JPS62276525A - 光学変調素子 - 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】 ３、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素子に関し、詳
しくは双安定性を有する液晶物質、特に強誘電性液晶を
用いた液晶表示素子に関する。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素
子において、基板上の導電ｌ模にストライプ状の溝を形
成し、この１１ηの中に電送電極を形成することにより
、基板面での配向欠陥を防＋ｈするようにしたものであ
る。

［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、Ｅ［）ランジスタ（ＴＰＴ）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
ツィステッド・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。

しかし、この様なＴＮ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、使用するＴＰＴ
が複雑な構造を有しているため、構造工程数が多く、高
い製造コストがネックとなっているうえに、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
ファスシリコン）を広い面積に亘っ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じて丁Ｎ液晶
を用いたパッシブマトリッ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
大するに従って、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
ーティ−比）が１／Ｈの割合で減少し、このためクロス
）−りが発生し、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、デユーティ−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
ビジョンパネルには適していない。

このような欠点を解決するものとして、導電膜を形成し
た一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した表示パネルに
おいて、１つの画素を構成する相対向する２つの導電膜
の少なくとも一方に面内で電位勾配を付与し、他方の導
電膜に階調に応じた波高値めパルス信号あるいは階調に
応じたパルス幅又はパルス数の信号を印加し、画素内で
反転閾値電圧を越えた領域と越えない領域を形成するこ
とによって階調性を表現する駆動方式が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記駆動方式において、導電膜の面内に電位勾配を付与
するためには、導電膜上に金属などの導電体で形成した
電送電極を設ける必要がある。しかしながら、このよう
な電送電極を設けると基板面上に段差を生じ、強誘電性
液晶を用いた場合、液晶分子の配向欠陥の原因となる。

このため全画面に渡って適正な駆動特性が得られず、見
映えが低下するという欠点があった。

本発明は上記従来例における配向欠陥の発生を防止し、
見映えの優れた液晶表示素子を提供することを目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］及び［作用］本発明は
、第１の導電膜を設けた第１の基板と、前記第１の導電
膜に対向する第２の導電膜を設けた第２の基板と、前記
第１の基板と第２の基板との間に挟持された強誘電性液
晶とを右し、少なくとも一方の基板の導電膜上にストラ
イプ状の電送電極が形成された強誘電性液晶素子であっ
て、前記導電膜にストライプ状の溝を形成し、この溝の
中に電送電極を形成することを特徴とするものである。

このように、導電膜に形成したストライプ状の溝の中に
電送電極を埋設することにより、電送電極による段差は
なくなり基板面は平坦となる。したがって液晶分子の配
向欠陥が防止され、均一なモノドメイン配向を得ること
ができる。

本発明の液晶表示素子で用いることができる双安定性を
有する液晶としては１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（ＳＩＩＣ−）、Ｈ相（ＳｍＨつ、１相（Ｓｍ
Ｈ・）、Ｆ相（ＳａＦつやＧ相（Ｓ＋ｗＧ◆）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″（”ＬＥ　ＪＯ
ＵＲＮＡＬ　［］Ｅ　ＰＨＹＳＩＱＵＥＬＥＴＴＲＥ″
）第３８￥：　　（Ｌ−８９）　１９７５年の「フェロ
エレクトリック・リキッド・クリスタルス」（ｒＦｅｒ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ
ｓＪ）　　；　　”アブライド・フィジイックス・レタ
ーズ（”ＡＰＰｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ”）第３６巻、第１１号、　１９８０年の「サブミク
ロ・セカンド・バイスティプル・エレクトロオプティッ
ク・スイッチング・イン・リキッド・クリスタルスＪ　
（ｒｓｕｂｓｉｃｒｏ　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａｂｌｅ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　：
ｎ　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔｅｌｓＪ）　：　“固体物
理”　１８　（１４１）　１９８１　　ｒ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きる。

より具体的には、本発明法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−Ｅ′−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）−ブチルレゾルシリテン−４
′−オクチルアニリン（ＭＢＲＡ８）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Ｓａｃ”、ＳｍＨ”、　Ｓｍｌ”、　ＳｍＦ”、Ｓ
ｍＧ”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４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。３１と３１′は、Ｉｎ２Ｏ２，５ｎ０２やＩＴ
Ｏ（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３２がガラス面に垂直になるよう配向したＳｍＧ・
相の液晶が封入されている。太線で示した線３３が液晶
分子を表わしており、この液晶分子３３は、その分子に
直交した方向に双極子モーメン）　（Ｐ、）３４を有し
ている。基板３１と３１′上の電極間に一定の闇値以上
の電圧を印加すると、液晶分子３３のらせん構造がほど
け、双極子モーメン）　（Ｐ、）３４はすべて電界方向
に向くよう、液晶分子３３の配向方向を変えることがで
きる。液晶分子３３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Ｉｇ）には、第５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（３４
ａ）又は下向き（３４ｂ）のどちらかの配向状態をとる
。このようなセルに第５図に示す如く一定の閾値以上の
極性の異る電界ＥはＥ′を付与すると、双極子モーメン
ト電界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応して上向き３４
ａ又は下向き３４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分
子は第１の安定状態３５（明状態）か或は第２の安定状
態３５′（暗状態）の何れか一方に配向する。

この様な強誘電性液晶を光学変ｙＡ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の点を例えば第２図によって説明すると、電界Ｅ
を印加すると液晶分子は第１の安定状態３５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３５
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３５′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
は０．５ルー２０戸、特に１弘〜５路が適している。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４，３８７，９２４号明細書で提案されてい
る。

［実施例］ 本発明の基本構成を第１図と共に説明する。第１図は本
発明の一例を示す強誘電性液晶素子の基板の斜視図であ
る。

第１図において、ｌは基板、２は導電膜、３は電送電極
である。基板１上には導電膜２が形成されていて、電送
電極３は導電膜２に形成されたストライブ状の溝の中に
埋設されている。

次に、このような基板の具体的な作成例を第２図と共に
説明する。

まず、ガラス基板２１上の全面にＥＢ蒸着法によってＺ
ｎＯ２を１０％加えたＴＪ１２０３　を膜厚ＩＱＯＯＡ
で蒸着した。その後、酸素雰囲気中において３５０’Ｃ
で１時間加熱して導電１１２２２を形成した（第２図（
ａ）参照）。この時の導電膜２２のシート抵抗は１００
にΩ／ｃｒａ２であった０次に、前記導電膜２２上にポ
ジ型７オトレジスト２３（Ｈｏｅｃｈｓｔ社製：　”Ａ
Ｚ−１３７０”）を塗布し、プリベークした。そしてこ
のレジスト層上にマスク巾２３０ｇｍ、マスク部のピッ
チ２５０ｇｍのストライプ状マスクを用いて露光した後
、現像、水洗してストライプパターンを形成した０次い
で塩化第二鉄と塩酸系のエツチング液を用いて、フォト
レジストの形成されていない部分の導電膜２２をエツチ
ング除去した（第２図（ｂ）参照）。その後、前記ガラ
ス基板２１上に真空成膜法を用いて電送電極となる金属
膜２４をｌ０ＱＯＡで蒸着形成した後（第２図（Ｃ）参
照）、フォトレジスト２３をアセトンを用いて剥離した
（第２図（ｄ）参照）、この時、同時にフォトレジスト
２３上の金属膜２４も除去される。フォトレジストの剥
離には。

その他アルコール（メタノール、エタノール）、ＤＭＦ
　　（Ｎ　、Ｎ−ジメチルフォルムアミド）、セルソル
ブ等の有機溶剤あるいは専用剥離液等を用いることがで
きる。

以上の工程により、導電膜と電送電極との段差をなくし
た基板を得ることができる。

このようにして作成された２つの基板のそれぞれの表面
に液晶配向膜として約５００Ａ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つの基板を対抗させ、間隙が約１芦となるよう
調節し、強誘電性液晶〔ｐ−η−オクチルオキシ安息香
酸−Ｐ’−（２−メチルブチルオキシラフェニルエステ
ルとｐ−η−ノニルオキシ安息香１％ｌ−Ｐ’−（２−
メチルブチルオキシ）フェニルエステルを主成分とした
液晶組成物〕を注入して液晶セルを得た。

さらに、この液晶セルの基板端から導線を引き出し、各
画素にパルス電圧を印加して駆動を行ったところ、各画
素は一定電圧で一様に反転し、良好な階調表示を行うこ
とができた。

上記実施例においては、第２図（ｄ）に示すように、導
電膜２２を完全にエツチング除去した後に電送電極を形
成した例について述べたが、第３図に示すように、導電
膜２２を完全に除去しないで電送電極を形成することに
より、導′Ｑ！膜と電送電極の導通をより確実なものと
することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように１本発明によれば、液晶の配向欠陥
が防止され、素子の全面に渡って均一なモノドメイン配
向を得ることができる。このため、液晶の完全なすンー
オフ動作を行うことが可能となり、配向欠陥があるもの
に比較して見映えの優れた素子とすることができ、さら
には見掛上のコントラストも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板の斜視図、第２図は基板の作成工程を示す
図、第３図は基板の他の例を示す断面図、第４図及び第
５図は液晶セルの模式図である。 １．２１・・・基板、２，２２・・・導電膜、３・・・
電送電極、２３・・・フォトレジスト、２４・・・金属
膜（電送電極）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１の導電膜を設けた第１の基板と、前記第１の導
   電膜に対向する第２の導電膜を設けた第２の基板と、前
   記第１の基板と第２の基板との間に挟持された光学変調
   物質とを有し、少なくとも一方の基板の導電膜上にスト
   ライプ状の電送電極が形成された光学変調素子であって
   、前記導電膜にストライプ状の溝を形成し、この溝の中
   に電送電極を形成することを特徴とする光学変調素子。 ２）前記導電膜の溝の深さと電送電極の厚さが等しいこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学変調
   素子。 ３）前記導電膜の溝の深さが、電送電極の厚みより小さ
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学
   変調素子。 ４）前記光学変調物質が液晶である特許請求の範囲第１
   項に記載の光学変調素子。 ５）前記液晶が強誘電性液晶である特許請求の範囲第４
   項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チック液晶であ
   る特許請求の範囲第５項に記載の光学変調素子。 ７）前記強誘電性液晶が非らせん構造のカイラルスメク
   チック液晶である特許請求の範囲第５項に記載の光学変
   調素子。