JPS6031118A - 光学変調素子およびその製法 - Google Patents

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】 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シヤツターアレイ等
の液晶素子を用いた光学変調素子に関し、更に詳しくは
、液晶分子の初期配向状態を改善することにより表示な
らびに駆動特性を改善した光学変調素子ならびにその製
法に関する。

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割駆動が採用されているが
、この表示素子及びその駆動法には以下に述べる如き致
命的とも言える大きな欠点がある。

即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的高
く、しかも消費電力が小さいことから、表示素子として
実用に供されてるのは殆んどが、例えばＭ、５ｃｈａｄ
ｔとＷ、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ著”　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙ
ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｖｏ、１８、Ｎｏ、４（１
９７１、２，１５）　、Ｐ、１２７〜１２８　（７）Ｖ
ｏｌｔａｇｅ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　０ｐｔｉｃａｌＡ
ｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａ
ｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ”に示されたＴ
　Ｎ　（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔｉｃ）型の液晶を
用いたものであり、この型の液晶は、無電界状態で正の
誘電異方性をもつネマチック液晶の分子が液晶層厚方向
で捩れた構造（ヘリカル構造）を形成し、両電極面でこ
の液晶の分子が平行に配列した構造を形成している。一
方、電界印加状態では、正の誘電異方性をもつネマチッ
ク液晶が電界方向に配列し、この結果光学変調を起すこ
とができる。この型の液晶を用いてマトリクス電極構造
によって表示素子を構成した場合、走査電極と信号電極
が共に選択される領域（選択点）には、液晶分子を電極
面に垂直に配列させるに要する閾値以上の電圧が印加さ
れ、走査電極と信号電極が共に選択されない領域（非選
択点）には電圧は印加されず、したがって液晶分子は電
極面に対して並行な安定配列を保っている。このような
液晶セルの上下に互いにクロスニコル関係にある直線偏
光子を配置することにより、選択点では光が透過せず、
非選択点では光が透過するため、画像素子とすることが
可能となる。然し乍ら、マトリクス電極構造を構成した
場合には、走査電極が選択され、信号電極が選択されな
い領域、或いは走査電極が選択されず、信号電極が選択
される領域（所謂”′半選択点°”）にも有限に電界が
かかってしまう。

選択点にかかる電圧と、半選択点にかかる電圧の差が充
分に大きく、液晶分子を電界に垂直に配列させるのに要
する電圧閾値がこの中間の電圧値に設定されるならば、
表示素子は正常に動作するわけであるが、走査線数（Ｎ
）を増やして行った場合、画面全体（１フレーム）を走
査する間に一つの選択点に有効な電界がかかっている時
間（ｄｕｔｙ比）が１／Ｎの割合で減少してしまう。こ
のために、くり返し走査を行った場合の選択点と非選択
点にかかる実効値としての電圧差は、走査線数が増えれ
ば増える程小さくなり、結果的には画像コントラストの
低下やクロストークが避は難い欠点となっている。この
ような現象は、双安定性を有さない液晶（電極面に対し
、液晶分子が水平に配向しているのが安定状態であり、
電界が有効に印加されている間のみ垂直に配向する）を
時間的蓄積効果を利用して駆動する（即ち、繰り返し走
査する）ときに生ずる木質的には避は難い問題点である
。この点を改良するために、電圧平均化法、２周波駆動
法や、多重マトリクス法等が既に提案されているが、い
ずれの方法でも不充分であり、表示素子の大画面化や高
密度化は、走査線数が充分に増やせないことによって頭
打ちになっているのが現状である。

一方、プリンタ分野を眺めて見るに、電気信号を入力と
してハードコピーを得る手段として、画素密度の点から
もスピードの点からも電気画像信号を光の形で電子写真
感光体に与えるレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）が現
在量も優れている。

ところがＬＢＰには、 １、プリンタとしての装置が大型になる；２、ポリゴン
スキャナの様な高速の駆動部分があり騒音が発生し、ま
た厳しい機械的精度が要求される；など の欠点がある。この様な欠点を解消すべく電気信号を光
信号に変換する素子として、液晶シャッターアレイが提
案されている。ところが、液晶シャッタアレイを用いて
画素信号を与える場合、たとえば２００ｎ＋ｍの長さの
中に画素信号を２０ｄｏｔ／１１ｍの割合で書き込むた
めには、４０００個の信号発生部を有していなければな
らず、それぞれに独立した信号を与えるためには、元来
それぞれの信号発生部全てに信号を送るリード線を配線
しなければならず、製作上困難であった。

そのため、Ｉ　ＬＩＮＥ（ライン）分の画素信号を数行
に分割された信号発生部により、時分割して与える試み
がなされている。この様にすれば、信号を与える電極を
、複数の信号発生部に対して共通にすることができ、実
質配線を大幅に軽減することができるからである。とこ
ろが、この場合通常行われているように双安定性を有さ
ない液晶を用いて行数（Ｎ）を増して行くと、信号ＯＮ
の時間が実質的に１７Ｎとなり感光体上で得られる光量
が減少してしまったり、クロストークの問題が生ずると
いう難点がある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用が、　Ｃ１ａｒｋ
およびＬａｇｅｒ冒ａｌｌにより提案されている（特開
昭５１１０７２１６号公報、米国特許第４３８７９２４
号明細書等）。双安定性を有する液晶としては、一般に
、カイラルスメクティックＣ相（Ｓ＋ａＣ＊）又はＨ相
（ＳｍＨりを有する強誘電性液晶が用いられる。この液
晶は電界に対して第１の光学的安定状態と第２の光学安
定状態からなる双安定状態を有し、従って前述のＴＮ型
の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり、例えば一
方の電界ベクトルに対して第１の光学的安定状態に液晶
が配向し、他方の電界ベクトルに対しては第２の光学的
安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶は、加
えられる電界に応答して、極めて速やかに上記２つの安
定状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のないときは
その状態を維持する性質を有する、このような性質を利
用することにより、上述した従来のＴＮ型素子の問題点
の多くに対して、かなり本質的な改善が得られる。この
点は、本発明と関連して、以下に、更に詳細に説明する
。しかしながら、この双安定性を有する液晶を用いる光
学変調素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対
の平行基板間に配置される液晶が、電界の印加状態とは
無関係に、上記２つの安定状態の間での変換が効果的に
起るような分子配列状態にあることが必要である。たと
えばＳｍｃ”またはＳｍＨ”相を有する強誘電性液晶に
ついては、ＳｍＣ１またはＳｍＨ”相を有する液晶分子
相が基板面に対して垂直で、したがって液晶分子軸が基
板面にほぼ平行に配列した領域（モノドメイン）が形成
される必要がある。しかしながら、従来の双安定性を有
する液晶を用いる光学変調素子においては、このような
モノドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必ずしも
満足に形成されなかったために、充分な特性が得られな
かったのが実情である。

たとえば、Ｃ１ａｒｋらによれば、このような配向状態
を与えるために、磁界を印加する方法、せん断力を印加
する方法、基板間に小間隔で平行なりッジを配列する方
法などが提案されている。

しかしながら、これらは、いずれも必ずしも満足すべき
結果を与えるものではなかった。たとえば、磁界を印加
する方法は、大規模な装置を要求するとともに作動特性
の良好な薄層セルとは両立しがたいという難点があり、
また、せん断力を印加する方法は、セルを作成後に液晶
を注入する方法と両立しないという難点がある。またセ
ル内に平行なリッジを配列する方法では、それのみによ
っては、安定な配向効果を与えられない。

ところで、前述の如きＴＮ型の液晶を用いた素子では、
液晶分子のモノドメインを基板面に平行な状態で形成す
る方法として例えば基板面を布の如きもので摺擦する（
ラビング）方法やＳｉＯを斜め蒸着する方法等が用いら
れている。ラビング法に関しては、摺擦の際に基板面に
形成される溝や摩擦によって生ずる必ずしも原因が明ら
かにされていないある種の効果との複合効果によって、
１ この基板面に接する液晶に対して方向性が付与され、液
晶分子はその方向に従って優先して配列するのが最もエ
ネルギーの低い（即ち安定な）状態となる。この様なラ
ビング処理面には、液晶分子を一方向に優先して配列さ
せる“壁効果゛が付与されている。この壁効果が付与さ
れた平面をもつ構造体は、例えば、Ｗ、Ｈｅ１ｆｒｉｃ
ｈ　とＭ、５ｃｈａｄｔのカナダ特許１０１０１３６号
公報等に示されている。このラビング法により壁効果を
形成する方法のほかに、基板の上にＳｉＯやＳｉ０２を
斜め蒸着して形成した平面をもつ構造体を用い、このＳ
ｉＯ又は５ｉ０２の一軸的異方性を有する平面が液晶分
子を一方向に優先して配向させる壁効果を有している。

このように、液晶素子を作成する上で、ラビング法や斜
め蒸着法による配向制御法は、好ましい方法の１つであ
るが、双安定性を有する液晶に対して、これらの方法に
より配向制御を施こすと、液晶を一方向のみに優先して
配向させる壁効果を有する平面が形成され、それが、電
界に対する双２ 安定性、高速応答性やモノドメイン形成性を阻害する欠
点がある。このため、強誘電性液晶に係る分野では、液
晶の配向制御法としてラビング法や斜め蒸着法を採用す
るという着目は、−切なされていないのが現状であった
。

本発明の主要な目的は、上述した事情に鑑み、高速応答
性、高密度画素と大面積を有する表示素子、あるいは高
速度のシャッタスピードを有する光学シャッター等とし
て潜在的な適性を有する双安定性を有する液晶を使用す
る光学変調素子において、従来問題であったモノドメイ
ン形成性ないしは初期配向性を改善することにより、そ
の特性を充分に発揮させ得る光学変調素子およびその製
法を提供することにある。

本発明者らは、上述の目的で更に研究した結果、液晶を
挟持する一対の平行基板面に一様にラビング等の水平配
向処理効果を与えるのではなく、一対の基板間にリッジ
等の側壁を有する構造部材を配列し、その側壁に選択的
に水平配向処理による壁効果を与えることにより、液晶
の双安定性に基づく作動特性との両立性の優れたモノド
メイン構造が得られることを見出した。

本発明の光学変調素子は、このような知見に基づくもの
であり、より詳しくは、一対の平行基板間に双安定性を
有する液晶を挟持させてなる光学変調素子において、該
一対の平行基板の間には、それらの少なくとも一方と接
する形態で複数の側壁を有する構造部材がほぼ一様に離
間して配置され、該複数の構造部材の側壁は、構造部材
の延長方向と平行に水平配向処理されてその水平配向処
理方向にそって液晶分子を配向させる壁効果を有し、且
つ前記一対の平行基板の一方の面の構造部材と接触しな
い部位は表面をエツチング処理された絶縁膜で被覆され
て水平配向処理による壁効果が抑制されていることを特
徴とするものである。

また、本発明の光学変調素子の製法は、一対の基板を用
意し、該一対の基板の一方の上に、絶縁膜を形成し、該
絶縁膜の上に側壁を有する複数の構造部材を互いにほぼ
一様に離間して配設し、か〈構造部材を配設した基板面
を該構造部材の延長方向にそって水平配向処理し、該水
平配向処理した基板面の構造部材を設けない部位に存在
する絶縁膜をエツチング処理し、かく処理した基板をそ
の構造部材を設けた面を内側として前記一対の基板の他
方の基板と平行に重ね合わせ固定し、得られた一対の平
行基板間に双安定性を有する液晶を封入することを特徴
とするものである。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。

本発明で用いる双安定性を有する液晶は、強誘電性を有
するものであって、具体的にはカイラルスメクティック
Ｃ相（Ｓｅｃ＆）又はＨ相（ＳｌＨ本）を有する液晶を
用いることができる。

強誘電性液晶の詳細については、たとえばＬＥ　ＪＯＵ
ＲＮＡＬ　ＤＥ　ＰＨＹＳＩＱＵＥ　ＬＥＴＴＥＲ９”
　３６　（Ｌ−６９）１９７５、ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ　Ｊ　；　”
　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　
”３６　（１１）　、１９８０　ｒＳｕｔ＋ｗｉｃｒｏ
　５ｅｃｏｎｄ旧−５ｔａｂｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐ
ｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ５ Ｃｒｙｓｔａ１５Ｊ　；　”固体物理”上６　（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。

強誘電性液晶化合物の具体例としては、デシロキシベン
ジリデン−ｐｏ−アミノ−２−メチルブチルシンナメー
）　（ＤＯＢＡＭＢＣ）、ヘキシルオキシベンジリデン
−ｐｏ−アミノ−２−クロロプロピルシンナメート（Ｈ
ＯＢＡＣＰＣ）、４−ｏ　−（２−メチル）−ブチルレ
ゾルシリテン−４′−オクチルアニリン（ＭＢＲＡ８）
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５ｔａＣ本相又はＳ■Ｈ本相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１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。２１と、２１’は、Ｉ　
ｎ２０３．５ｎ０２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　−
Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の薄膜からなる透明電極６ で被覆された基板（ガラス板）であり、その間に液晶分
子層２２がガラス面に垂直になるよう配向したＳｍｃ”
相又はＳ　ｍ　）（”相の液晶が封入されている。太線
で示した線２３が液晶分子を表わしでおり、この液晶分
子２３はその分子に直交した方向に双極子モーメント（
Ｐ工）２４を有している。基板２１と２１′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２３の
らせん構造がほどけ、双極子モーメン）　（Ｐよ）２４
がすべて電界方向に向くよう、液晶分子２３は配向方向
を変えることができる。液晶分子２３は、細長い形状を
有しており、その長袖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液晶セルは
、その厚さを充分に薄く（例えばｌＯ＃Ｌ以下）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
分子のらせん構造がほどけ、その双極子モーメン）Ｐま
たはＰ′は上向き（３４）又は下向き（３４’）のどち
らかの状態をとる。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る電界Ｅ又はＥ′を電圧印
加手段３１と３１’により付与すると、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」二向
き３４又は下向き３４′と向きを変え、それに応じて液
晶分子は、第１の安定状態３３かあるいは第２の安定状
ｓ３３′の何れか１方に配向する。

このような強誘電性を光学変調素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。その第１は、応答速
度が極めて速いことであり、第２は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
によって更に説明すると、電界Ｅを印加すると液晶分子
は第１の安定状態３３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Ｅ′を印加する
と、液晶分子は第２の安定状ｓ３３′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Ｅ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。

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い。

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当た
って最も問題となるのは、先にも述べたように、Ｓｍｃ
”相又はＳｍＨ”を有する層が基板面に対して垂直に配
列し且つ液晶分子が基板面に略平行に配向した、モノド
メイン性の高いセルを形成することが困難なことであり
、この点に解決を与えることが本発明の主要な目的であ
る。

９ 第３図（Ａ）−（Ｃ）は、本発明の光学変調素子の一実
施例を示している。第３図（Ａ）は同実施例の斜視図で
あり、第３図（Ｂ）はその側面の断面図、第３図（Ｃ）
はその正面の断面図↑ある。但し第３図（Ａ）において
は、液晶ならびに偏光子の図示は省略しである。

第３図（Ａ）−（Ｃ）において、ガラス板又はプラスチ
ック板などからなる基板１０１の上に、複数の電極１０
２からなる電極群（例えば走査電極群を構成）が、所定
のパターン（この例ではストライブ状）にエツチング等
により形成されている。さらに、これら電極１０２を覆
って絶縁膜１０３が形成され、さらに、その上に、電極
１０２と交互に且つ並列する位置関係で、ストライプ形
状で複数のスペーサ部材１０４が配置、形成されている
。

絶縁膜１０３は、双安定性を有する液晶１０５の層に電
流が流れるのを防止する効果を有する。

この絶縁１１１０３は、例えば、−酸化硅素、二酸（１
４素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化０ 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、などの化合
物を用いて被膜形成することによって得ることができる
。絶縁膜１０３は、液晶層に微量に含有される不純物等
のために生ずる電流の発生を防止できる利点をも有して
おり、従って動作を繰り返し行なっても液晶化合物を劣
化させることがない。

絶縁膜１０３（ならびに絶縁膜１０９）の膜厚は、その
材料のもつ電荷注入防止能力と、液晶層の厚さにも依存
するが、通常、５０人〜５ＩＬ、好適には、５００人〜
５０００人の範囲で設定されスペーサ部材１０４の材料
としては、後述するような寸法に形成することができ且
つラビングを代表とする水平配向処理により壁効果を付
与し得るとともに後述のエツチングに対して耐久性の任
意の材料が用いられるが、通常は樹脂系材料が好ましく
用いられる。より具体的には、例えば、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、ユリャ樹脂、アクリル樹脂などの
樹脂類、あるいは感光性ポリイミド、感光性ポリアミド
、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（ポリメ
チルメタクリレート、エポキシ化−１，４−ポリブタジ
ェンなど）などから選択して形成することが好ましい。

スペーサ部材１０４の幅は、通常０．５ｗ〜５０ル、好
適にはｌｐ〜２０ＩＬの範囲で設定される。スペーサ部
材１０４のピッチ（間隔）は、あまり大きすぎると液晶
分子の均一な配向性を阻害し、一方あまり小さ過ぎると
液晶光学素子としての有効面積の減少を招く。このため
、通常１０＃Ｌ〜２ｍｍ、好適には、５０〜７００ルの
範囲でピッチが設定される。

これらスペーサ部材１０４は、例えばスクリーン印刷等
の各種印刷法、あるいは、より好ましくはフォトリソグ
ラフィー、電子線リソグラフィー等の技術により所定の
パターンならびに寸法に形成される。

本発明に従い、このスペーサ部材１０４の側壁には選択
的に水平配向処理による壁効果が与えられている。この
ためには、まずスペーサ部材１０４を形成した基板ｌＯ
１上に、電極１０２、絶縁膜１０３およびスペーサ部材
１０４を形成した後、スペーサ部材の延長方向に沿って
、例えばビロード、布又は紙などによりラビング処理す
る。このような水平配向処理によって、スペーサ部材１
０４の側壁１０Ｂと１０７に、液晶を一方向に優先して
配向させる壁効果を付与することができる。このような
水平配向処理により、基板ｌＯ１のスペーサ部材１０４
を設けてない絶縁膜１０３の露出した面にも壁効果が付
与されるが、この絶縁膜の壁効果は、続いてその絶縁膜
１０３を選択的にエツチング処理することにより除かれ
る。

エツチング処理は、上記したようなスペーサ部３ 材の材料を侵さず絶縁膜材料を選択的に腐食する作用を
有するガス状エッチャントあるいは酸、アルカリ等をエ
ッチャントとして用い、ドライまたはウェットエツチン
グにより行なわれる。必要なエツチング処理の程度は絶
縁膜１０３の極くわずかの表面層を腐食する程度で足り
、たとえばラビングにより水平配向処理を行なう場合、
基板材料が硬い場合は薄くてよい等の違いはあるが、一
般に約３０Å以上の厚さを腐食すれば充分である。

かくして、水平配向処理された側壁１０６と１０７は、
エツチング処理後においても、液晶の配向に対する壁効
果を選択的に維持することができ、この側壁１０６と１
０７に接触する双安定性を有する液晶１０５は、絶縁膜
１０３が液晶を優先して配向させる壁効果を有していな
いか、あるいは弱い壁効果のみを有しているので、基板
１０１に対して平行又は略平行方向すなわち水平配向処
理方向に沿って水平配向（ホモジニアス配向）されるこ
とになる。

上記説明からも分るように、絶縁膜１０３は水４ 平配向処理後にエツチング処理されるため、その表面ｌ
Ｏ８には、これと接する液晶を一方向をとる第３の準安
定状態あるいは強い安定状態に配向させる優位方向を有
さない。しかしながら、前述の水平配向処理により壁効
果を付与した側ｇｌ１０６と１０７がない時（すなわち
、周囲に壁効果の影響がない時）には、液晶をランダム
方向に水平配向させる程度の弱い壁効果は有することが
できる。但し、この絶縁ｌ１１０３を有する平面ｌＯ８
には、液晶を垂直に配向（ホメオトロピック配向）させ
る壁効果が付与されていないことが望ましい。

又、この平面１０Ｂならびに水平配向処理された側壁１
０６と１０７は、好ましくはアセトンなどにより洗浄し
た後、必要に応じてシランカップリング剤や水平配向用
界面活性剤などの比較的弱い水平配向剤で表面処理され
ることができる。

本発明の光学変調素子は、前述の基板１０１と平行に重
ね合されたもう一方の基板１０９を備えており、この基
板１０９の上には複数の電極（たとえば信号電極）ｔｉ
ｏからなる電極群と、更にその上に絶縁膜ｌｌｌが形成
されている。複数の（信号）電極１１０と、もう一方の
複数の（走査）電極１０２は、マトリクス構造で配線さ
れることができる。基板１０９の上に設けた絶縁膜１１
１は、必ずしも必要となるものではないが、液晶層に流
れる電流の発生を防止する上で有効なものである。この
絶縁膜ｌｌｌも、やはり、前述の絶縁膜１０３と同様の
物質によって被膜形成され、且つ絶縁膜１１１の平面１
１２も、やはりこの平面１１２に接する液晶を一方向を
とる第３の準安定状態あるいは強い安定状態に配向させ
る優位方向を有さないものとさせる。また、前述の水平
配向処理により壁効果を付与した側壁１０６と１０７が
ない時（すなわち、周囲に壁効果の影響がない時）には
、液晶をランダム方向に水平配向させる程度の壁効果は
持たせることができる。

又、絶縁膜１１１は、前述の絶縁膜１０３で用いた物質
以外のもの、例えばポリビニルアルコール、ポリイミド
、ポリアミドイミド、ボリエステルイミド、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
、ユリャ樹脂やアクリル樹脂などの樹脂類又は５ｉＯ１
Ｓｉｎ２又はＴｉＯ２などの無機化合物などによって被
膜形成させて得ることも可能である。又、絶縁膜ｌｌｌ
も、やはりアセトンなどで洗浄してから、対向配置する
基板１０１と重ね合せて一対の平行基板とすることがで
きる。

本発明の光学変調素子は、一対の平行基板１０１と１０
９の両側に、すなわち基板１０１と１０９を挟む一対の
偏光手段（偏光子１１３と検光子１１４）を用いること
ができる。偏光子１１３と検光子１１４としては、通常
の偏光板、偏光膜や偏光ビームスプリッタ−を用いるこ
とができ、この際、この偏光手段をクロスニコル状態又
はパラレルニコル状態で、配置することが可能である。

本発明の光学変調素子は、一対の平行基板の周辺をエポ
キシ系接着剤や低融点ガラスで封止した７ 後、強誘電性液晶を封入し等方（１ｓｏｔｒｏｐｉｃ　
）相にまで加熱した状態より、精密に温度コントロール
し乍ら徐冷することによって、得ることができる。代表
的な例として、徐冷過程において等吉相−３ｍＡ相−３
ｍＣ”相という段階を経て相転移する化合物（例えばｄ
ｅｃｙｌｏＢ−ｂｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅ−ｐ’−ａｍｉ
ｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌ　ｂｕｔｙｌ　ｃｉｎｎａｍａ
ｔｅ　：　ＤＯＢＡＭＢＧはこれに相当する）の場合、
等吉相よりＳ　ｍ　Ａ相に転移するとき、予め水平配向
処理により壁効果が付与された側壁をもつスペーサ部材
の影響により、該側壁の面近傍より液晶分子がスペーサ
部材の延長方向に沿って配列するようにモノドメインが
生長していく。全体が、モノドメインとなった後、さら
に温度を下げて行くと、ＳｍＡよりＳ　ｍ　Ｃ”への相
転移がおこり、配向制御は終了することができる。この
状態で、液晶分子は、すべてスペーサ部材の側壁面に平
行に配向しているから、絶縁膜１０３の平面１０８に対
しては、面内配向状態であり、Ｓｍｃ”相液晶の層は、
絶縁膜１０３の平面１０８およびストライプに対して垂
直である８ ゜先に述べたように、絶縁膜１０３の平面１０８には強
い配向処理が施こされていない為、面内に於て液晶分子
に特定の方向優位性を与えることなく、従って素子とし
て作動させた場合、双安定性と高速応答性は損われない
。　液晶層の層厚は、液晶材料に特有の配向のし易さと
素子として要求される応答速度に依存するが、スペーサ
部材１０４の高さによって決定され、通常０．２１Ｌ〜
２００ル、好適には、０．５１Ｌ−１０１Ｌの範囲で設
定される。

上記においては、本発明の光学変調素子を、その好まし
い一実施例に基づいて説明した。しかしながら本発明の
範囲内で、上記実施例を種々変形することができること
は、容易に理解できよう。

たとえば、上記例においては、スペーサ部材の側壁に与
える水平配向処理としては、主としてラビング処理を説
明し、また事実、このラビング処理は本発明において特
に好ましい水平配向処理ではあるが、側壁に比較的強い
配向効果を与える限りにおいて、ＳｉＯ蒸着あるいは比
較的強い水平配向剤の塗布などの他の水平配向処理も適
宜採用し得る。またスペーサ部材１０４として説明した
部材は、液晶に対して必要な壁効果を及ぼすための側壁
を有するならば、一対の平行基板の両方に接触してスペ
ーサ部材としても機能するものでなくてもよい。但し上
述の例からも分る通り、スペーサ部材は好ましい構造部
材の例である。また、電極は上記した単純ストライプ状
のマトリクス電極に限らず、他の形状、例えば７セグメ
ント構造の電極配線で形成されていてもよい。これに伴
ないスペーサ部材１０４の形状も、相互間の距離が極端
に異なることなく配列され、液晶に対してほぼ一様な壁
効果を及ぼし得る限りにおいて、ストライプ形状に限ら
ず、他の形状であってもよい。

第４図〜第６図は、本発明の光学変調素子の駆動例を示
している。

第４図は、中間に強誘電性液晶化合物が挟まれたマトリ
クス電極構造を有するセル４１の模式図である。４２は
走査電極群であり、４３は信号電極群である。第５図（
ａ）と（ｂ）は、それぞれ選択された走査電極４２（ｓ
）に与えられる電気信号とそれ以外の走査電極（選択さ
れない走査電極）４２　（ｎ）に与えられる電気信号を
示し、第５図（Ｃ）と（ｄ）はそれぞれ選択された信号
電極４３　（ｓ）に与えられる電気信号と選択されない
信号電極４３　（ｎ）に与えられる電気信号を表わす。

第５図（ａ）〜（ｄ）においては、それぞれ横軸が時間
を、縦軸が電圧を表す。例えば、動画を表示するような
場合には、走査電極群４２は逐次、周期的に選択される
。今、双安定性を有する液晶セルの第１の安定状態を与
えるため閾値電圧をｖ　ｔｈ、とし、第２の安定状態を
与えるための閾値電圧を−■ｔｈ２とすると、選択され
た走査電極４２　（ｓ）に与えられる電気信号は、第４
図（ａ）に示される如く、位相（時間）１１では■を、
位相（時間）ｔ２では−Ｖとなるような交番する電圧で
ある。又、それ以外の走査電極４２（ｎ）は、第５図（
ｂ）に示す如くアース状態となっており、電気信号Ｏで
ある。一方、選択された信号電極４３　（ｓ）に与えら
れる電気信号は第５図１ （Ｃ）に示される如く■であり、又選択されない信号電
気４３　（ｎ）に与えられる電気信号は第５図（ｄ）に
示される如＜−Ｖである。以上に於て、電圧Ｖは Ｖ＜Ｖｔｈｔ＜２Ｖと　ｖ＞　ｖｔｈ２＞　２Ｖを満足
する所望の値に設定される。このような電気信号が与え
られたときの各画素に印加される電圧波形を第６図に示
す。第６図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第４図中の画素
Ａ、Ｂ、ＣおよびＤと対応している。すなわち第６図よ
り明らかな如く、選択された走査線上にある画素Ａでは
、位相ｔ２に於て閾値ｖｔｈ１を越える電圧２Ｖが印加
される。

又同一走査線上に存在する画素Ｂでは位相ｔ１で閾値−
ｖ　ｔｈ２を越える電圧−２Ｖが印加される。

従って、選択された走査電極線上に於て信号電極が選択
されたか否かに応じて、選択された場合には液晶分子は
第１の安定状態に配向を揃え、選択されない場合には第
２の安定状態に配向を揃える。いずれにしても各画素の
前歴には、関係することはない。

２ 一方、画素ＣとＤに示される如く、選択されない走査線
上では、すべての画素ＣとＤに印加される電圧は＋Ｖ又
は−■であって、いずれも閾値電圧を越えない。従って
、各画素ＣとＤにおける液晶分子は、配向状態を変える
ことなく前回走査されたときの信号状態に対応した配向
を、そのまま保持している。即ち、走査電極が選択され
たときにその一ライン分の信号の書き込みが行われ、−
フレームが終了して次回選択されるまでの間は、その信
号状態を保持し得るわけである。従って、走査電極数が
増えても、実質的なデユーティ比はかわらず、コントラ
ストの低下とクロストーク等は全く生じない。この際、
電圧値■の値及び位相（ｔ１＋ｔ２）＝Ｔの値としては
、用いられる液晶材料やセルの厚さにも依存するが、通
常３ポルト〜７０ポルトで０．１舊ｓｅｃ〜２ｍｓ　ｅ
　ｃの範囲が用いられる。従って、この場合では選択さ
れた走査電極に与えられる電気信号が第１安定状態（光
信号に変換されたとき「明」状態であるとする）から第
２の安定状８（光信号に変換されたとき「暗」状態であ
るとする）へ、又はその逆のいずれの変化をも起すこと
ができる。

第７図は、本発明の光学変調素子の別の好ましい具体例
を示している。第７図に示す動画表示用液晶表示素子に
は、第３図に示すと同様な液晶セルフ１が配置されてい
る。この液晶セルの両側には、直線偏光子７３と７４が
クロスニコルの状態で配置され、又直線偏光子７４の背
後には、反射体（アルミニウム蒸着又は乱反射体−梨地
面をもつアルミニウム蒸着膜）（図示せず）を配置する
ことができる。

これらの構成をもつ液晶セルは、ネサ膜７６を設けた１
対のガラス板７５の間にサンドインチされ、加熱電源７
７によってネサ１ｌＩ７６に電流を流すことにより、液
晶セルフ１の温度コントロールを可能にすることができ
る。この際、液晶セルフ１は、走査信号源７８と情報信
号源７９に印加された信号によって良好に動作すること
ができる。

尚、図中７２はスペーサ部材を表わしている。

以下、本発明の光学変調素子の具体的な製造例を説明す
る。

例」２ Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）から
なるストライブ状のパターン電極が形成されたガラス基
板上に、以下の如くにして二酸化硅素膜を形成した。

電子ゲーム蒸着装置内に、基板と二酸化硅素固形物をセ
ットし、Ｉ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下になるように真
空びきをした。次に、加速電圧１０ＫＶ、フィラメント
電流１１０ｍＡの条件で、電子ビームによって、二酸化
硅素固形物を溶融、蒸発せしめ、約１０分間で、約３０
００人の二酸化硅素膜を形成した。

次に二酸化硅素膜上に、フェノール樹脂系ネガ型レジス
ト溶液（日立化成工業（株）製の［レイキャストＲＤ−
２００ＯＮＪ）を３．００Ｏｒｐｍで回転するスピナー
塗布機で１０秒間塗布し。

８０℃で２０分間加熱を行なって約２川の被膜を形成し
た。このレジスト層上に、マスク巾８ＪＪ、、マスク部
のピッチ１００ＩＬのストライブ状マスクを用いて露光
した。次いで現像液（日立化成工業５ （株）製ｒ　ＲＤ−ＤＥＶＥＬＯＰＥＲＪを用い、２５
°Ｏ−ｔ’７０秒間浸漬現像した後、蒸留水中で３０秒
間浸漬させ、６０°０で５分間乾燥した。さらにポスト
リンス液（日立化成工業（株）　ｒ　Ｒ［１−ＰＯ９Ｔ
ＲＩＮＳＥＪ中へ２３℃で１分間浸漬した後、１４０°
Ｃで２０分間の加熱によりスペーサー層を形成した。

さらに、ストライプ状スペーサーのストライプ方向に沿
って、布により、ラビング処理を行なった後、水とアセ
トンにより順次洗浄し、乾燥させた。

次いで、この基板を、電極径２００ｍｍφ、間隔４０ｍ
ｍの平行平板型反応性スパッタリングエツチング装置に
セットし、ＣＦ　ａ　／　Ｈ２混合ガス（Ｈ２２０％）
を２３ｓｅｃｍの流量で流しながら０　、０３Ｔｏｒｒ
において、ＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電力２０
０Ｗの条件で５分間のエツチングを行なった。エツチン
グ後の二酸化硅素膜の厚さは約２５００人であった。さ
らに、この基板をシランカップリング剤（東しく株）製
５Ｉ（６０４０）の０．５％トルエン溶液中に浸漬し、
引６ き上げ後、加熱乾燥しくＡ）電極板を作製した。

次いで、前記作製法と同様に、ＩＴＯからなるストライ
ブ状のパターン電極が形成されたガラス基板上に、２０
００人の二酸化硅素膜を設け、さらに、シランカップリ
ング剤により処理を行なって、（Ｂ）電極板を作製した
。

（Ａ）電極板と（Ｂ）電極板のストライプ状パターン電
極が直交する様にセル組みし、ＤＯＢＡにＢＧを等実相
になるまで加熱して、上記セルに封入した。セルの温度
を徐々に冷却し、モノドメイン液晶素子を作製した。

涯１ ＩＴＯからなるストライブ状のパターン電極が形成され
たガラス基板上に、例１と同様にして、３０００人の二
酸化硅素膜を形成した。

次にこの基板上に塩素化ポリスチレン系レジスト溶液（
日本合成ゴム（株）製”　ＪＳＲＭＩＥＳ−υ”°を３
．００Ｏｒｐｍで回転するスピナー塗布機で３０秒間塗
布し、９０℃で３０分間乾燥し、１．３ｐの被膜を形成
した。次に、例１で使用したマスクを用い露光し、現像
液（日本合成ゴム（株）製、′°、＋ｓｎ　ｖｎ−２ｔ
ｏｏ）ヲ用い、７０秒間浸漬現像し、リンス処理を行な
った後、１２０℃で３０分間乾燥し、ストライブ状スペ
ーサー層を形成した。以下の手順は例１と全く同様にし
て、素子を作製した九】 ＩＴＯからなるストライプ状パターン電極が形成された
ガラス基板上に、以下の如くプラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ’　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法によって窒化シリコン膜を形成した。

平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置の７ノード型にガラ
ス基板をセットし、真空にした後、基板温度が２００℃
になるよう加熱した。反応槽内にＳｉＨガスとＮＨｓガ
スを流量がそれぞれ１０１０５ｅ、３００ｓｅｃｍとな
るようにコントロールして、導入した。このとき反応槽
内のガス圧は約０　、２　Ｔｏｙｒであった。次に、１
３．５６ＭＨｚの高周波電源をＯＮＬ、、平行平板電極
のカーソド側に電圧を印加し、グロー放電を発生させ反
応を開始した。約８分間の反応により、基板上に、約２
５００人の窒化シリコン膜が形成された。

この窒化シリコン膜−Ｆに、例１と全く同様にして、ス
ペーサー層を形成し、ラビング処理を行なった。

次いで、反応性スパッタリングエツチング装置でエツチ
ング時間を３分間にすること以外は全く例１と同じ条件
で処理し、窒化シリコン膜の厚さを約１８００人にした
。

以下の手順は例１と全く同様にして素子を作製した。

例１〜３で作製した液晶表示素子の走査電極と信号電極
にそれぞれ信号を印加したところ、良好な動作表示が得
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カイラルスメクティック液晶を用いた光学変
調素子を模式的に示す斜視図である。第２図は、同光学
変調素子の双安定性を模式的に示す斜視図である。第３
図（Ａ）は本発明の光学変９ 調素子の斜視図、第３図（Ｂ）はその側断面図、第３図
（Ｃ）はその正断面図である。第４図は、本発明で用い
る光学変調素子の電極構造を模式的に示す平面図である
。第５図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光学変調素子を駆
動するための信号を示す説明図である。第６図（ａ）〜
（ｄ）は、各画素に印加される電圧波形を示す説明図で
ある。第７図は、本発明の光学変調素子の別の構成例を
示す断面図である。 １０１．１０９．、、基板 １０２．１１０．、、電極 １０３．１１１．、、絶縁層 １０４１０８０８８．スペーサ部材 １０５、双安定性を有する液晶 １０６．１０７．、、スペーサ部材の側壁１０８．１１
２．、、絶縁膜の平面 １１３．１１４．、、偏光手段 ０ 罵４図 阻 冨　５　霞 （ｂ）　（ｄ） 薯　６　図 （ｔ））　（ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の平行基板間に双安定性を有する液晶を挟持さ
   せてなる光学変調素子において、該一対の平行基板の間
   には、それらの少なくとも一方と接する形態で複数の側
   壁を有する構造部材がほぼ一様に離間して配置され、該
   複数の構造部材の側壁は、構造部材の延長方向と平行に
   水平配向処理されてその水平配向処理方向にそって液晶
   分子を配向させる壁効果を有し、且つ前記一対の平行基
   板の一方の面の構造部材と接触しない部位は表面をエツ
   チング処理された絶縁膜で被覆されて水平配向処理によ
   る壁効果が抑制されていることを特徴とする光学変調素
   子。 ２、前記水平配向処理がラビング処理である許請求の範
   囲第１項に記載の光学変調素子。 ３、前記構造部材が一対の平行基板の両方と接触して両
   系板間のスペーサ部材として機能する特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の光学変調素子。 ４、構造部材が互いにほぼ平行で直線状に延長する特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の光学
   変調素子。 ５、前記双安定性を有する液晶が強誘電性液晶である特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の光
   学変調素子。 ６、前記強誘電性液晶がカイラルスメクテイック相を有
   する液晶である特許請求の範囲第５項記載の光学変調素
   子。 ７、前記力イラルスメクテイック相を有する液晶がらせ
   ん構造を形成していない液晶相である特許請求の範囲第
   ６項記載の光学変調素子。 ８、前記力イラルスメクテイック相を有する液晶がＣ相
   又はＨ相を有する液晶である特許請求の範囲第６項また
   は第７項記載の光学変調素子。 ９、一対の基板を用意し、該一対の基板の一方の上に、
   絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に側壁を有する複数の構
   造部材を互いにほぼ一様に離間して配設し、かく構造部
   材を配設した基板面を該構造部材の延長方向にそって水
   平配向処理し、該水平配向処理した基板面の構造部材を
   設けない部位に存在する絶縁膜をエツチング処理し、か
   く処理した基板をその構造部材を設けた面を内側として
   前記一対の基板の他方の基板と平行に重ね合わせ固定し
   、得られた一対の平行基板間に双安定性を有する液晶を
   封入することを特徴とする光学変調素子の製法。 １０、前記水平配向処理がラビング処理である許請求の
   範囲第９項に記載の光学変調素子。 １１、前記構造部材を一対の平行基板の両方と接触させ
   、内基板間のスペーサ部材として機能させる特許請求の
   範囲第９項または第１θ項に記載の光学変調素子の製法
   。 １２、前記絶縁膜の形成が、絶縁材料の気相付着により
   行なわれる特許請求の範囲第９項ないし第１１項のいず
   れかに記載の光学変調素子の製法