JPH06118418A - Optical modulation element - Google Patents

Optical modulation element

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Publication number
JPH06118418A
JPH06118418A JP29093492A JP29093492A JPH06118418A JP H06118418 A JPH06118418 A JP H06118418A JP 29093492 A JP29093492 A JP 29093492A JP 29093492 A JP29093492 A JP 29093492A JP H06118418 A JPH06118418 A JP H06118418A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
island
electrodes
modulation element
optical modulation
Prior art date
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Pending
Application number
JP29093492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Fujiwara
良治 藤原
Shuzo Kaneko
修三 金子
Tomoko Maruyama
朋子 丸山
Tomoko Murakami
智子 村上
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP29093492A priority Critical patent/JPH06118418A/en
Publication of JPH06118418A publication Critical patent/JPH06118418A/en
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Abstract

PURPOSE:To make orientation uniform and to suppress the hysteresis and unstability of V-T characteristics intrinsic to active matrix driving and half tone display using a ferroelectric liquid crystal by using the assemblage of island structural bodies having an inclination of a specified angle for oriented films. CONSTITUTION:The oriented layers of the optical modulation element for driving picture elements in gradation by forming a ferroelectric liquid crystal layer and the picture elements clamping the oriented layers to orient this liquid crystal layer between a pair of electrodes 1 and applying the external corresponding to gradation signals between the electrodes 1 are the assemblage of the island structural bodies 2 having the specified angle theta of inclination with the electrodes 1. More preferably, the thickness of the island structural bodies 2 is <=100Angstrom , the average grain size is 50 to 300Angstrom , the presence ratio to the areas of the respective picture elements is >=5% to <=80% and the angle inclination theta with the electrodes 1 is 80 to 90 deg.. As a result, the problems, such as hysteresis and unstability, are solved and the even and uniform orientation is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、階調表示を行なうため
の光学変調素子に関し、特に少なくとも2つの安定状態
を有する液晶、例えば強誘電性液晶を用いた階調表示用
液晶素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical modulation element for gradation display, and more particularly to a gradation display liquid crystal element using a liquid crystal having at least two stable states, for example, a ferroelectric liquid crystal.

【0002】[0002]

【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
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。
2. Description of the Related Art In a conventional liquid crystal television panel using an active matrix driving system, thin film transistors (TFTs) are arranged in a matrix for each pixel, and a gate-on pulse is applied to the TFTs to establish a conduction state between a source and a drain. At this time, a video image signal is applied from a source and stored in a capacitor, and a liquid crystal (for example, twisted nematic: TN-liquid crystal) is driven corresponding to the stored image signal, and at the same time, a voltage of the video signal is modulated. Is used for gradation display.

【0003】しかしながら、このようなTN液晶あるい
はSTN(スーパーツイステッド・ネマチック)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
ネルでは応答速度が数百ミリ秒と遅く、今後展開の期待
されるEDさらにはHD(high vision)対
応のテレビ駆動に用いた場合、残像が残る等の欠点が生
じるという問題点がある。
However, in an active matrix drive type television panel using such a TN liquid crystal or STN (super twisted nematic) liquid crystal, the response speed is as slow as several hundred milliseconds, and further ED which is expected to be developed in the future. When it is used for driving a television compatible with HD (high vision), there is a problem in that a defect such as an afterimage remains.

【0004】一方、双安定性を有する強誘電性液晶は数
百マイクロ秒と応答速度が速いので、このような強誘電
性液晶をテレビの階調駆動に用いる試みが最近なされは
じめている。
On the other hand, since a ferroelectric liquid crystal having bistability has a high response speed of several hundred microseconds, attempts have recently been made to use such a ferroelectric liquid crystal for gradation driving of a television.

【0005】その方式の一例として強誘電性液晶の電荷
制御駆動がある。これは強誘電性液晶のドメイン反転面
積(a)と注入電荷量(q)との間に
An example of the method is charge control drive of a ferroelectric liquid crystal. This is between the domain inversion area (a) of the ferroelectric liquid crystal and the injected charge amount (q).

【0006】[0006]

【数1】 なる相関があることを利用したもので、強誘電性液晶の
各画素ごとに反転面積に相当する電荷量を注入すること
で階調表示を行なうというものである。
[Equation 1] The gradation display is performed by injecting an electric charge amount corresponding to the inversion area into each pixel of the ferroelectric liquid crystal.

【0007】上記電荷制御駆動は、双安定を有する強誘
電性液晶を用いた階調表示には非常に有効な手段である
が、同時にいくつかの欠点を有する場合がある。
The charge control drive is a very effective means for gradation display using a bistable ferroelectric liquid crystal, but it may have some drawbacks at the same time.

【0008】そのひとつに、電圧−透過率特性における
ヒステリシス現象がある。以下その現象を説明する。
One of them is a hysteresis phenomenon in the voltage-transmittance characteristic. The phenomenon will be described below.

【0009】図6は、一般に用いられる強誘電性液晶素
子の構成図である。図6において、14,14’は基
板、13,13’は透明導電層、12,12’は絶縁
層、10,10’は配向層、11は強誘電性液晶層であ
る。
FIG. 6 is a block diagram of a commonly used ferroelectric liquid crystal element. In FIG. 6, 14 and 14 'are substrates, 13 and 13' are transparent conductive layers, 12 and 12 'are insulating layers, 10 and 10' are alignment layers, and 11 is a ferroelectric liquid crystal layer.

【0010】図7は、強誘電性液晶を用いてアクティブ
マトリクス電荷制御駆動で階調表示を行なう時の等価回
路である。図中T11,T12,T21,T22,‥‥はアクテ
ィブマトリクス駆動のスイッチング素子に用いる薄膜ト
ランジスタ(TFT)を示している。LC11,LC12
LC21,LC22,‥‥はそれぞれの薄膜トランジスタT
11,T12,T21,T22,‥‥のドレイン電極4,4’,
4'',4''' ,‥‥と対向電極8とによって挟持された
強誘電性液晶からなる画素である。C11,C12,C21
22,‥‥はゲート線1a,1a’,‥‥とドレイン電
極4,4’,4'',4''' とによって形成される駆動信
号電荷蓄積用のコンデンサを示している。
FIG. 7 is an equivalent circuit when gradation display is performed by active matrix charge control drive using a ferroelectric liquid crystal. In the drawing, T 11 , T 12 , T 21 , T 22 , ... Show thin film transistors (TFTs) used for active matrix driving switching elements. LC 11 , LC 12 ,
LC 21 , LC 22 , ... Are respective thin film transistors T
11 , T 12 , T 21 , T 22 , ... Drain electrodes 4, 4 ',
Pixels composed of a ferroelectric liquid crystal sandwiched by 4 ″, 4 ′ ″, ... And a counter electrode 8. C 11 , C 12 , C 21 ,
C 22 ... Shows capacitors for accumulating drive signal charges formed by the gate lines 1a, 1a ', ... And the drain electrodes 4, 4', 4 ", 4 '".

【0011】さて、上記回路を用いて各画素に図8
(a)のような駆動波形で1周期16.7mS(60H
z)のリセットパルス81と各階調に応じた書き込みパ
ルス82を印加すると、図8(b)に示すような透過率
(T)を生ずる。このときの83で示す透過率がほぼ8
2の書き込みパルスに対応する透過率である。さてこの
ような駆動波形で書き込みパルス82に対する透過率8
3をプロットしたものが、上述した電圧−透過率特性で
ある。その一例を図9に示す。図から明らかなように、
電圧昇圧時94と降圧時95との間で透過率の異なるい
わゆるヒステリシス現象が認められる。
Now, using the above circuit, each pixel shown in FIG.
With a drive waveform as shown in (a), one cycle is 16.7 mS (60 H).
When the reset pulse 81 of z) and the write pulse 82 corresponding to each gradation are applied, the transmittance (T) as shown in FIG. 8B is generated. At this time, the transmittance indicated by 83 is about 8
It is the transmittance corresponding to the writing pulse of 2. Now, with such a driving waveform, the transmittance of the writing pulse 82 is 8
The plot of 3 is the voltage-transmittance characteristic described above. An example thereof is shown in FIG. As is clear from the figure,
A so-called hysteresis phenomenon in which the transmittance is different between when the voltage is increased 94 and when the voltage is decreased 95 is observed.

【0012】上記ヒステリシス現象を定性的に説明した
のが図10である。図10(a)は図9の94に相当し
ている。すなわち、黒ドメインを減少させる方向であり
駆動の面から見ると、リセット後、白を書き込む必要が
ある。一方、図10(b)は黒ドメインを増加させる方
向であり、駆動の面から見るとリセット後白を書き込む
必要がない。すなわち、書き込みパルスについて見た場
合、前者(94)は後者(95)と比較して、より大き
な電圧を必要とすることになる。
FIG. 10 is a qualitative explanation of the above hysteresis phenomenon. FIG. 10A corresponds to 94 in FIG. That is, it is in the direction of reducing the black domain, and in terms of driving, it is necessary to write white after reset. On the other hand, FIG. 10B shows a direction in which the black domain is increased, and it is not necessary to write white after reset in terms of driving. That is, in the case of the write pulse, the former (94) requires a larger voltage than the latter (95).

【0013】以上述べたように、図8(a)のような駆
動法で電荷制御方式により階調表示を行なう場合、必然
的に電圧−透過率特性にヒステリシス現象が生じる。
As described above, when the gradation display is performed by the charge control method by the driving method as shown in FIG. 8A, a hysteresis phenomenon naturally occurs in the voltage-transmittance characteristic.

【0014】さらに加えて、上記のようなアクティブマ
トリクス駆動を行なった場合、駆動時の長時間にわたる
直流電圧(DC)成分の連続印加により、液晶の応答が
阻害されるという問題も生じる。この原因としては、上
記DC成分により、液晶の内部イオンの偏在が誘起さ
れ、これが電界を形成するためと考えられる。
In addition, when the above active matrix driving is performed, there is a problem that the response of the liquid crystal is disturbed by the continuous application of the direct current voltage (DC) component for a long time during driving. It is considered that this is because the DC component induces uneven distribution of internal ions in the liquid crystal, which forms an electric field.

【0015】図8(a)に示す駆動波形を印加した場合
に生ずる現象を図11に示す。図11より、くり返しパ
ルス印加により透過率が次第に減少する様子が明確にわ
かる。
FIG. 11 shows a phenomenon that occurs when the drive waveform shown in FIG. 8A is applied. It can be clearly seen from FIG. 11 that the transmittance gradually decreases due to the repeated pulse application.

【0016】図12を用いてこの現象を説明する。図8
(a)に示す波形では液晶から見て幾何学的にはプラス
のDC成分が過剰に印加される。図12は、このDC成
分がどのように液晶に作用するかを示している。図12
において、プラスのDC成分の印加により、絶縁層部1
0,10’と液晶部分11との間に電荷の蓄積が起こ
り、この電荷蓄積成分による液晶分圧がマイナス方向と
なり、この結果次第に「白」書込みがされ難くなる。
This phenomenon will be described with reference to FIG. Figure 8
In the waveform shown in (a), a positive DC component is excessively applied geometrically as viewed from the liquid crystal. FIG. 12 shows how this DC component acts on the liquid crystal. 12
At the time, by applying a positive DC component, the insulating layer portion 1
Charges are accumulated between 0, 10 'and the liquid crystal portion 11, and the partial pressure of the liquid crystal due to the charge accumulation component is in the negative direction. As a result, "white" writing becomes difficult to be performed.

【0017】上記のようなヒステリシス現象やDC成分
による不安定性はアクティブマトリクス方式で階調表示
を行なう場合、画素表示電圧が一義的に決められないた
め、非常に大きな問題となっている。
The above hysteresis phenomenon and instability due to the DC component are very serious problems when the gradation display is performed by the active matrix method because the pixel display voltage cannot be uniquely determined.

【0018】上記問題を解決するため配向膜の導電化や
用いる液晶の低抵抗化等の試みが行なわれている。しか
し、いくつかの例(特願平3−63200号)を除く
と、これらの試みによって均一なユニフォーム配向が得
られなくなるという弊害を生じる。
In order to solve the above problems, attempts have been made to make the alignment film conductive and to reduce the resistance of the liquid crystal used. However, except for some examples (Japanese Patent Application No. 3-63200), these attempts have an adverse effect that uniform uniform orientation cannot be obtained.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
のような欠点を解消した光学変調素子を提供することで
あり、詳しくは上記ヒステリシス現象を低減させ、かつ
不安定性の少ない光学変調素子を、その配向が均一なユ
ニフォーム配向の状態で提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical modulation element which has solved the above-mentioned drawbacks, and more specifically, an optical modulation element which reduces the above hysteresis phenomenon and is less unstable. In a uniform uniform orientation.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、一対の電極間に強誘電性液晶層および
該液晶層を配向せしめる配向層を挟持した画素を形成
し、前記電極間に階調信号に応じた外部電圧を付与する
ことによって前記画素を階調駆動せしめる光学変調素子
において、前記配向層が前記電極に対して一定の傾斜角
度を有する島状構造体の集合であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, a pixel in which a ferroelectric liquid crystal layer and an alignment layer for orienting the liquid crystal layer are sandwiched between a pair of electrodes is formed, and the electrode is formed. In the optical modulation element for driving the pixel in gradation by applying an external voltage according to a gradation signal, the alignment layer is a group of island-shaped structures having a certain inclination angle with respect to the electrode. It is characterized by

【0021】本発明の好ましい実施例において、前記島
状構造体は、厚さが100Å以下、平均径が50〜30
0Å、各画素の面積に対する存在比率が5%以上80%
以下であり、前記電極に対する角度傾斜が80〜90°
である。
In a preferred embodiment of the present invention, the island structure has a thickness of 100 Å or less and an average diameter of 50 to 30.
0Å, existence ratio for each pixel area is 5% or more and 80%
And the angle inclination with respect to the electrode is 80 to 90 °.
Is.

【0022】[0022]

【作用】本発明によれば、階調表示を行なうアクティブ
・マトリクス光学変調素子において、配向層に下地電極
に対して一定の角度に傾いた島状構造体の集合体を用い
る。これにより、上記ヒステリシス現象・不安定性とい
った問題点を解消し、かつ均一なユニフォーム配向を得
ることができる。
According to the present invention, in an active matrix optical modulation element for displaying gray scales, an assembly of island-shaped structures tilted at a certain angle with respect to a base electrode is used as an alignment layer. As a result, the problems such as the hysteresis phenomenon and instability described above can be eliminated, and uniform uniform orientation can be obtained.

【0023】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。
The optical modulator that can be used in the present invention includes
Has a first optically stable state (eg, to form a bright state) and a second optically stable state (eg, to form a dark state) in response to an applied electric field; A substance having two stable states, particularly a liquid crystal having such a property, is most suitable.

【0024】本発明の光学変調素子で用いることができ
る少なくとも2つの安定状態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”(LEJOURN AL DE PH
YSIQUE LETTRE”)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 Liqu
id Crystals」);“アプライド・フィジイ
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・バイスティブル・エレクト
ロオプティック・スイッティング・イン・リキッド・ク
リスタルズ」(「Submicro Second B
istable Electro−optic Swi
tching in Liquid Crystal
s」);および固体物理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。
As the liquid crystal having at least two stable states which can be used in the optical modulator of the present invention, a chiral smectic liquid crystal having ferroelectricity is most preferable, among which, a chiral smectic C phase (SmC *),
H phase (SmH *), I phase (SmI *), F phase (SmF
*) And G-phase (SmG *) liquid crystals are suitable. For this ferroelectric liquid crystal, please refer to "LE JOURNAL AL DE PH".
YSIQUE LETTR ") Volume 36 (L-69)
"Ferroelectric Liquid Crystals" (1975)
id Crystals ");" Applied Physics "(" Applied Physics ")
Letters ") Vol. 36, No. 11, 1980," Submicro Second Bistable Electro-Optic Switching In Liquid Crystals "(" Submicro Second B ").
istable Electro-optic Swi
tching in Liquid Crystal
s "); and Solid State Physics 16 (141) 1981" Liquid Crystal "and the like, and the ferroelectric liquid crystal disclosed therein can be used in the present invention.

【0025】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(DO
BAMBC)、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(HOBACP
C)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。
More specifically, as an example of the ferroelectric liquid crystal compound used in the present invention, desyloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbutyl cinnamate (DO
BAMBC), hexyloxybenzylidene-P'-amino-2-chloropropyl cinnamate (HOBACP
C) and 4-o- (2-methyl) -butylresorcylidene-4′-octylaniline (MBRA8) and the like.

【0026】これらの材料を用いて素子を構成する場
合、液晶化合物を、それがSmC*、SmH*、SmI
*、SmF*、またはSmG*となるような温度状態に
保持するため、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。
When a device is formed by using these materials, the liquid crystal compound is SmC *, SmH *, SmI.
In order to maintain a temperature state of *, SmF *, or SmG *, the element can be supported by a copper block or the like in which a heater is embedded, if necessary.

【0027】図13は、強誘電性液晶セルの例を模式的
に描いたものである。131と131’は、In2
3 、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132がガラス面に垂直になる
ように配向したSmC*相の液晶が封入されている。太
線で示した線133が液晶分子を表わしており、この液
晶分子133は、その分子に直交した方向に双極子モー
メント(P⊥)134を有している。基板131と13
1’上の電極(図示せず)間に一定の閾値以上の電圧を
印加すると、液晶分子133のらせん構造がほどけ、双
極子モーメント(P⊥)134はすべて電界方向に向く
よう、液晶分子133の配向方向を変えることができ
る。液晶分子133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、したがって例
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、図14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またはP’は上向き
(144)または下向き(144’)のどちらかの配向
状態をとる。このようなセルに図14に示す如く一定の
閾値以上の極性の異なる電界EまたはE’を付与する
と、双極子モーメントは電界EまたはE’の電界ベクト
ルに対応して上向き144または下向き144’と向き
を変え、それに応じて液晶分子は第1の安定状態143
(明状態)かあるいは第2の安定状態143’(暗状
態)の何れか一方に配向する。
FIG. 13 schematically shows an example of a ferroelectric liquid crystal cell. 131 and 131 'are In 2 O
3 , a substrate (glass plate) coated with a transparent electrode such as SnO 2 or ITO (Indium-Tin-Oxide), between which the liquid crystal molecular layer 132 is oriented so that it is perpendicular to the glass surface. Liquid crystal is enclosed. A thick line 133 represents a liquid crystal molecule, and the liquid crystal molecule 133 has a dipole moment (P⊥) 134 in a direction orthogonal to the molecule. Boards 131 and 13
When a voltage equal to or higher than a certain threshold is applied between the electrodes (not shown) on 1 ′, the helical structure of the liquid crystal molecules 133 is unraveled, and all the dipole moments (P⊥) 134 are oriented in the direction of the electric field. The orientation direction of can be changed. The liquid crystal molecule 133 has an elongated shape, and exhibits refractive index anisotropy in the major axis direction and the minor axis direction thereof. Therefore, for example, if polarizers arranged in a crossed Nicol positional relationship are placed above and below a glass surface. It is easily understood that the liquid crystal optical modulation element has optical characteristics that change depending on the polarity of voltage application. When the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, 1 μm), as shown in FIG. 14, the helical structure of the liquid crystal molecules is unwound (non-helical structure) even when no electric field is applied, and the dipole The moment P or P ′ takes either an upward (144) or downward (144 ′) orientation state. When an electric field E or E'having a polarity different from a certain threshold value is applied to such a cell as shown in FIG. 14, the dipole moment becomes upward 144 or downward 144 'corresponding to the electric field vector of the electric field E or E'. The liquid crystal molecules are turned to the first stable state 143 accordingly.
It is oriented in either the (bright state) or the second stable state 143 '(dark state).

【0028】このよう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の点を例えば図14によって説明す
る。電界Eを印加すると液晶分子は第1の安定状態14
3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143が維持され、また、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143’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、セルとしてはできるだけ薄い方が
好ましく、一般的には0.5μm〜20μm、特に1μ
m〜5μm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
えば米国特許4,367,924号や4,840,46
2号明細書で提案されている。
There are two advantages of using such a ferroelectric liquid crystal as an optical modulator. Firstly, the response speed is extremely fast, and secondly, the alignment of the liquid crystal molecules has bistability. The second point will be described with reference to FIG. 14, for example. When an electric field E is applied, the liquid crystal molecules are in the first stable state 14
Although the first stable state 143 is maintained even when the electric field is cut off, the liquid crystal molecules are aligned in the second stable state 143 ′ when an electric field E ′ of the opposite direction is applied. It changes the direction of the molecule, but it keeps this state even when the electric field is cut off, and has a memory function in each stable state. In order to effectively realize such a high response speed and bistability, the cell is preferably as thin as possible, generally 0.5 μm to 20 μm, and particularly 1 μm.
m to 5 μm is suitable. A liquid crystal-electro-optical device having a matrix electrode structure using a ferroelectric liquid crystal of this type is disclosed, for example, in U.S. Pat. No. 4,367,924 and 4,840,46.
No. 2 specification.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0030】実施例1 図2は本発明の一実施例に係る配向膜を持った光学変調
素子の基本的な構成図である。図2において23,2
3’は基板、22,22’はITO膜からなる透明導電
膜、20,20’は本発明の特徴とする角度傾斜を持っ
た島状構造体の集合からなる配向膜、21は強誘電性液
晶層である。
Example 1 FIG. 2 is a basic configuration diagram of an optical modulator having an alignment film according to an example of the present invention. In FIG. 2, 23, 2
3'is a substrate, 22 and 22 'are transparent conductive films made of ITO film, 20 and 20' are alignment films made of a group of island-shaped structures having an angle inclination, which is the feature of the present invention, and 21 is a ferroelectric. It is a liquid crystal layer.

【0031】なお、基板23,23’は両面研磨処理を
施した1.1mm厚の無アルカリガラス(HOYA製N
A40)である。ITO膜22,22’はO2 中の反応
性RFイオンプレーティング法により700Å形成され
ている。
The substrates 23 and 23 'were made of 1.1 mm-thick non-alkali glass (N-made by HOYA) which was polished on both sides.
A40). The ITO films 22 and 22 'are formed to 700 Å by the reactive RF ion plating method in O 2 .

【0032】図1は図2の光学変調素子の1画素におけ
る配向膜の形状を詳細に説明する図である。図1におい
て、(a)は図2の光学変調素子の1画素の上面図、
(b)はそのITO膜上の配向膜の断面図を示してい
る。図1において、1はITO膜、2は角度傾斜を持っ
た島状構造体で、本実施例ではSiOx で作製した。こ
こで角度傾斜は図中のITO膜との角度θのことであ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining in detail the shape of the alignment film in one pixel of the optical modulator of FIG. 1, (a) is a top view of one pixel of the optical modulator of FIG.
(B) shows a cross-sectional view of the alignment film on the ITO film. In FIG. 1, 1 is an ITO film, 2 is an island-shaped structure having an angle inclination, and is made of SiO x in this embodiment. Here, the angle inclination means an angle θ with the ITO film in the figure.

【0033】図3は上記島状構造体を作製する装置図で
ある。図3において、30は真空チャンバ、31はIT
O膜が蒸着されたガラス基板、32はSiOの分子ビー
ム源、33は分子ビーム源の電源、34はO2 ボンベ、
35は基板31を送るローラ、36はロータリーポン
プ、37はメカニカルブースターポンプ、38はクライ
オポンプ、39はバルブ、310はスリットである。
FIG. 3 is an apparatus diagram for producing the island structure. In FIG. 3, 30 is a vacuum chamber and 31 is IT.
A glass substrate on which an O film is deposited, 32 a molecular beam source of SiO, 33 a power source of the molecular beam source, 34 an O 2 cylinder,
35 is a roller for sending the substrate 31, 36 is a rotary pump, 37 is a mechanical booster pump, 38 is a cryopump, 39 is a valve, and 310 is a slit.

【0034】分子ビーム源32から出たSiO分子ビー
ムはO2 ボンベ34からのO2 の供給を得てスリット3
10を経て基板31に達する。一方、ローラ35は不規
則な角速度ωで回転しており、これにより基板31も不
規則な速度で移動している。このため基板31にはSi
Oxが付着する部分と付着のほとんどない部分が存在す
る。また基板は図中に示す如くθの傾きを持っており、
これにより角度傾斜が生じる。以上のプロセスにより、
図1のような形状の配向膜が形成される。
[0034] Molecular beam source SiO molecules 32 emanating from beam slit 3 to obtain a supply of O 2 from O 2 cylinder 34
The substrate 31 is reached via 10. On the other hand, the roller 35 rotates at an irregular angular velocity ω, which causes the substrate 31 to move at an irregular velocity. Therefore, the substrate 31 has Si
There are a part where Ox adheres and a part where there is almost no adherence. Also, the board has a tilt of θ as shown in the figure,
This causes an angle tilt. Through the above process,
An alignment film having a shape as shown in FIG. 1 is formed.

【0035】上記のような配向膜を形成した基板にギャ
ップ剤として1.5μmφシリカビーズをIPA(イソ
プロピルアルコール)に分散してスピナー塗布し、乾燥
後シール剤を印刷して、同様の基板と重ね合わせてセル
を作成し、その中に強誘電性液晶を注入して光学変調素
子を作成した。
1.5 μmφ silica beads as a gap agent are dispersed in IPA (isopropyl alcohol) on a substrate on which the above-mentioned alignment film is formed by spinner coating, and after drying, a sealant is printed to overlay the same substrate. A cell was also prepared, and a ferroelectric liquid crystal was injected into the cell to prepare an optical modulator.

【0036】得られた光学変調素子の配向状態を偏光顕
微鏡観察したところ、均一なユニフォーム配向となって
いた。さらに基板ガラスとして80μmの薄膜ガラスを
用いて同様の素子を作製し、SmA相の液晶を注入し、
X線回折法により、プレチルト角を測定したところ、島
状構造体の存在比、形状および傾斜角θを変化させるこ
とによりプレチルト角が10°〜35°まで変化した。
The alignment state of the obtained optical modulation element was observed with a polarization microscope, and it was found that uniform alignment was obtained. Further, a similar element was prepared using 80 μm thin film glass as the substrate glass, and SmA phase liquid crystal was injected,
When the pretilt angle was measured by the X-ray diffraction method, the pretilt angle was changed from 10 ° to 35 ° by changing the abundance ratio, shape and inclination angle θ of the island-shaped structure.

【0037】上記光学変調素子の書き込み電圧−透過率
(V−T)特性を図4に41で示した。従来のポリイミ
ドラビングセルのV−T特性(図9の94,95に相
当)42と比較すると本実施例のV−T特性41は明ら
かにヒステリシスが減少していることがわかる。
The write voltage-transmittance (VT) characteristic of the above optical modulator is shown by 41 in FIG. As compared with the VT characteristics (corresponding to 94 and 95 in FIG. 9) 42 of the conventional polyimide rubbing cell, it is clear that the VT characteristics 41 of the present embodiment have a clearly reduced hysteresis.

【0038】図5に黒リセット放置時間を変化させた時
の全白書き込み応答時間の相関を示す。図5において、
51は本実施例の配向膜を用いた光学変調素子(図4の
特性41に対応)の応答時間、52は従来のポリイミド
ラビング配向膜を用いた光学変調素子(図4の特性42
に対応)の応答時間である。本実施例の配向膜を用いる
ことで明らかに不安定性が解消していることがわかる。
FIG. 5 shows the correlation of the all-white writing response time when the black reset leaving time is changed. In FIG.
Reference numeral 51 is the response time of the optical modulation element using the alignment film of this embodiment (corresponding to the characteristic 41 of FIG. 4), and 52 is the optical modulation element using the conventional polyimide rubbing alignment film (characteristic 42 of FIG. 4).
Response time). It can be seen that the instability is apparently eliminated by using the alignment film of this example.

【0039】実施例2 実施例1と同様の島状構造体の集合体からなる配向膜を
実施例1と同様の装置でSiOx の代わりにPt金属を
用いて作製した。O2 の導入は行なわず、ベース圧10
-10 torrで作製した。図3のθは85°、構造体の
厚さは40Åであった。
Example 2 An alignment film made of an aggregate of island-shaped structures similar to that in Example 1 was produced in the same apparatus as in Example 1 using Pt metal instead of SiO x . O 2 was not introduced and the base pressure was 10
It was prepared at -10 torr. In FIG. 3, θ was 85 ° and the thickness of the structure was 40Å.

【0040】上記配向膜を用いて素子化を実施例1と同
様に行ない、配向状態、V−T特性のヒステリシス、お
よび不安定性を測定した。その結果、配向は均一なユニ
フォーム配向であり、ヒステリシスおよび不安定性も従
来のポリイミドラビング配向膜素子と比較し、大幅に減
少していることを確認した。
The above alignment film was used to form a device in the same manner as in Example 1, and the alignment state, the VT characteristic hysteresis, and the instability were measured. As a result, it was confirmed that the orientation was a uniform uniform orientation, and the hysteresis and instability were significantly reduced as compared with the conventional polyimide rubbing orientation film element.

【0041】実施例3 実施例1と同様な方法で島状構造体の集合体をSiOx
の代わりにLu−フタロシアニン金属錯体の分子ビーム
を用いて作製、素子化し、配向状態、ヒステリシスおよ
び不安定性を測定した。その結果、実施例1と同様、均
一ユニフォーム配向、ヒステリシスおよび不安定性の大
幅な低減が確認できた。
Example 3 In the same manner as in Example 1, an aggregate of island-shaped structures was subjected to SiO x.
Was prepared by using a molecular beam of Lu-phthalocyanine metal complex instead of, and the alignment state, hysteresis and instability were measured. As a result, similar to Example 1, it was confirmed that uniform uniform orientation, hysteresis and instability were significantly reduced.

【0042】実施例4 実施例2と同様のPtの島状構造体の集合体を、斜方イ
オンビームスパッタ法で作製したところ、実施例2と同
様な結果が得られた。
Example 4 An aggregate of Pt island-shaped structures similar to Example 2 was produced by the orthorhombic ion beam sputtering method, and the same results as in Example 2 were obtained.

【0043】同様にAuおよびWを用いた場合も同じ結
果が得られた。
Similarly, the same results were obtained when Au and W were used.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強誘電性液晶を用いた中間調表示光学変調素子におい
て、配向膜に一定の角度傾斜を持った島状構造体の集合
体を用いることで、配向が均一ユニフォーム配向でか
つ、強誘電性液晶を用いたアクティブマトリクス駆動・
中間調表示特有のV−T特性のヒステリシス現象および
不安定性を押さえる効果がある。
As described above, according to the present invention,
In a half-tone display optical modulation element using a ferroelectric liquid crystal, by using an aggregate of island-shaped structures with a certain angle inclination for the alignment film, the alignment is uniform uniform alignment and the ferroelectric liquid crystal is formed. Active matrix drive used
It has an effect of suppressing the hysteresis phenomenon and instability of the VT characteristic peculiar to the halftone display.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係る配向膜の形状を表わ
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a shape of an alignment film according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の配向膜を用いた光学変調素子の基本的
な構成図である。
FIG. 2 is a basic configuration diagram of an optical modulation element using the alignment film of FIG.

【図3】 図1の配向膜を作製する装置図である。FIG. 3 is an apparatus diagram for producing the alignment film of FIG.

【図4】 図1の配向膜を用いた光学変調素子と従来の
素子のV−T特性曲線である。
4 is a VT characteristic curve of an optical modulation element using the alignment film of FIG. 1 and a conventional element.

【図5】 図1の配向膜を用いた光学変調素子従来の素
子の黒放置時間に対する白書き込み時間の関係をあらわ
す図である。
5 is a diagram showing a relationship between a white writing time and a black leaving time of a conventional optical modulation element using the alignment film of FIG.

【図6〜10】 それぞれ従来技術の説明図である。6 to 10 are explanatory views of a conventional technique.

【図11】 不安定性の現象図である。FIG. 11 is a phenomenon diagram of instability.

【図12】 不安定性の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of instability.

【図13,14】 強誘電性液晶を用いた光学変調素子
の原理説明図である。
13 and 14 are diagrams illustrating the principle of an optical modulator using a ferroelectric liquid crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,22,22’:透明導電膜、2:角度傾斜θを持っ
た島状構造体、20,20’:島状構造体の集合からな
る配向膜、21:強誘電性液晶層、23,23’,3
1:基板、30:真空チャンバ、32:分子ビーム源、
33:分子ビーム源の電源、34:O2 ボンベ、35:
ローラ、36:ロータリーポンプ、37:メカニカルブ
ースターポンプ、38:クライオポンプ、39:バル
ブ、310:スリット。
1, 22, 22 ': transparent conductive film, 2: island-shaped structure having an angle inclination θ, 20, 20': alignment film composed of an assembly of island-shaped structures, 21: ferroelectric liquid crystal layer, 23, 23 ', 3
1: substrate, 30: vacuum chamber, 32: molecular beam source,
33: power source of molecular beam source, 34: O 2 cylinder, 35:
Roller, 36: rotary pump, 37: mechanical booster pump, 38: cryopump, 39: valve, 310: slit.

フロントページの続き (72)発明者 村上 智子 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内Continued Front Page (72) Inventor Tomoko Murakami 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の電極間に強誘電性液晶層および該
液晶層を配向せしめる配向層を挟持した画素を形成し、
前記電極間に階調信号に応じた外部電圧を付与すること
によって前記画素を階調駆動せしめる光学変調素子にお
いて、前記配向層が前記電極に対して一定の傾斜角度を
有する島状構造体の集合であることを特徴とする光学変
調素子。
1. A pixel in which a ferroelectric liquid crystal layer and an alignment layer for aligning the liquid crystal layer are sandwiched between a pair of electrodes is formed,
In the optical modulation element for driving the pixel in gradation by applying an external voltage according to a gradation signal between the electrodes, a group of island-shaped structures in which the alignment layer has a constant inclination angle with respect to the electrodes. An optical modulation element characterized by:
【請求項2】 前記島状構造体の厚さが100Å以下で
あることを特徴とする請求項1記載の光学変調素子。
2. The optical modulator according to claim 1, wherein the island-shaped structure has a thickness of 100 Å or less.
【請求項3】 前記島状構造体の平均径が50〜300
Åであることを特徴とする請求項1記載の光学変調素
子。
3. The island-shaped structure has an average diameter of 50 to 300.
The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator is Å.
【請求項4】 前記島状構造体の存在比率が各画素の面
積に対して5%以上80%以下であることを特徴とする
請求項1記載の光学変調素子。
4. The optical modulation element according to claim 1, wherein the abundance ratio of the island-shaped structures is 5% or more and 80% or less with respect to the area of each pixel.
【請求項5】 前記島状構造体の電極に対する角度傾斜
が80〜90°であることを特徴とする請求項1記載の
光学変調素子。
5. The optical modulation element according to claim 1, wherein an angle inclination of the island-shaped structure with respect to the electrode is 80 to 90 °.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009103756A (en) * 2007-10-19 2009-05-14 Ricoh Co Ltd Liquid crystal element, spatial light modulation element, optical path deflection element and image projection device

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