JPH0785143B2 - 液晶電気光学装置 - Google Patents

液晶電気光学装置

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JPH0785143B2
JPH0785143B2 JP60207091A JP20709185A JPH0785143B2 JP H0785143 B2 JPH0785143 B2 JP H0785143B2 JP 60207091 A JP60207091 A JP 60207091A JP 20709185 A JP20709185 A JP 20709185A JP H0785143 B2 JPH0785143 B2 JP H0785143B2
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富雄 曾根原
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は強誘電性液晶組成物を用いた液晶電気光学装置
に関する。
〔発明の概要〕
本発明は強誘電性液晶組成物を用いた液晶電気光学装置
において、電圧印加のための電極面を有する溝状構造が
形成された透明基板によって液晶の封入空間を得てい
る。これにより、精密な空隙の制御、狭い空隙の形成、
縦方向の液晶層形成による新しい光学デバイスの実現を
したものである。
また、アクティブデバイスによって各素子が駆動される
マトリクス状のアレイを構成したものである。
〔従来技術〕
従来の強誘電性液晶組成物を用いた液晶電気光学装置
は、特開昭56−107216に代表されるように、基板面に対
しプラナーに液晶層が形成され強誘電性液晶のラセンを
解くために、狭い空隙を必要とするものであった。
〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕
しかし、前述の従来技術では、液晶層の空隙は強誘電液
晶組成物に依存し、現在のところ1μm程度の狭ギャッ
プを必要とする。また空隙の大きさのバラツキはリター
デーションのバラツキとなって表われるために、表示上
の不均一を生じる。このために非常に精度の良い空隙管
理を必要とした。
そこで本発明の目的は、第1に高精度で均一な液晶層の
空隙を与えるものであり、第2には縦方向に液晶層を形
成した光学デバイスを提供するところにある。また第3
には、アクティブ素子によって駆動されるマトリクス状
光スイッチアレイを提供するところにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の液晶電気光学装置は、一対の基板間に強誘電性
液晶組成物を挟持してなる液晶電気光学装置において、
一方の基板内面側に溝を有してなり、該溝内の対向する
2面には電極が各々独立して形成され且つその電極は他
方の基板と対向する面まで延出形成されてなり、該溝内
と前記一対の基板の隙間には前記強誘電性液晶組成物が
封入されてなり、該溝内の前記電極間には前記基板面と
平行な電界が印加されることを特徴とする。
〔作用〕
本発明の上記の構成によれば、透明基板に溝構造を形成
し、強誘電性液晶組成物を封止している。溝構造はケミ
カルエッチングやスパッタエッチングに代表される制御
性の良い手法によって形成できるため、1μm程度のギ
ャップを容易に形成することができる。また深さ方向に
長い溝構造を形成し、深さ方向に沿った壁面に電極を形
成することにより従来なかった縦型のセル構造を持つ強
誘電性液晶特有な高速電気光学デバイスを実現できる。
またさらに駆動用アクティブデバイス、例えば薄膜トラ
ンジスタ等を設置し、多数の電気光学デバイスを駆動可
能となる。これらの電気光学デバイス間を導光路で結合
すると、大規模な光スイッチアレイが構成できるもので
ある。
〔実施例〕
第1図は本発明の溝構造型電気光学装置の基本セルの断
面図である。透明基板1には電圧印加のための電極4を
有する溝構造が形成され、その中に強誘電性液晶組成物
5が封入されている。3は電極4が付設された対向基板
である。この基本セルは例えば透明基板としてソーダラ
イムガラスや石英ガラス等のガラス、あるいは透光性セ
ラミック、透光性単結晶を用いることができる。溝形成
は基板材質に適した化学エッチングや異方性エッチング
を用いる。例えば石英ガラスを用いて、シャープな端面
を得る場合、C2F2とC2H4ガスによる反応性イオンエッチ
ングを用いた。
強誘電性液晶組成物としては、公知例中に記載のDOBAMB
C(P−デシクロベンジリデン P′−アミノ−2−メ
チルブチル シンナメート)を初めとして、スメクチッ
クC液晶が適している。また配向方法は、第1図の場
合、基板電極面に対して平行となる配向をポリイミドの
ラビングによって得ている。なお溝の深さは約4μmで
ある。
第1図の基本セルの動作は、上下に配置された電極間に
駆動電圧が与えられるため、前述の強誘電性液晶パネル
と同様な双安定性スイッチングである。従って基本セル
中での液晶分子の動きは、電極面と平行な面内での配向
方向の変化である。
基本セル2への光の透過方向は第2図に示すように電極
面に垂直6、平行7,8、さらに各々6,7,8光線から傾射し
た方向9,10,11がある。
液晶表示パネルとして前述の従来技術で用いられている
のは、6,9の入射方向の光に対する電界効果複屈折モー
ドである。第1図の基本セルは6,9に示される光線方向
に加え、電極面に平行な光線を変調する光デバイスであ
ることに特長がある。
第3図(a),(b)、第4図(a),(b)、第5図
(a),(b)は電極面に平行に入射する光に対する基
本的な変調モードを示している。
第3図(a),(b)は強誘電性液晶のダイレクター12
方向変化に伴う屈折率の変化を用いた全反射モードを示
す。透明基板1の屈折率は液晶の常光屈折率に一致さ
せ、第3図(a)状態では液晶層は低屈折率のため光線
13は透過、第3図(b)状態では液晶層が光線に対し高
屈折率となり液晶と透明基板界面で全反射される。第2
図9,10に示す光線がこのモードを用いることができる。
第4図(a),(b)は複屈折による偏光面変化を用い
るモードである。基本セルに入射した電極に平行な偏光
面を持つ偏光が液晶層で偏光面の変化を受け、出射側検
光子14によって強度の変化に変わるものである。この場
合液晶の配向は第4図(a)透過、(b)消光の双安定
状態をとれるように基板のラビング方向が決められてい
る。第2図6,7に示す光線がこのモードに適している。
第5図(a),(b)は導光路型モードを示している。
これは導光路自体15、もしくは導光路周囲の媒質の屈折
率を変化させ、導光路としての機能の有無をスイッチン
グするものである。第5図(a)はコア部である液晶層
が高屈折率のため導光路として機能している場合、第5
図(b)はコア部と周辺部の屈折率がほぼ一致し導光路
として機能しない場合であり、これらは液晶の複屈折と
透明基板の屈折率を選択することによって得られてい
る。第5図の場合は導光路の屈折率を変化させている。
このような変調モードを有する基本セルは、複合化する
ことができる。第6図はその一例であり第3図(a),
(b)に示した全反射モード基本セルを同一透明基板内
に複数集積化した光スイッチアレイである。第6図は6
×9の基本セルアレイから成り、各基本セルは強誘電性
液晶組成物5、下側電極と対向基板側電極4から構成さ
れている。入射した光線13は基本セルの液相と透明基板
の界面で透過もしくは全反射され、基本セルへの印加電
圧によって光路の選択がされていく。この光路選択が次
々に行なわれることによって、入射光線は多数の出射ポ
ートから1つを選択することが可能である。例えば光線
14は2行3列目(以下((2,3))と記す)、(2,4)(2,
5)の基本セルが全反射状態であるために、第6図太線
で示す光路を選択して出射している。基本セルの状態の
選択は、強誘電性液晶のSSFLC(表面安定化強誘電液
晶)モードの駆動手法によって行なわれる。SSFLCモー
ドはメモリー性と電圧に対するしきい値特性によって多
数の要素から選択要素を分けるものである。
またさらに第6図は点対称の2つの光スイッチアレイを
同一透明基板に構成している。第6図一点鎖線15は2つ
の光スイッチアレイの機能分離線を示している。
使用している光源は、光線がコリメートされていると使
い易く、レーザー光が最も適している。
また、基本セルと基本セルの間は薄膜導光路で結合する
と光路の方向精度が向上し、光の伝播損失が減少するな
どメリットが多い。この薄膜導光路はガラス基板への金
属イオンの移入法、高分子薄膜によって得ることができ
る。
第7図は各基本セル2に駆動用素子16を接続した光スイ
ッチアレイの平面図である。前述のSSFLCモードにおい
て完全なメモリー性が得られない場合や、明確なしきい
特性が得られない場合に、液晶の特性を補完するために
用いられる。第7図は第6図と同様15の一点鎖線で分け
られる2つの光スイッチアレイが1つの透明基板上に構
成され、各基本セルにはTFT(薄膜トランジスタ)や双
方向性ダイオードが接続されている。これらの駆動用素
子はエレクトロニクス オーム社1985年6月号P.39〜4
3,P.76〜79に示すように液晶層への電荷保持用のスイッ
チ機能を発揮する。
次に本発明の溝状構造を基板の深さ方向により深くした
縦型セルの場合を説明する。
第8図は本発明の縦型セルの断面図を示している。透明
基板1には異方性エッチング手段を用いて巾2μm、深
さ4μmの溝17を形成した。本実施例ではソーダライム
ガラスを透明基板と対向基板3に用いた。異方性エッチ
ング手段は本実施例では反応性イオンエッチングを用い
た。次に透明導電膜による電極4を第9図に示すような
斜方蒸着法によって各溝の壁面に形成した。18は蒸着源
である。次に溝壁面以外の透明基板上の電極は所定の形
状にフォトエッチングされる。強誘電性液晶組成物5の
配向は第9図に示す斜方蒸着法や、有機薄膜のコーティ
ングによって得ることができる。強誘電性液晶組成物5
は透明基板1と対向基板3によって封止され、縦型セル
を構成している。
第8図の場合、強誘電性液晶組成物には壁面電極によっ
て横方向の電界が加わるために前述の、SSFLCモードで
は電極面に平行な平面内で液晶のダイレクタ方向の変化
が生じる。このため第8図13に示す光線に対して屈折率
の変調がかけられない。そこで光線13を偏光し、強誘電
性液晶層でのリターダンスの大きさを変調するスイッチ
ングモードを採用した。また、同じく強誘電性液晶の動
的な散乱モード(Ferroelectrics Vol 59 P.145〜160
1984に記述)も同じく有効である。
さらに縦型セルを基本セルとし、横型セルと同様第6
図、第7図に示すような大規模な光スイッチアレイを構
成することもできる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、溝状構造が形成され
た透明基板によって液晶の封入空間を得ている。これに
より、精密な空隙の制御、形成が可能となり、強誘電性
液晶を用いた電気光学効果に必要な厳しい空隙管理を容
易に実現できるばかりか、これによる光スイッチが形成
され、さらには平面形の大規模な光スイッチアレイが形
成される。強誘電性液晶の大きな複屈折や高速応答性か
ら、大きな光路切換角度の高速光スイッチや、ON−OFF
比に優れた高速光スイッチ、また光スイッチアレイが実
現できる。さらには駆動用素子を各エレメントに付設す
ることによって、不完全な駆動特性を補完した高性能光
スイッチアレイを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は基本セルの断面図。 第2図は光線の透過方向図。 第3図(a)は、全反射モードの透過状態図、第3図
(b)は同じく反射状態図を示している。 第4図(a)は複屈折モードの透過状態図、第4図
(b)は同じく消光状態図を示している。 第5図(a)は導光路モードの導光状態図、第5図
(b)は同じく非導光状態図を示している。 第6図は光スイッチアレイの平面図。 第7図は駆動素子を付設した光スイッチアレイ図。 第8図は縦型セルの断面図。 第9図は斜方蒸着法による電極の形成図。 1……透明基板 2……基本セル 5……強誘電性液晶組成物 16……駆動用素子 17……縦型溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−107216(JP,A) 特開 昭50−105092(JP,A) 特開 昭58−65419(JP,A) 特開 昭58−62623(JP,A) 特開 昭57−147618(JP,A) 特開 昭58−70216(JP,A) 特開 昭60−154237(JP,A) 実開 昭56−96418(JP,U) 実開 昭54−74547(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の基板間に強誘電性液晶組成物を挟持
    してなる液晶電気光学装置において、一方の基板内面側
    に溝を有してなり、該溝内の対向する2面には電極が各
    々独立して形成され且つその電極は他方の基板と対向す
    る面まで延出形成されてなり、該溝内と前記一対の基板
    の隙間には前記強誘電性液晶組成物が封入されてなり、
    該溝内の前記電極間には前記基板面と平行な電界が印加
    されることを特徴とする液晶電気光学装置。
JP60207091A 1985-09-19 1985-09-19 液晶電気光学装置 Expired - Lifetime JPH0785143B2 (ja)

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JPS6266226A JPS6266226A (ja) 1987-03-25
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