JPH0544009B2 - - Google Patents
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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装置に
関し、詳しくは印加電圧の極性に応じて双安定性
を生じる強誘電性液晶を用いた階調表示のための
光学変調装置に関する。 ［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（例えばツインス
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つて階調
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、
製造工程数が多く、高い製造コストがネツクとな
つているうえに、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）を広い面積に亘つ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が増大するに従つて、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、前述の欠点を解消したもの
で、詳しくは広い面積に亘つて高密度画素をもつ
表示パネル、とくに階調表示に適した光学変調装
置を提供することにある。 すなわち、本発明は、 相対向する導電膜と、該相対向する導電膜間に
配置した、印加電圧の極性に応じて第１の配向状
態と第２の配向状態とを生じる強誘電性液晶とを
有する画素であつて、該画素の相対向する導電膜
のうち少なくとも一方の導電膜に１本の金属で形
成した電送電極が設けられ、該１本の電装電極に
電圧を印加することによつて、該導電膜に、該印
加電圧より遅延されて印加された遅延電圧を生じ
る様に構成した画素を複数の行及び列に沿つて複
数配列し、行上の画素が走査線で共通に接続さ
れ、列上の画素が情報線で共通に接続されてなる
光学変調手段、及び 走査線を順次走査することによつて走査選択し
た走査線上の画素の導電膜間に、前記１本の電送
電極への電圧の印加によつて生じる遅延電圧に基
いた電位差が生じる様に、走査線に走査信号を印
加し、該走査信号と同期して情報線に階調を基い
た情報信号を印加する第１の手段と、該情報信号
の印加に先立つて、該走査選択した走査線上の画
素に、該画素の光学状態を一様な状態に消去する
のに十分な電圧を印加する第２の手段とを有する
電圧印加手段を有する光学変調装置に特徴があ
る。 ［実施例］ 以下、本発明を図面に従つて説明する。 本発明の装置で用いる光学変調物質としては、
加えられる電界の極性に応じて第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、すなわち電界の極性に対す
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用いられる。 本発明の装置で用いることができる少なくとも
２つの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*）、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・ジユユナー
ル・ド・フイジイク・レツトル”（“LE
JOURNAL DE PHYSIQUE LETTRE”）第３
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」（「Ferroelectric
Liqued Crystals」）；“アプライド・フイジイツク
ス・レターズ”（“Applied Phyusics Letter”）
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 Bistable Electrooptic
Switching in Liquid Crystals」）；“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
（MBRA ８）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′の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、従つ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、電圧印加極性によつて光学特性が
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なる電
界Ｅ又はE′を付与すると、双極子モーメントは電
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）の何れかの一方
に配向する。 この様な強誘電性液晶を光学変調装置として用
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
よつて説明すると、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
電界を切つてもこの第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、やはり電界を切つてもこの状態に
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4367924号明細書で提案されている。 以下、本発明によつてなる表示装置の詳細を第
３図を参照して説明する。 図において、３１は一方の基板である。３２は
矢印３２′の方向に遅延機能を有する表示電極
（導電膜）であつて、これが一方の表示電極３２
となつている。３３は電送電極である。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、該他方の基板上の図中Ａの領域に対応
する領域には対向電極（導電膜）が形成されてい
る。そして、表示電極と対向電極の間には光学的
変調物質がサンドイツチされている。簡単のため
に対向電極の抵抗は充分に低い場合を考える。今
領域Ａを一つの画素と考え、正方形をなしている
ものとする。充分に抵抗の低い電送電極３３を通
じて入力した信号は、遅延機能を有する表示電極
３２上を矢印３２′の方向に伝搬するが、その伝
搬時間は、３２のシート抵抗をＲ（Ω／□）、領域
Ａに対応した表示電極３２と対向電極によつて形
成される静電容量をＣ（Ｆ）とすると、RCによつ
て特徴づけられている。 このようにして、伝送電極３３と遅延機能を有
する表示電極３２によつて構成される装置によつ
て得られる効果として次の２点が挙げられる。 １ 伝送電極３３（或いは表示電極３２）の端部
に入力される電気信号は伝送電極３３を速いス
ピードで伝搬し、その後に遅延機能を有する表
示電極３２を伝搬していく。従つて、表示電極
３２の長手方向（図中３２″）での電気信号の
不均一は極めて少なくなり、その方向での光学
変調素子に印加される電圧は均一化される。 ２ 表示電極３２の面内での電圧分布（３２′方
向）を利用し、入力信号として電圧値或いはパ
ルス巾或いはパルス数等によつて変調された階
調信号を印加することにより階調表示を行うこ
とができる。 さて、上記２）について、実施例に基づいて詳
しく説明する。 第３図において、ガラス３２上にスパツタリン
グ法によつて、表示電極３２として約100Åの厚
さ半透明Ge層を形成した。この層のシート抵抗
は５×107Ω／□であつた。この層を図中の表示
電極３２のようにパターニングし、表示電極３２
とした。尚表示電極３２の３２′方向の幅は230μ
とした（但し、この３２′方向の幅は任意に決定
することができる。一般には20μ〜500μが適して
いる。）。次いで、1000Å厚でＡを真空蒸着し、
再びパターニングすることにより第３図中の伝送
電極３３の如く、伝送電極３３を形成した。この
層のシート抵抗は約0.4Ω／□の様に低抵抗であ
り、層の幅は約20μとした。一方、対向基板には
領域Ａをカバーするような透明電極とするITO
（インジウム・テイン・オキサイド）層を対向電
極として設けた。ITO層のシート抵抗は、約
20Ω／□であつた。 この様にして作製された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つの基板を対向させ間隙が約1μとな
るように調節し、ｐ−ｎ−オクチルオキシ安息香
酸−p′−（２−メチルブチルオキシ）フエニルエ
ステルとｐ−ｎ−ノニルオキシ安息香酸−p′−
（２−メチルブチルオキシ）フエニルエステルを
主成分とした強誘電性液晶組成物を注入した。表
示電極３２と対向電極が重なる部分Ａ（第３図中
のＡに相当）の形状は、230μ×230μであつて、
液晶注入後の静電容量は約3PFであつた。 このようにして形成した液晶セルの両側の偏光
板をクロスニコルにして配設し、光学特性を観測
した。 第４図は電気信号の印加方向を模式的に示した
ものであり、第５図と第６図は電気信号である。
第５図はSignal(a)の波形を、第６図はSignal(b)の
波形を示す。液晶層４０に実効的に印加される電
圧波形は、伝送電極３３からの距離によつて変わ
る。尚、第４図中の４１は対向電極、４２は対向
基板を表わしている。又、４３はSignal(a)の駆動
回路で、４４はSignal(b)の駆動回路である。 さて、Signal(a)として（−12V，200μsec）の
パルスを、又Signal(b)として（8V，200μsec）の
パルスをあらかじめ同期して与える（これを消去
パルスと呼ぶ）。すると、液晶は第１図又は第２
図に示す第１の安定状態にスイツチングされ、画
素Ａ全体が明状態となる（このようにクロス偏光
板を設置した。）。この状態より第６図に示される
ような種々のパルスをSignal(a)として、第５図の
パルスに同期して与えたときの画素Ａの光学的状
態を第７図に示す。 パルス幅30μsec（第６図のに対応）、及び
60μsec（第６図のに対応）では全く明状態７２
からの変化は生じないが（第７図ａ、パルス幅
120μsec（第６図のに対応）で伝送電極３３の近
傍の液晶は、暗状態７１へスイツチングする（第
７図ｂ）。さらにパルス幅を150μsec（第６図の
に対応）、170μsec（第６図のに対応）と長くし
た場合には暗状態の領域は図示の如く広くなり
（それぞれ第７図ｃとｄに対応）、パルス幅
200μsec（第６図のに対応）にて画素Ａ全体が暗
状態にスイツチングされる（第７図ｅに対応）。
このようにして、階調性のある画像を得ることが
できる。 以上の例は、階調信号として第６図に示した同
一電圧値でパルス幅の異なる信号を与えるもので
あつた。一方、本発明の原理に基づいて階調信号
を同一パルス幅で電圧値の異なる波形によつて作
ることもできる。その電圧値としては、例えばパ
ルス幅を180μsecと固定した場合、（）−2V、
（）−3V、（）−4V、（）−5V、（）−6V、
（）−9Vと選択することができる。又、パルス
幅を特定のパルス幅に設定し、そのパルス数を変
調することによつても、同様の階調表示を行なう
ことができる。 さて、単純マトリクス電極による大画素容量デ
イスプレイを構成するには、第８図のようにする
ことができる。８２は画素電極に対応する信号
（表示）電極群である。８３は伝送電極群であつ
て、画像情報に応じた階調信号が印加される。８
４は対向電極に対応する走査電極群である。８５
は走査電極群の長手方向での電気信号の遅延を防
止するために設けた補助配線である。 以下、第８図に基づいて本発明をより具体的に
説明する。 走査電極群８４を下記の通りとした。 長さ；210mm ピツチ；250μm 幅；230μm 材質；ITO（シート抵抗20Ω／□） 補助配線８５； Ａストライプ 幅 20μm×２ 厚さ 1000Å （シート抵抗0.4Ω／□） 信号（表示）電極群８２を下記のとおりとし
た。 長さ；298mm ピツチ；250μm 幅；230μm 材質；Ge；ゲルマニウム （シート抵抗５×107Ω／□） 伝送電極８３；Ａストライプ 幅20μm×１ 厚さ1000Å （シート抵抗0.4Ω／□） 走査パルス；電圧＋12V （線順次駆動） 幅 200μsec 階調信号パルス；電圧−9V〜＋9V間５階調 幅 200μsec 液晶材料； ｐ−ｎ−オクチルオキシ安息香酸−
p′−（２−メチルブチルオキシ）フエニルエス
テルとｐ−ｎ−ノニルオキシ安息香酸−p′−
（２−メチルブチルオキシ）フエニルエステル
を主成分とした強誘電性液晶 液晶の層厚；約1μm 又、本発明では、前述の伝送電極８３としては
アルミニウムフイルムの他に、金、銅、銀、クロ
ムなどの金属フイルムを用いることができ、一般
的にシート抵抗102Ω／□以下とすることが好ま
しい。又、表示電極群８２としては、シート抵抗
102〜109Ω／□となるGeなどの半金属フイルム
あるいは酸化金属フイルムなどを用いることがで
きる。 さて、本発明における表示電極８２の抵抗値
と、伝送電極８３の抵抗値とは表示電極８２の長
手方向で液晶層に印加される電圧にバラツキを与
えないために、又表示電極８２の短手方向では有
効に階調効果を与え得るためには、適正な値に設
定されなければならない。その条件は、伝送電極
線８３の信号電源側からみた抵抗値をr1（Ω）、該
伝送電極８３に接続されているすべての表示電極
８２に対応する静電容量をCt（Ｆ）とし又、一つ
の画素に対応する表示電極８２の伝送電極８３側
から見た抵抗値をr2（Ω）、静電容量をCe（Ｆ）と
すると、 r1Ct＜r2Ce ……(1) となる。 尚、先に述べた第７図に基づく実施例で確認し
てみると、 r10.4298×103／20〓６×103Ω Ct3nF r2５×107Ω Ce3pF より r1Ct18μsec r2Ce150μsec となり、条件(1)を満足している。 以上述べた実施例では、走査信号を印加する走
査電極８４は充分に抵抗を低くしておき、情報信
号を印加するラインの表示電極８２の抵抗を高く
することによつて、階調表現を実現した。しか
し、本発明の原理をそのまま適用すれば、走査信
号が印加される走査電極８４に遅延効果を与え、
又情報信号が印加される表示電極８２は充分に抵
抗を低くすることによつても先の実施例と同様の
階調表現効果を得ることができる。即ち、先の実
施例で用いたマトリクス構成の液晶セルと全く同
じもので、走査電極群８４と信号電極群８２の役
割を入れ換えて駆動したところ、やはり極めて良
好な階調表現を得ることができた。 さらに別の応用例として、走査電極群８４と信
号電極群８２に、それぞれ伝送電極３３及び３
３′を形成してもよい。この場合の一画素内にお
ける階調表現例を第９図に示す。 ［発明の効果］ １ 伝送電極（或いは表示電極）の端部に入力さ
れる電気信号は伝送電極を速いスピードで伝搬
し、その後に遅延機能を有する表示電極を伝搬
していく。従つて、表示電極の長手方向（図中
３２″）での電気信号の不均一は極めて少なく
なり、その方向での光学変調素子に印加される
電圧は均一化される。 ２ 表示電極面内での電圧分布（３２′方向）を
利用し、入力信号として電圧値或いはパルス幅
或いはパルス数等によつて変調された階調信号
を印加することにより階調表示を行うことがで
きる。
関し、詳しくは印加電圧の極性に応じて双安定性
を生じる強誘電性液晶を用いた階調表示のための
光学変調装置に関する。 ［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（例えばツインス
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つて階調
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、
製造工程数が多く、高い製造コストがネツクとな
つているうえに、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）を広い面積に亘つ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が増大するに従つて、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、前述の欠点を解消したもの
で、詳しくは広い面積に亘つて高密度画素をもつ
表示パネル、とくに階調表示に適した光学変調装
置を提供することにある。 すなわち、本発明は、 相対向する導電膜と、該相対向する導電膜間に
配置した、印加電圧の極性に応じて第１の配向状
態と第２の配向状態とを生じる強誘電性液晶とを
有する画素であつて、該画素の相対向する導電膜
のうち少なくとも一方の導電膜に１本の金属で形
成した電送電極が設けられ、該１本の電装電極に
電圧を印加することによつて、該導電膜に、該印
加電圧より遅延されて印加された遅延電圧を生じ
る様に構成した画素を複数の行及び列に沿つて複
数配列し、行上の画素が走査線で共通に接続さ
れ、列上の画素が情報線で共通に接続されてなる
光学変調手段、及び 走査線を順次走査することによつて走査選択し
た走査線上の画素の導電膜間に、前記１本の電送
電極への電圧の印加によつて生じる遅延電圧に基
いた電位差が生じる様に、走査線に走査信号を印
加し、該走査信号と同期して情報線に階調を基い
た情報信号を印加する第１の手段と、該情報信号
の印加に先立つて、該走査選択した走査線上の画
素に、該画素の光学状態を一様な状態に消去する
のに十分な電圧を印加する第２の手段とを有する
電圧印加手段を有する光学変調装置に特徴があ
る。 ［実施例］ 以下、本発明を図面に従つて説明する。 本発明の装置で用いる光学変調物質としては、
加えられる電界の極性に応じて第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、すなわち電界の極性に対す
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用いられる。 本発明の装置で用いることができる少なくとも
２つの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*）、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・ジユユナー
ル・ド・フイジイク・レツトル”（“LE
JOURNAL DE PHYSIQUE LETTRE”）第３
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」（「Ferroelectric
Liqued Crystals」）；“アプライド・フイジイツク
ス・レターズ”（“Applied Phyusics Letter”）
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 Bistable Electrooptic
Switching in Liquid Crystals」）；“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
（MBRA ８）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′の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、従つ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、電圧印加極性によつて光学特性が
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なる電
界Ｅ又はE′を付与すると、双極子モーメントは電
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）の何れかの一方
に配向する。 この様な強誘電性液晶を光学変調装置として用
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
よつて説明すると、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
電界を切つてもこの第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、やはり電界を切つてもこの状態に
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4367924号明細書で提案されている。 以下、本発明によつてなる表示装置の詳細を第
３図を参照して説明する。 図において、３１は一方の基板である。３２は
矢印３２′の方向に遅延機能を有する表示電極
（導電膜）であつて、これが一方の表示電極３２
となつている。３３は電送電極である。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、該他方の基板上の図中Ａの領域に対応
する領域には対向電極（導電膜）が形成されてい
る。そして、表示電極と対向電極の間には光学的
変調物質がサンドイツチされている。簡単のため
に対向電極の抵抗は充分に低い場合を考える。今
領域Ａを一つの画素と考え、正方形をなしている
ものとする。充分に抵抗の低い電送電極３３を通
じて入力した信号は、遅延機能を有する表示電極
３２上を矢印３２′の方向に伝搬するが、その伝
搬時間は、３２のシート抵抗をＲ（Ω／□）、領域
Ａに対応した表示電極３２と対向電極によつて形
成される静電容量をＣ（Ｆ）とすると、RCによつ
て特徴づけられている。 このようにして、伝送電極３３と遅延機能を有
する表示電極３２によつて構成される装置によつ
て得られる効果として次の２点が挙げられる。 １ 伝送電極３３（或いは表示電極３２）の端部
に入力される電気信号は伝送電極３３を速いス
ピードで伝搬し、その後に遅延機能を有する表
示電極３２を伝搬していく。従つて、表示電極
３２の長手方向（図中３２″）での電気信号の
不均一は極めて少なくなり、その方向での光学
変調素子に印加される電圧は均一化される。 ２ 表示電極３２の面内での電圧分布（３２′方
向）を利用し、入力信号として電圧値或いはパ
ルス巾或いはパルス数等によつて変調された階
調信号を印加することにより階調表示を行うこ
とができる。 さて、上記２）について、実施例に基づいて詳
しく説明する。 第３図において、ガラス３２上にスパツタリン
グ法によつて、表示電極３２として約100Åの厚
さ半透明Ge層を形成した。この層のシート抵抗
は５×107Ω／□であつた。この層を図中の表示
電極３２のようにパターニングし、表示電極３２
とした。尚表示電極３２の３２′方向の幅は230μ
とした（但し、この３２′方向の幅は任意に決定
することができる。一般には20μ〜500μが適して
いる。）。次いで、1000Å厚でＡを真空蒸着し、
再びパターニングすることにより第３図中の伝送
電極３３の如く、伝送電極３３を形成した。この
層のシート抵抗は約0.4Ω／□の様に低抵抗であ
り、層の幅は約20μとした。一方、対向基板には
領域Ａをカバーするような透明電極とするITO
（インジウム・テイン・オキサイド）層を対向電
極として設けた。ITO層のシート抵抗は、約
20Ω／□であつた。 この様にして作製された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つの基板を対向させ間隙が約1μとな
るように調節し、ｐ−ｎ−オクチルオキシ安息香
酸−p′−（２−メチルブチルオキシ）フエニルエ
ステルとｐ−ｎ−ノニルオキシ安息香酸−p′−
（２−メチルブチルオキシ）フエニルエステルを
主成分とした強誘電性液晶組成物を注入した。表
示電極３２と対向電極が重なる部分Ａ（第３図中
のＡに相当）の形状は、230μ×230μであつて、
液晶注入後の静電容量は約3PFであつた。 このようにして形成した液晶セルの両側の偏光
板をクロスニコルにして配設し、光学特性を観測
した。 第４図は電気信号の印加方向を模式的に示した
ものであり、第５図と第６図は電気信号である。
第５図はSignal(a)の波形を、第６図はSignal(b)の
波形を示す。液晶層４０に実効的に印加される電
圧波形は、伝送電極３３からの距離によつて変わ
る。尚、第４図中の４１は対向電極、４２は対向
基板を表わしている。又、４３はSignal(a)の駆動
回路で、４４はSignal(b)の駆動回路である。 さて、Signal(a)として（−12V，200μsec）の
パルスを、又Signal(b)として（8V，200μsec）の
パルスをあらかじめ同期して与える（これを消去
パルスと呼ぶ）。すると、液晶は第１図又は第２
図に示す第１の安定状態にスイツチングされ、画
素Ａ全体が明状態となる（このようにクロス偏光
板を設置した。）。この状態より第６図に示される
ような種々のパルスをSignal(a)として、第５図の
パルスに同期して与えたときの画素Ａの光学的状
態を第７図に示す。 パルス幅30μsec（第６図のに対応）、及び
60μsec（第６図のに対応）では全く明状態７２
からの変化は生じないが（第７図ａ、パルス幅
120μsec（第６図のに対応）で伝送電極３３の近
傍の液晶は、暗状態７１へスイツチングする（第
７図ｂ）。さらにパルス幅を150μsec（第６図の
に対応）、170μsec（第６図のに対応）と長くし
た場合には暗状態の領域は図示の如く広くなり
（それぞれ第７図ｃとｄに対応）、パルス幅
200μsec（第６図のに対応）にて画素Ａ全体が暗
状態にスイツチングされる（第７図ｅに対応）。
このようにして、階調性のある画像を得ることが
できる。 以上の例は、階調信号として第６図に示した同
一電圧値でパルス幅の異なる信号を与えるもので
あつた。一方、本発明の原理に基づいて階調信号
を同一パルス幅で電圧値の異なる波形によつて作
ることもできる。その電圧値としては、例えばパ
ルス幅を180μsecと固定した場合、（）−2V、
（）−3V、（）−4V、（）−5V、（）−6V、
（）−9Vと選択することができる。又、パルス
幅を特定のパルス幅に設定し、そのパルス数を変
調することによつても、同様の階調表示を行なう
ことができる。 さて、単純マトリクス電極による大画素容量デ
イスプレイを構成するには、第８図のようにする
ことができる。８２は画素電極に対応する信号
（表示）電極群である。８３は伝送電極群であつ
て、画像情報に応じた階調信号が印加される。８
４は対向電極に対応する走査電極群である。８５
は走査電極群の長手方向での電気信号の遅延を防
止するために設けた補助配線である。 以下、第８図に基づいて本発明をより具体的に
説明する。 走査電極群８４を下記の通りとした。 長さ；210mm ピツチ；250μm 幅；230μm 材質；ITO（シート抵抗20Ω／□） 補助配線８５； Ａストライプ 幅 20μm×２ 厚さ 1000Å （シート抵抗0.4Ω／□） 信号（表示）電極群８２を下記のとおりとし
た。 長さ；298mm ピツチ；250μm 幅；230μm 材質；Ge；ゲルマニウム （シート抵抗５×107Ω／□） 伝送電極８３；Ａストライプ 幅20μm×１ 厚さ1000Å （シート抵抗0.4Ω／□） 走査パルス；電圧＋12V （線順次駆動） 幅 200μsec 階調信号パルス；電圧−9V〜＋9V間５階調 幅 200μsec 液晶材料； ｐ−ｎ−オクチルオキシ安息香酸−
p′−（２−メチルブチルオキシ）フエニルエス
テルとｐ−ｎ−ノニルオキシ安息香酸−p′−
（２−メチルブチルオキシ）フエニルエステル
を主成分とした強誘電性液晶 液晶の層厚；約1μm 又、本発明では、前述の伝送電極８３としては
アルミニウムフイルムの他に、金、銅、銀、クロ
ムなどの金属フイルムを用いることができ、一般
的にシート抵抗102Ω／□以下とすることが好ま
しい。又、表示電極群８２としては、シート抵抗
102〜109Ω／□となるGeなどの半金属フイルム
あるいは酸化金属フイルムなどを用いることがで
きる。 さて、本発明における表示電極８２の抵抗値
と、伝送電極８３の抵抗値とは表示電極８２の長
手方向で液晶層に印加される電圧にバラツキを与
えないために、又表示電極８２の短手方向では有
効に階調効果を与え得るためには、適正な値に設
定されなければならない。その条件は、伝送電極
線８３の信号電源側からみた抵抗値をr1（Ω）、該
伝送電極８３に接続されているすべての表示電極
８２に対応する静電容量をCt（Ｆ）とし又、一つ
の画素に対応する表示電極８２の伝送電極８３側
から見た抵抗値をr2（Ω）、静電容量をCe（Ｆ）と
すると、 r1Ct＜r2Ce ……(1) となる。 尚、先に述べた第７図に基づく実施例で確認し
てみると、 r10.4298×103／20〓６×103Ω Ct3nF r2５×107Ω Ce3pF より r1Ct18μsec r2Ce150μsec となり、条件(1)を満足している。 以上述べた実施例では、走査信号を印加する走
査電極８４は充分に抵抗を低くしておき、情報信
号を印加するラインの表示電極８２の抵抗を高く
することによつて、階調表現を実現した。しか
し、本発明の原理をそのまま適用すれば、走査信
号が印加される走査電極８４に遅延効果を与え、
又情報信号が印加される表示電極８２は充分に抵
抗を低くすることによつても先の実施例と同様の
階調表現効果を得ることができる。即ち、先の実
施例で用いたマトリクス構成の液晶セルと全く同
じもので、走査電極群８４と信号電極群８２の役
割を入れ換えて駆動したところ、やはり極めて良
好な階調表現を得ることができた。 さらに別の応用例として、走査電極群８４と信
号電極群８２に、それぞれ伝送電極３３及び３
３′を形成してもよい。この場合の一画素内にお
ける階調表現例を第９図に示す。 ［発明の効果］ １ 伝送電極（或いは表示電極）の端部に入力さ
れる電気信号は伝送電極を速いスピードで伝搬
し、その後に遅延機能を有する表示電極を伝搬
していく。従つて、表示電極の長手方向（図中
３２″）での電気信号の不均一は極めて少なく
なり、その方向での光学変調素子に印加される
電圧は均一化される。 ２ 表示電極面内での電圧分布（３２′方向）を
利用し、入力信号として電圧値或いはパルス幅
或いはパルス数等によつて変調された階調信号
を印加することにより階調表示を行うことがで
きる。
第１図及び第２図は、本発明で用いる強誘電性
液晶を模式的に表わす斜視図である。第３図は、
本発明で用いる伝送電極と表示電極を表わす斜視
図である。第４図は、本発明の光学変調素子の断
面図である。第５図は走査信号を表わし、第６図
は階調信号を表わす図。第７図ａ〜ｅは画素Ａに
おける明状態と暗状態の態様を模式的にスケツチ
した説明図である。第８図は、本発明で用いるマ
トリクス電極を表わす平面図である。第９図ａ〜
ｅは、画素Ａにおける明状態と暗状態の別の態様
を模式的にスケツチした説明図である。
液晶を模式的に表わす斜視図である。第３図は、
本発明で用いる伝送電極と表示電極を表わす斜視
図である。第４図は、本発明の光学変調素子の断
面図である。第５図は走査信号を表わし、第６図
は階調信号を表わす図。第７図ａ〜ｅは画素Ａに
おける明状態と暗状態の態様を模式的にスケツチ
した説明図である。第８図は、本発明で用いるマ
トリクス電極を表わす平面図である。第９図ａ〜
ｅは、画素Ａにおける明状態と暗状態の別の態様
を模式的にスケツチした説明図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 相対向する導電膜と、該相対向する導電膜間
に配置した、印加電圧の極性に応じて第１の配向
状態と第２の配向状態とを生じる強誘電性液晶と
を有する画素であつて、該画素の相対向する導電
膜のうち少なくとも一方の導電膜に１本の金属で
形成した電送電極が設けられ、該１本の電装電極
に電圧を印加することによつて、該導電膜に、該
印加電圧より遅延されて印加された遅延電圧を生
じる様に構成した画素を複数の行及び列に沿つて
複数配列し、行上の画素が走査線で共通に接続さ
れ、列上の画素が情報線で共通に接続されてなる
光学変調手段、及び 走査線を順次走査することによつて走査選択し
た走査線上の画素の導電膜間に、前記１本の電送
電極への電圧の印加によつて生じる遅延電圧に基
いた電位差が生じる様に、走査線に走査信号を印
加し、該走査信号と同期して情報線に階調に基い
た情報信号を印加する第１の手段と、該情報信号
の印加に先立つて、該走査選択した走査線上の画
素に、該画素の光学状態を一様な状態に消去する
のに十分な電圧を印加する第２の手段とを有する
電圧印加手段を有することを特徴とする光学変調
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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