明電極11間に
、電極間の間隔を覆って配置されていることにより、遮
光膜としても機能することができる。
透明電極11間(非画素部に相当する)の強誘電性液晶
は、印加電圧によって液晶分子の配向方向を制御するこ
とができないため、初期配向時の配向状態がそのまま維
持されている。従って、強誘電性液晶の初期配向状態で
は、液晶分子が2つの異なる分子軸に配向しているため
に、明のドメインと暗のドメインとが混在し、このため
光もれを生じる問題点があったが、上述した遮光機能を
持たせた低抵抗電極12を用いることによって、かかる
問題点は解決された。さらに、従来の接続法と比較して
も有効表示面積を低下させることがない。
本発明で用いた低抵抗電極12は、大画面パネルで前述
した印加電圧の遅延効果を十分に抑制するために、0.
1μm以上、好ましくは0.5μm〜5μm程度の膜厚
とするのがよい。又、低抵抗電極12の表面には、反射
防止処理を施すことができ、画素間(非画素部)からの
反射光を防止することができる。
又、絶縁膜13のスルーホールを通して低抵抗電極12
と透明電極11とが電気的に接続させる際、その接触幅
は、できる限り大きい方がよいが、透明電極11がスト
ライブ形状で配線されている場合で、約10μm幅程度
でよい。
絶縁膜13は、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルア
ルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリコン
樹脂系等の有機樹脂や、Si 3 N 4、SiO3、
SiO,%Al2O3、Ta2O3等の無機膜をスピン
ナーコートやロールコート等の塗布法で、あるいは蒸着
法によって設けることができる。
本発明の好ましい具体例では、被膜形成後の絶縁膜13
が低抵抗電極12に対してレベリングされているのがよ
い。このためには、低抵抗電極12が存在しない基板1
4上に被膜される絶縁膜13の膜厚を低抵抗電極12の
膜厚に対して1.5倍以上、好ましくは2〜10倍程度
に設定することによって、基板14上に被膜された絶縁
膜13の膜厚を全面に亘ってレベリングすることができ
る。この際の成膜法としては、前述の有機樹脂をスピン
ナーコートやロールコートによる方法が適している。
又、この絶縁膜13には、絶縁膜13上の透明電極11
と絶縁膜13下の低抵抗電極13との電気的接続を可能
にするスルーホールが形成されている。
第2図の15は、対向基板(図示せず)に設けた対向電
極で、この対向電極15と透明電極13との交差部が画
素領域となる。
第1図及び第2図に示す電極基板1には、例えば、−酸
化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム、ジルコニア、
フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、
シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの
無機絶縁物質やポリビニルアルコール、ポリイミド、ポ
リアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレ
リン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルア
セクール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリスチレン
、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂やアクリ
ル樹脂などの有機絶縁物質を用いて被膜形成した配向制
御膜を設けることができる。
この配向制御膜は透明電極11上に設けた別の500λ
〜lum厚の絶縁膜の上に形成することも可能である。
この配向制御膜は、前述の如き無機絶縁物質又は有機絶
縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード、布や
紙で一方向にラビングすることによって得られる。
本発明の別の好ましい具体例では、SiOやS iO2
などの無機絶縁物質を電極基板lの上に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、配向制御膜を得ること
ができる。
上述した配向制御膜は、一般に10人〜1μm厚で形成
することができるが、透明電極11の上に直接設ける場
合では500λ〜1μm厚とし、又、透明電極11の上
に別途設けた絶縁膜上に形成する場合では10λ〜50
0人厚程度がよい。
第3図は、本発明で用いたカラー電極基板3の断面図で
ある。第3図のカラー電極基板3は、基板14の上に青
カラーフィルター31B、赤カラーフィルター31Rと
緑カラーフィルター31Gが設けられており、隣り合う
カラーフィルター31間には、前述した低抵抗電極12
が配置されている。カラーフィルター31と低抵抗電極
の上には、前述と同様に絶縁膜13が設けられているが
、この絶縁膜13はカラーフィルター31に対する保護
膜としても機能することができる。そして、前述と同様
に低抵抗電極12は、絶縁膜13に形成したスルーホー
ルを介して透明電極11と電気的に接続されている。又
、カラー電極基板3にも、やはり前述した配向制御膜を
設けることができる。
カラーフィルター31は、0.1μm〜5μm厚、好ま
しくは0,5μm〜2μm厚で形成され、特に樹脂中に
顔料や染料を分散させて形成したものがよい。この際の
樹脂材料としては、ゼラチン、カゼイン、グリユー、ポ
リビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエステルイミド、ポリパラキシリレン、ポリエステ
ル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン
、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アクリ
ル樹脂、エポキシ樹脂および感光性ポリイミドフォトレ
ジスト、感光性ポリアミドフォトレジスト、環化ゴム系
フォトレジスト、フェノールノボラック系フォトレジス
トあるいは電子線フォトレジスト[(メタ)アクリレー
ト(モノマー、オリゴマー、プレポリマー)、エポキシ
化−1,4−ポリブタジェン等〕等から好ましく選択す
ることができる。又、この際に用いる顔料や染料として
は、アゾ系、アントラキノン系、フタロシアニン系、キ
ナクリドン系、イソインドリノン系、ジオキサジン系、
ペリレン系、ペリノン系、チオインジゴ系、ピロコリン
系、フルオルビン系、キノフタロン系等を挙げることが
できる。
又、カラー電極基板3で用いる絶縁膜13は、保護膜と
しての機能を併せ持つ必要性から、特にポリアミド、ポ
リイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリコン
樹脂系等の有機樹脂やS!3N4.5j02.5iOS
AA’203、Ta205等の無機膜をスピンナーコー
ト、ロールコート等の塗布法で、あるいは蒸着法によっ
て成膜したものを選択するのがよい。
第4図は、本発明の液晶素子を示す断面図である。
第4図に示す液晶素子は2枚の電極基板IAとIBとの
間に双安定性配向状態の表面安定型強誘電性液晶42が
配置されており、2枚の電極基板IAとIBとの間隔は
、バルク状態下でらせん配列構造の配向状態を生じる強
誘電性液晶のらせん配列構造を抑制又は消失させるのに
十分に小さい距離、例えば0.1μm〜3μmに設定さ
れている。この小さい距離の間隔は2枚の電極基板IA
とIBとの間に配置したシリカビーズ、アルミナビーズ
、ガラスファイバー、プラスチックビーズなどのスペー
サ材44によって保持される。
2枚の電極基板IAとIBは、第1図に示す様にそれぞ
れ基板14Aと14B、絶縁膜13Aと13B1低抵抗
電極12Aと12B、透明電極11AとIIB(透明電
極11AとIIBはそれぞれストライプ状に形成され、
互いに90°の角度で交差したマトリクス電極となって
いる)、配向制御膜41Aと41Bが設けられている。
電極基板lAとIBに設けた配向制御膜41Aと41B
に形成した配向処理軸は、互いに平行方向とするのがよ
い。この際の配向処理軸は、前述したとおりラビング処
理や斜方蒸着処理などの一軸性配向処理によって付与さ
れる。
又、液晶分子の配向変調を光学的に検知するために、2
枚の電極基板IAとIBとの両側にはそれぞれ偏光子4
3Aと43Bがクロスニコルで配置されている。
第5図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。51Aと51Bは、In
202.5n02あるいはITO等の薄膜からなる透明
電極で被覆された基板(ガラス板)であり、その間に液
晶分子層52がガラス面に垂直になるよう配向したSm
C本(カイラルスメクチックC)相又はSmH*(カイ
ラルスメクチックH)相の液晶が封入されている。太線
で示した線53が液晶分子を表わしており、この液晶分
子53はその分子に直交した方向に双極子モーメント(
P土)54を有している。基板51Aと51B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53
のらせん構造がほどけ、双極子モーメント(P±)54
がすべて電界方向に向くよう、液晶分子53は配向方向
を変えることができる。液晶分子53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。
本発明の光学変調素子で好ましく用いられる双安定性配
向状態の表面安定型強誘電性液晶セルは、その厚さを充
分に薄く(例えば0.1μm〜3μm)することができ
る。このように液晶層が薄くなるにしたがい、第6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
せん構造がほどけ、非らせん構造となり、その双極子モ
ーメントPまたはP′ は上向き(64A)又は下向き
(64B)のどちらかの状態をとる。このようなセルに
、第6図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界E
a又はEbを電圧印加手段61Aと61Bにより付与す
ると、双極子モーメントは、電界Ea又はEbの電界ベ
クトルに対応して上向き64A又は下向き64Bと向き
を変え、それに応じて液晶分子は、第1の安定状態63
Aあるいは第2の安定状態63Bの何れか一方に配向す
る。
この強誘電性液晶セルによって得られる効果は、その第
1に、応答速度が極めて速いことであり、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6図によって更に説明すると、電界Eaを印加
すると液晶分子は第1の安定状態63Aに配向するが、
この状態は電界を切っても安定である。又、逆向きの電
界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安定状態63b
に配向してその分子の向きを変えるが、やはり電界を切
ってもこの状態に留っている。又、与える電界Eaが一
定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態にやはり
維持されている。
本発明で用いる強誘電性液晶としては、各種のものを挙
げることができるが、一般に降温過程においてコレステ
リック相とスメクチックA相を生じる温度範囲をもつカ
イラルスメクチック液晶が好ましい。具体的には、チッ
ソ社製rC3−1011J、rcs−1014J、rC
8−1017やrC8−1018J (何れも商品名)
などが用いられる。
以下、本発明を実施例に従つて説明する。
〔実施例1〕 本発明の一実施例を第1図に従って説明する。図におい
てガラス板より成る基板14の上にスパッタリング法に
より1.0μm厚のAl1(アルミニウム)を成膜後、
30μm巾にパターニングすることで遮光機能をもつ低
抵抗電極12を形成した。次に、感光性ポリイミドr、
PI−300J (宇部興産(株)社製商品名)をスピ
ンナーコートにより基板上全面に2.0μm厚で塗布し
た後、マスク露光をし、Alパターン上で10μm巾の
スルーホールとなるようにパターニングを行い絶縁膜1
3とした。また、絶縁膜13のパターン端部は透明電極
11が断線を起す危険があるため、テーパー形状を成し
ているのが望ましく 、PI−300のパターニングの
工程中でリンス液PRI−127(宇部興産(株)社製
商品名)により処理することで、テーパー形状を形成し
た。透明電極11は、スパッタリング法によりITOを
0.1μm厚で成膜後、280μm中にパターニングし
た。こうしてできた電極の抵抗値を調べてみたところ、
パターン長1cmあたりの抵抗値が約10Ωであり、2
80μm中のITOパターンのみの抵抗値約IKΩにく
らべておよそ100分の1となっていた。第1図の基板
上に、さらに絶縁層(図示せず)としてSiO2をスパ
ッタリング法により500人厚で成膜し、その上に配向
制御膜(図示せず)としてポリイミドを印刷法により1
00人厚で塗布し、これにラビング処理を施した。対向
基板も同構成とし、側基板間に1.5μm径のシリカビ
ーズを散布した後、ラビング方向が同一方向となる様に
はり合わせ、液晶として強誘電性液晶rcs1014J
 (チッソ(株)社製商品名)をセル内に注入した。こ
うして作成したセルを一対のクロスニコル状態の偏光子
間に置き、バックライト上で観察しながら、電極に信号
を印加したところショート個所が全(なかった。又、画
素への印加信号の波形なまりがほとんどなく、しかも表
示品位を低下させる原因となる画素間のもれ光が低抵抗
電極12によって完全に遮光されているために、表示性
能の著しい向上が認められた。また、長時間セルに信号
を印加した時のセル内部の温度ムラを調べたところ、電
極をITOのみで形成したセルにくらべて大きく改善さ
れていた。
〔実施例2〕 本発明の別な実施例としてカラー液晶セルに利用した例
を第3図に従って説明する。ガラス板から成る基板14
上にスパッタリング法により1.0μm厚のAi!(ア
ルミニウム)を成膜し、30μm巾にパターニングし、
遮光機能をもつ低抵抗電極12を形成した。カラーフィ
ルター31として、感光性ポリアミドrPA−1000
CJ (宇部興産(株)社製商品名)に色素として顔料
を分散させた着色樹脂をスピンナーコートにより基板上
全面に1.0μm厚で塗布した後、マスク露光をし、パ
ターニングした。この工程を3度繰り返すことによりR
GBa色の膜としての機能をもつ絶縁膜13として、感
光性ポリイミドrPI−300J (宇部興産(株)社
製商品名)をスピンナーコートにより基板上全面に1.
0μm厚で塗布した後、マスク露光を行いAI!パター
ン上で10μm巾のスルーホールとなるようにパターニ
ングした。「PI−300Jはパターン端部がテーパー
形状となるようにリンス液RP1127(宇部興産(株
)社製商品名)で処理した。透明電極11はITOをス
パッタリング法により0.1μm厚で成膜後、90μm
巾にパターニングした。こうして作成した電極の抵抗値
を調べてみたところ、パターン長1cmあたりの抵抗値
が約10Ωであり、90μm巾のITOパターンのみの
抵抗値約3にΩにくらべておよそ300分の1となって
いた。こうして作成した基板上にさらに、絶縁膜として
SiO□膜(図示せず)をスパッタリング法により50
0人厚で成膜し、その上に配向制御膜(図示せず)とし
てポリミドを印刷法により100人厚で塗布し、これに
ラビング処理を施した。対向基板は実施例1のカラーフ
ィルターの無い構造の基板とし、側基板間に1.5μm
径のシリカビーズを散布した後、ラビング方向が同一方
向となる様にはり合わせ、液晶として強誘電性液晶rc
s1014J (チッソ(株)社製商品名)をセル内に
注入した。こうして作成したセルを一対のクロスニコル
状態の偏光板間に置き、バックライト上で観察しながら
電極に信号を印加したところ、ショート個所は全(なか
った。又、画素への印加信号の波形なまりがほとんどな
く、しかも画素間が完全に遮光されているため、カラー
表示における色純度が向上した。また長時間セルに信号
を印加した時でもセル内部でそれほど大きな温度ムラが
起らず安定した画質が得られた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば長尺電極部の配線
抵抗を従来の方法にくらべて、ショート個所を発生させ
ることな(大幅に低下させることができる。このため、
電極部に印加する信号の波形なまりがおさえられ、また
配線抵抗による発熱が少な(なる為にセル内の温度ムラ
が小さくなるので、表示品位を大幅に向上させることが
できた。
また、同時に画素間を通過する光を完全にカットするこ
とが出来るので、画素間のもれ光による画質の劣化を防
ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明で用いた電極基板の断面図で、第2図
はその斜視図である。第3図は、本発明で用いた別の電
極基板の断面図である。第4図は、本発明の液晶素子の
断面図である。第5図は、強誘電性液晶素子の斜視図で
、第6図は双安定性配向状態の表面安定型強誘電性液晶
素子の斜視図である。 特許出願人  キャノン株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)第1の電極部を設けた第1の基板、第2の電極部
    を設けた第2の基板及び該第1と第2の基板との間に配
    置した光学変調物質を有する光学変調素子において、前
    記第1の電極部及び第2の電極部の少なくとも一方が、
    絶縁膜上に形成した透明導電膜及び該絶縁膜下に形成さ
    れ、且つ該透明導電膜と電気的に接続された低抵抗導電
    膜を有することを特徴とする光学変調素子。 (2)前記低抵抗導電膜が隣り合う透明電極間に配置さ
    れている請求項(1)の光学変調素子。 (3)前記低抵抗導電膜が隣り合う透明電極間に、該電
    極間を覆って配置されている請求項(1)の光学変調素
    子。 (4)前記低抵抗導電膜が金属又は合金によって形成し
    た膜である請求項(1)の光学変調素子。 (5)前記低抵抗導電膜の膜厚が0.5μm以上である
    請求項(1)の光学変調素子。 (6)前記絶縁膜の膜厚が低抵抗導電膜の膜厚に対して
    1.5倍以上の膜厚に設定されている請求項(1)の光
    学変調素子。 (7)前記絶縁膜下で、隣り合う低抵抗導電膜間にカラ
    ーフィルターが配置されている請求項(1)の光学変調
    素子。 (8)前記透明導電膜の上に配向制御膜が配置されてい
    る請求項(1)の光学変調素子。(9)前記光学変調物
    質が液晶である請求項(1)の光学変調素子。 (10)前記液晶が強誘電性液晶である請求項(9)の
    光学変調素子。 (11)前記強誘電性液晶が、無電界時及び双安定性配
    向状態を生じている請求項(10)の光学変調素子。
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