JPH05265002A

JPH05265002A - 液晶光学変調素子

Info

Publication number: JPH05265002A
Application number: JP9230392A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Fujiwara; 良治藤原; Shuzo Kaneko; 修三金子; Tomoko Maruyama; 朋子丸山; Tomoko Murakami; 智子村上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒステリシス現象、フェーディング現象、お
よび不安定性現象を低減すると同時に、液晶配向性の乱
れを防止して均一なユニフォーム配向とし、安定な双安
定性が得られるようにする。また、前記配向膜の隙間構
造によらない他の手段によって前記不安定性を解消す
る。【構成】強誘電性液晶と、これを挟持する対向基板
と、この対向基板の対向面上に設けられ、強誘電性液晶
に電圧を印加するための電極を有する電圧印加手段とを
備えた液晶光学変調素子において、この電極面上にはバ
ッファ層を介して斜方蒸着配向膜が形成されているとと
もに、この配向膜およびバッファ層は前記強誘電性液晶
と電極間の電荷移動を可能にする隙間およびピンホール
をそれぞれ有する。また、基板と、該基板上に設けた電
極と、該電極上に設けた配向膜とをそれぞれ対向面上に
有する一対の対向する電極基板、およびその間に封入さ
れた液晶を備えた液晶光学変調素子において、該配向膜
部分に、該液晶部分と電極間の導通を取るためのピンホ
ールを１画素につき１つ以上具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶光学素子に関し、特
に、自発分極を有し、少なくとも２つの光学的安定状態
を示す強誘電性液晶を用いて諧調表示を行うようにした
液晶光学素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自発分極を有する液晶として強誘電性液
晶（ＦＬＣ）は、その高速応答性やメモリ性等の利点が
注目され、表示素子、ライトバルブ等の目的のために積
極的に開発されている。上記利点を生かした装置とし
て、光シャッタアレイ、単純マトリクス駆動による高精
細表示装置、光導電体を組み合わせた高密度記録のライ
トバルブ等が実用化されている。

【０００３】そして従来、この種の素子は単純マトリク
ス駆動による白黒表示が一般的である。しかし、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）等を用いたアクティブマトリクス
駆動による動画像表示にも適用が期待され、この特性は
例えばＵ．Ｓ．Ｐ．４８４０４６２号やＰｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｏｆｔｈｅＳＩＤ，ｖｏｌ３０／２，１９
８９“ Ｆｅｒｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄ
ＣｒｙｓｔａｌＶｉｄｅｏＤｉｓｐｌａｙ”等に
示されている。この種の液晶光学素子の駆動方は例えば
Ｕ．Ｓ．Ｐ．４８４０４６２号に示されるように、リセ
ットとライト（書込み）信号を水平周期に時間分割して
挿入するという方法をとっている。また、例えば上記駆
動方により諧調表示を行う素子は、図２１に示すよう
に、ガラス等の基板２３上に電極層２２を形成し、しか
る後、強誘電性液晶２４を配向させるための配向層２０
を設けてこれをラビングし、強誘電性液晶２４を注入す
る行程を経て作られている。

【０００４】また、諧調表示を目的としたアクティブマ
トリクス駆動については、さらに、特開平２−１８９２
号公報にも開示されている。このアクティブマトリクス
駆動法は、１つの画素に対して１つのスイッチング素子
により、リセット信号と書込み信号をフェーズをずらし
てそれぞれ印加し、この書込み信号により画素電極に注
入される電荷量Ｑと強誘電性液晶の有する自発分極Ｐs
の反転による電荷キャンセル量△Ｓ・Ｐs （△Ｓは反転
面積）とのバランスにより、ドメイン諧調（面積諧調）
を実現しようとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
クティブマトリクス駆動法は、双安定な強誘電性液晶を
用いた諧調表示には非常に有効な手段であるが、同時に
幾つかの欠点を有する場合がある。

【０００６】その１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。

【０００７】図１０は、一般的に用いられる強誘電性液
晶素子の構成を示す断面図である。同図において、１５
ａおよび１５ｂは相対向する電極基板であり、それぞ
れ、基板１４、その対向面上に形成された透明電極層１
３、絶縁層１２、および配向層１０を有する。１１は電
極基板１５ａおよび１５ｂそれぞれの配向層１０間に配
置された強誘電性液晶層である。図１１は、このような
強誘電性液晶素子を用いてアクティブマトリクス駆動で
諧調表示を行うときの等価回路図である。図中、Ｔはア
クティブマトリクス駆動を行うためのスイッチング素子
として用いる多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を示し
ている。ＬＣは、各薄膜トランジスタＴのドレイン電極
（画素電極）３と対向電極４とによって挟持された強誘
電性液晶からなる多数の画素である。２は各ドレイン電
極３に液晶の駆動波形を形成する電圧信号を供給するた
めの信号配線であり、この信号の各ドレイン電極３への
供給は、薄膜トランジスタＴによってオン・オフ制御さ
れる。４はこの薄膜トランジスタＴをオン・オフさせる
ゲート信号を供給するための走査信号配線である。

【０００８】この構成において、各画素ＬＣに対し、図
１２（ａ）に示すような駆動波形であって、一周期を１
６．７ｍｓ（６０Ｈｚ）としたリセットパルス１１７
と、各諧調に応じた書込みパルス１１９とを有するもの
を印加すると、図１２（ｂ）に示すような透過率Ｔの変
化を生じる。このとき曲線部分１２１における透過率が
書込みパルス１１９にほぼ対応する透過率である。ま
た、図１２（ａ）の如き駆動波形の書込みパルス１１９
のパルス高（書込み電圧Ｖ）の変化に対する前記曲線部
分１２１における透過率Ｔの変化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１３に
示す。この図から明らかなように、電圧昇圧時の特性曲
線１２３と降圧時の特性曲線１２５との間で透過率Ｔの
異なる、いわゆるヒステリシス現象が認められる。

【０００９】図１４は、このヒステリシス現象を定性的
に説明するための図である。図１４（ｂ）は図１３の曲
線１２３に相当している。すなわち、黒ドメイン１２７
を減少させる場合を示しており、駆動の面からみると、
リセット後、白を書き込む必要がある。一方、図１４
（ａ）は黒ドメイン１２７を増加させる場合を示してお
り駆動面からみるとリッセト後、白を書き込む必要がな
い。すなわち、書込みパルスについてみた場合、黒ドメ
インを減少させる場合は、増加させる場合に比較して、
より大きな電圧を必要とすることになる。このように、
図１２（ａ）のような駆動波形による駆動法を用い、電
荷制御方式により諧調表示を行う場合、必然的に電圧・
透過率特性にヒステリシス現象が生じる。

【００１０】さらに、上記のようなアクティブマトリク
ス駆動を行い、ＦＬＣに対し長時間にわたる直流電圧
（ＤＣ）成分を連続的に印加すると、液晶の応答が阻害
され、透過率が次第に減少するフェーディング現象が生
じる。図１５は、図１２（ａ）の如き駆動波形を繰り返
して印加した場合、時間ｔとともに透過率Ｔがどのよう
に変化するかを示すグラフである。これによれば、繰り
返してパルスを印加すると、時間ｔの経過とともに透過
率Ｔが次第に減少する、フェーディング現象を生じるこ
とが明確にわかる。これは、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
めと考えらる。

【００１１】図１６は、このフェーディング現象を説明
するための図である。図１２（ａ）に示す波形の場合、
幾何的にはプラスのＤＣ成分が、液晶にとっては過剰に
印加される。図１６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。すなわち、プラスのＤＣ成
分の印加により、絶縁層部１２９と液晶１１との間に電
荷の蓄積が起こり、そして、この電荷蓄積成分による液
晶分圧がマイナス方向であるため、次第に白書込みがさ
れ難くなる。これに対し、補助パルスによりＤＣ成分を
キャンセルする提案が、本発明者らによりなされてい
る。

【００１２】さらに、フェーディング現象の他の原因と
して、液晶に電圧が印加されると液晶の持つ自発分極Ｐ
ｓにより電荷蓄積が生じ、これにより、自発分極に対し
て偏在する内部イオンが電界を形成することが考えられ
る。これに対しては、リセット区間内に上記自発分極に
対して誘起された内部電界を緩和するような時定数（Ｃ
Ｒ）を有するＦＬＣ材料を用いた素子構成により、自発
分極による作用を次フレームに及ぼすことなく中間調を
安定に形成するという提案がなされている。しかしなが
らＦＬＣのドメイン諧調を行う場合、電極・配向層・Ｆ
ＬＣ間での電荷の移動が行われると同時に、ＦＬＣ界面
でのチャージ移動の影響によりドメインが徐々に広がっ
たりして、その緩和時間分程度透過率が一定とらない、
いわゆる不安定性なる現象を生じ、これが特に高諧調を
実現する際に悪影響をおよぼすという問題がある。

【００１３】そして上述のようなヒステリシス現象、フ
ェーディング現象、および不安定性現象は、アクティブ
マトリクス方式で諧調表示を行う場合、画素表示電圧が
一義的に決定できないため、大きな障害となっている。
そこで本発明者らは、電極上に直接配向膜を設け、かつ
その配向膜に隙間構造を有する斜方蒸着膜を用いること
により、アクティブマトリクス駆動において、上記ヒス
テリシス現象、フェーディング現象、および不安定性現
象のない諧調表示を可能にするという提案を行ってい
る。

【００１４】この提案によれば、良好な配向を得ている
が、電極部分のＳｉＯカラムは地下の形状を反映するた
め、地下がＩＴＯ等の透明電極のように凹凸があると、
ＳｉＯカラムの配列に乱れが生じ、配向が局所的に乱れ
る場合もある。さらにこのような凹凸があると、強誘電
性液晶の双安定性が失われるという問題も生ずる。

【００１５】本発明の目的は、このようなヒステリシス
現象、フェーディング現象、および不安定性現象を低減
した液晶素子において、液晶配向性の乱れを防止して均
一なユニフォーム配向とし、かつ安定な双安定性が得ら
れるようにすることにある。また、他の目的は、液晶光
学素子において、前記配向膜の隙間構造によらない他の
手段によって前記不安定性を解消することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
第１の発明では、強誘電性液晶と、これを挟持する対向
基板と、この対向基板の対向面上に設けられ、強誘電性
液晶に電圧を印加するための電極を有する電圧印加手段
とを備えた液晶光学素子において、この電極面上にはバ
ッファ層を介して斜方蒸着配向膜を形成するとともに、
この配向膜およびバッファ層が前記強誘電性液晶と電極
間の電荷移動を可能にする隙間およびピンホールをそれ
ぞれ有するようにしている。

【００１７】ここで、前記電圧印加手段は、例えば、少
なくとも、前記強誘電性液晶に画素単位で電圧を印加す
るための画素電極、この画素電極に電圧信号を供給する
ための信号配線、この信号配線と画素電極間の接続をオ
ン・オフ制御するためのアクティブスイッチング素子、
およびこのアクティブスイッチング素子に対し、これを
オン・オフ制御する信号を供給するための走査配線を備
え、前記強誘電性液晶のリセットおよび書込みをともに
アクティブマトリクス駆動により行うものである。

【００１８】前記バッファ層としては無機化合物、例え
ばＴｉＯ₂-ＳｉＯ_X 、またはＴａ₂Ｏ₅ を主成分とする
薄膜が好ましく、その膜厚は、０．００５〜０．２μｍ
が好ましく、０．０１〜０．０５μｍがより好ましい。

【００１９】また、前記斜方蒸着配向膜の材質は無機酸
化物、例えば、ＳｉＯ、ＺｒＯ₂ 、またはＴｉＯ₂ を主
成分とするものが好ましく、そのカラム長は、０．０１
〜０．６μｍ、カラム角度は０〜６０°であるのが好ま
しい。

【００２０】前記配向膜の隙間構造によらない第２の発
明においては、基板と、この基板上に設けた電極と、こ
の電極上に設けた配向膜とをそれぞれ対向面上に有する
一対の対向する電極基板、およびその間に封入された液
晶を備えた液晶光学素子において、配向膜部分に、液晶
部分と電極間の導通を取るためのピンホールを１画素に
つき１つ以上具備するようにしている。配向膜として
は、ポリイミド、ポリピロール、ポリビニルアルコール
等の有機膜を用いることができる。

【００２１】第１および第２両発明において用いられる
液晶としては、強誘電性を示し、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状態
と、第２の光学的安定状態例えば暗状態とを形成する状
態を有するもの、即ち電界に対する少なくとも２つの安
定状態を有するカイラルスメクティック液晶が最も好ま
しく、そのうちカイラルスメクティックＣ相（ＳｍＣ
^* ）、Ｈ相（ＳｍＨ^* ）、Ｉ相（ＳｍＩ^* ）、Ｆ相（Ｓ
ｍＦ^* ）、やＧ相（ＳｍＧ^* ）、の液晶が適している。
もちろん、同様な性質を有する他の液晶も用いることが
できる。

【００２２】より具体的には、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イト（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イト（ＨＯＢＡＣＰ
Ｃ）および４−ο−（２−メチル）−ブチルレゾルシリ
デン−４’−オクチルアニリン（ＭＢＲＡ８）等の強誘
電性液晶化合物があげられる。

【００２３】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^* 、Ｓｍ
Ｆ^* 、あるいはＳｍＧ^* となるような温度状態に保持す
るために、必要に応じて素子をヒータが埋め込まれた銅
ブロック等により支持し、液晶駆動時に熱的制御を行う
ようにしてもよい。

【００２４】

【作用】図１７は本発明に係る液晶素子を概念的に例示
する模試図である。図中、２３ａおよび２３ｂはＩＴＯ
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２１が基板２３ａ，２３ｂのガラス
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。１６は液晶分子を表しており、この液晶分
子１６はそれに直交した方向に双極子モーメント（Ｐ
⊥）１７を有している。

【００２５】このような構成において、基板２３ａ，２
３ｂ上の電極間に一定閾値以上の電圧を印加すると、液
晶分子１６の螺旋構造がほどけ、双極子モーメント１７
はすべて電界方向に向くように、液晶分子１６の配向方
向を変えることができる。液晶分子１６は長細い形状を
有しており、その長軸方向と短軸方向とで屈折率異方性
を示す。従って、例えば対向基板２３ａ，２３ｂの外側
に、互いにクロスニコルの位置関係となるように偏光子
を配置することにより、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。更に、液晶セルの厚さを充分に薄くし、例えば１
μｍにした場合には、図１８に示すように、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１７は電界ＥまたはＥ′の電界ベクトル
に対応して上向き（実線１７）または下向き（破線１
７′）に向きを変え、それに応じて液晶分子は第１の安
定状態（実線１６；明状態）、あるいは第２の安定状態
（破線１６′；暗状態）のいずれか一方に配向する。

【００２６】このような強誘電性液晶を有するものを光
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の利点を例えば図１８
によって説明すれば、電界Ｅを印加すると液晶分子は第
１の安定状態（実線１６）に配向するが、この状態は電
界を切ってもこの第１の安定状態が維持される。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（破線１６′）に配向してその向きを変えるが、電界
を切ってもやはりこの状態を保ち、それぞれの安定状態
でメモリ機能を有する。このような応答速度の速さと、
双安定性を有効に実現するには、素子を構成する液晶セ
ルはできるだけ薄いほうが好ましく、一般的には０．５
〜２０μｍ、望ましくは１〜５μｍの厚さが適してい
る。

【００２７】この種の強誘電性液晶を用いかつマトリク
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４，８４０，４６２号明細
書で提案されている。このような構造の場合において、
外部から電圧を印加して駆動するとき、液晶と電極間の
膜厚方向のチャージのやりとりがスムーズに行われる
と、前記外部電圧ＤＣ成分と自発分極によるイオン偏在
が素早く緩和される。しかしながら、従来の配向膜材料
は一般的には抵抗が高く絶縁効果が大きい。

【００２８】これに対し本発明では、配向膜およびバッ
ファ層が、強誘電性液晶と電極間の電荷移動を可能にす
る隙間およびピンホールをそれぞれ有するようにし、あ
るいは液晶・電極間の導通をとめるためのピンホールを
画素内に１カ所あるいはそれ以上設けるようにしている
ため、前記外部電圧ＤＣ成分と自発分極によるイオン偏
在の影響が改善され、したがって所望の中間調が安定し
て表示されるようになる。

【００２９】また、バッファ層により、地下の電極形状
の影響が減少され、斜方蒸着配向膜のＳｉＯカラム等の
配列に乱れが生じることもなく、したがって、配向の乱
れも防止され、強誘電性液晶の双安定性が保持される。

【００３０】

【実施例】実施例１図２は本発明の第１の実施例に係る光学変調素子の基本
的な構成を示す断面図である。同図において、２３ａと
２３ｂは基板、２２ａと２２ｂはそれぞれ基板２３ａと
２３ｂ上に形成されたＩＴＯ膜からなる透明電極、２１
ａと２１ｂはそれぞれ透明電極２２ａと２２ｂ上に形成
されたバッファ層、２０ａと２０ｂはそれぞれバッファ
層２１ａと２１ｂ上に形成されたＳｉＯからなる斜方蒸
着配向膜であり、これらにより電極基板２５ａおよび２
５ｂが構成される。２４は配向膜２０ａ，２０ｂ間に配
置された強誘電性液晶である。透明電極２２ａ，２２ｂ
は、画素電極およびこれに対する対向電極を含む。配向
膜２０ａ，２０ｂおよびバッファ層２１ａ，２１ｂに
は、強誘電性液晶２４と電極２２ａ，２２ｂとの間の電
荷移動を可能にする隙間およびピンホールをそれぞれ有
する。

【００３１】基板２３ａ，２３ｂは１．１ｍｍ厚の両面
研磨処理を施したＨＯＹＡ製ＮＡ４０無アルカリガラス
であり、ＩＴＯ膜２２ａ，２２ｂはＯ₂ 中の反応性イオ
ンプレーティング法により７００Åの厚さで形成したも
のである。バッファ層２１ａ，２１ｂはＴｉＯ₂ −Ｓｉ
Ｏ₂ を含有した有機溶液（商品名：ＭＯＦ）をスピナー
塗布した後、３００℃で燒結することにより、８００Å
の厚さで形成したものである。

【００３２】斜方蒸着配向膜２０ａ，２０ｂは図３に示
す蒸着装置を用いて作製したものである。図３におい
て、３０は真空チャンバ、３１は斜方蒸着配向膜２０
ａ，２０ｂが形成される基板、３２はＳｉＯの蒸発源で
あるチムニーるつぼ、３３はこの蒸発源の電源、３４は
スリット、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は切替えバルブである。

【００３３】この蒸着装置において、るつぼ３２から放
出されるＳｉＯ粒子はスリット３４を経て基板３１に達
する。一方、ローラ３５は角速度ωで回転し、これによ
り基板３１も一定速度ｖで移動する。また、基板３１に
対しては、図中に示す如く、スリット３４により基板３
１面に対しθの角度成分を有するＳｉＯ粒子のみが到達
できる。表１はこの装置における蒸着条件を示す。

【００３４】

【表１】このようにして形成されるＳｉＯ斜方蒸着配向膜２０
ａ，２０ｂ上にギャップ剤として１．５μｍΦのシリカ
ビーズをスピナー塗布し乾燥した後、シール剤を印刷
し、電極基板２５ａと２５ｂとを接着してセルを構成
し、その中に強誘電性液晶を真空注入することにより素
子が構成される。

【００３５】図１はこの光学変調素子の拡大断面図であ
る。図２と対応する部分は同じ番号で示してある。図１
において、６はＴＦＴ、８はＩＴＯからなる画素電極、
５は対向電極、９はＳｉＯ斜方蒸着配向膜を形成するＳ
ｉＯカラムである。ＴＦＴ６は画素電極８に接続してお
り、ゲート信号によりスイッチングして、書込み信号Ｖ
Ｗまたはリセット信号ＶＲを画素電極８に導いている。
対向電極５側も配向膜は上記と同様に構成され、対向電
極５はアース電位に保たれている。

【００３６】図４は、このように構成された素子を図１
２（ａ）の如き一定のリセットおよび書込み信号で連続
的にアクティブ駆動させた時の、書込み電圧・透過率
（Ｖ−Ｔ）特性を示すグラフである。従来のラビング配
向膜を有する素子のＶ−Ｔ特性４２と比較すると本実施
例の素子におけるＶ−Ｔ特性４１においては明らかにヒ
ステリシスが減少している。

【００３７】図５は、黒リセット放置時間ｔ₁ の変化に
対する全白書込み応答時間ｔ₂ の変化の様子を示すグラ
フである。図中、曲線５１は実施例の光学変調素子の場
合を示し、破線曲線５２は従来のラビング配向膜を用い
た光学変調素子の場合を示す。これによれば、明らかに
上述した不安定性が解消されていることがわかる。

【００３８】図６は、時間経過に伴う相対透過率変化を
示すグラフであり、６１は本実施例の場合、６２は従来
例の場合を示す。

【００３９】図７は、一定時間ｔ『黒』放置した後、
『白』中間調書込みをした場合の透過率Ｔの変化を示す
グラフである。図中、曲線７１は本実施例の素子の場合
を示し、破線曲線７２は従来の場合を示す。従来のラビ
ング配向膜の場合と比較すると本実施例の場合はフェー
ディング現象がほとんど見られないことがわかる。

【００４０】このように、強誘電性液晶の諧調表示を行
う際に生じる問題点が解消される理由は次のように説明
される。即ち、図１に模試的に示したように、ＳｉＯ斜
方蒸着により成膜したＳｉＯのカラム９は隙間構造を有
しているため、バッファ層２１ａ，２１ｂが部分的に露
出しており、かつ地下のバッファ層２１ａ，２１ｂが非
常に薄くてその中に適度にピンホールが存在するため、
電極５（２２ａ），８（２２ｂ）と液晶層２４との間で
導通がとれている。このため強誘電性液晶２４に印加さ
れる書込み電圧ＶＷとリセット電圧ＶＲ間の、図１２で
示したようなＤＣアンバランスにより生じるイオン（こ
の場合マイナスイオン）の電極８上への蓄積が生じたと
しても、この界面での電子の授受により、上記イオンが
中和されると考えられる。この中和現象は画素電極８に
対向するアース電極５においても同様に生じていると考
えられる。従って前述した従来例の如きイオンの配向膜
面上への蓄積により発生する抗電界が形成されないた
め、上記問題が解消されるものと考えられる。

【００４１】本実施例の光学変調素子の配向状態を偏光
顕微鏡により観察したところ、均一なユニフォーム配向
となっていた。更に、等方相まで昇温し再配向処理を行
ったところ、ＳｍＣ^* 相の温度域で完全な双安定状態を
示した。また、チルト角θ_aを測定したところθ_a ＝１
４〜１４．５°であり、注入した強誘電性液晶２４のコ
ーン角ΘはΘ〜１５°程度であることから考え、ほぼ強
誘電性液晶２４のコーン角Θに近いところまでセルのチ
ルト角θ_a が開いていることがわかった。

【００４２】さらに、基板２３ａ，２３ｂを８０μｍ厚
の薄膜ガラスで構成して同様の素子を作製し、Ｘ線回路
折法によりその層構造を測定した。図８は、そのＸ線回
折パターンを示すグラフである。同図において、回折ピ
ークが１つのみ見られることから、液晶２４の層構造は
図９に示すような斜めブックシェルフ構造となっている
ことがわかる。

【００４３】実施例２バッファ層２１ａ，２１ｂとしてＴａ₂ Ｏ₅ を電子ビー
ム蒸着法を用いて８００Åの厚さで形成し、その上に実
施例１と同様の斜方蒸着配向膜を、ベース圧が〜１０^-7
ｔｏｒｒ．、蒸着速度を５Å／ｓｅｃ、図３におけるθ
が８５°という条件下で成膜した。そして、他は実施例
１と同様にして素子を作成し、その配向状態、Ｖ−Ｔ特
性のヒステリシス、不安定性、およびフェーディング現
象を測定した。その結果、配向は均一なユニフォーム配
向であり、かつ双安定あった。また、ヒステリシス、不
安定性、およびフェーディング現象が大幅に減少してい
ることを確認した。

【００４４】実施例３バッファ層２１ａ，２１ｂを実施例１と同様とし、斜方
蒸着配向膜２０ａ，２０ｂ（９）を、実施例１と同様の
装置でＳｉＯのかわりにＺｒＯ₂ を用いて成膜した。こ
の成膜は、ベース圧が〜１０^-7ｔｏｒｒ．、蒸着速度が
５Å／ｓｅｃ、図３のθが８５°の条件下で行い、斜方
蒸着膜２０ａ，２０ｂのカラム長は４００Åであった。
そして他は実施例１と同様にして素子を作成し、その配
向状態、Ｖ−Ｔ特性のヒステリシス、不安定性、および
フェーディング現象を測定した。その結果、配向は均一
なユニフォーム配向でかつ双安定あった。また、ヒステ
リシス、不安定性、およびフェーディング現象が大幅に
減少していることを確認した。

【００４５】実施例４バッファ層２１ａ，２１ｂを実施例１と同様とし、斜方
蒸着配向膜２０ａ，２０ｂを、実施例１と同様の装置で
ＳｉＯのかわりにＴｉＯ₂ を用いて成膜した。この成膜
は、ベース圧が〜１０^-7ｔｏｒｒ．、蒸着速度が５Å／
ｓｅｃ、図３のθが８５°の条件下で行い、斜方蒸着膜
２０ａ，２０ｂのカラム長は４００Åであった。そし
て、他は実施例１と同様にして素子を作成し、その配向
状態、Ｖ−Ｔ特性のヒステリシス、不安定性、およびフ
ェーディング現象を測定した。その結果、配向は均一な
ユニフォーム配向でかつ双安定あった。またヒステリシ
ス、不安定性、およびフェーディング現象が大幅に減少
していることを確認した。

【００４６】実施例５バッファ層２１ａ，２１ｂを、Ｔａ₂ Ｏ₅ を電子ビーム
蒸着法を用いて８００Åの厚さで形成し、その上に斜方
蒸着配向膜２０ａ，２０ｂをＳｉＯのかわりにＺｒＯ₂
を用い、ベース圧が〜１０^-7ｔｏｒｒ．、蒸着速度が５
Å／ｓｅｃ、図３のθが８５°の条件下で成膜した。そ
して、他は実施例１と同様にして素子を作成し、その配
向状態、Ｖ−Ｔ特性のヒステリシス、不安定性、および
フェーディング現象を測定した。その結果、配向は均一
なユニフォーム配向でありかつ双安定あった。また、ヒ
ステリシス、不安定性、およびフェーディング現象が大
幅に減少していることを確認した。

【００４７】実施例６図１９は本発明の第６の実施例を示す。同図は液晶素子
の１画素の電極界面の断面を示す。この素子は次のよう
にして作製される。まず、ガラス基板２３上にＩＴＯ等
の透明電極２２を反応性スパッタ等により１０００〜１
５００Å程度の膜厚で膜形成し、その上にポリイミドを
スピナー塗布した後、１５０℃でベークし、５００〜１
０００Åの膜を形成する。次に、このポリイミド膜上に
シリコン含有レジスト例えばＳＮＲ（商品名：東洋曹達
社製）を、スピナー塗布およびベーク処理によって約３
００〜５００Åの厚さに膜形成する。次に、このレジス
トに電子ビーム描写を行い径０．１〜２μｍのスペース
パターンを形成する。このとき、材料によっては基板を
例えば１００〜３５０℃に加熱してもよい。また、電子
ビームの代わりにレーザ等を用いてもよい。

【００４８】次に、このレジストをマスクにしてポリイ
ミドをエッチングする。エッチングは例えば、Ｏ₂ ガス
を用い、パワー１３０Ｗ、圧力１〜５Ｐａといった条件
でＲＩＥ装置で行う。この後、マスクをエッチング除去
する。これにより、前記スペースパターンに対応するピ
ンホール２６を有する配向膜２０が形成される。このエ
ッチングは、フッ素系ガス例えばＣＦ₄ ＋Ｈ₂ を用いて
ＲＩＥ装置によって行う。あるいはフッ酸に浸積して除
去しても良い。

【００４９】次に、このようにして形成した２枚の電極
基板に対し、ポリイミド表面にラビング処理を施し、こ
れら基板を、ラビング面を内側にして向かい合わせて１
〜５μｍ程度のギャップを有するセルを形成し、液晶を
真空注入する。

【００５０】このようにして形成された、画素内にピン
ホール箇所を有する液晶素子を、外部から電圧を印加し
て駆動しようとする場合、液晶・電極間において、配向
膜２０の膜厚方向のチャージの授受が極めてスムーズに
行なわれる。これによって、前記外部電圧ＤＣ成分と自
発分極に起因するイオン偏在を素早く緩和することがで
きる。また、この構成によれば、液晶を配向させるため
のラビング処理等は従来通りに行なうことができ、ピン
ホールの大きさも０．１〜２μｍ程度とすれば配向状態
への影響は極めて少ない。

【００５１】さらにまた、特にテレビレート等の高周波
数で諧調を表示する際には、液晶および配向膜ともに抵
抗値を下げ時定数を小さくする等の手段も実用的である
が、その場合は材料の抵抗値を下げることにより液晶・
配向膜界面でのチャージのやり取りはスムーズになるも
のの、これがドメイン広がりの傾向も増大させる。これ
に対し、前記ピンホール構成によれば、膜厚方向にはチ
ャージ緩和が素早く行なわれるのに対し、ドメイン広が
りへの影響なしに所望の中間調を安定して表示すること
ができる。

【００５２】実施例７図２０は本発明の第７の実施例を示す。同図は液晶素子
の１画素の電極界面の断面を示す。この素子は次のよう
にして作成される。まず、ガラス基板２３上にＩＴＯ等
の透明電極２２を１０００〜１５００Å程度の厚さで反
応性スパッタ等により形成し、その上にポリイミドをス
ピナー塗布した後、約１５０℃でベークし、３００〜５
００Åの絶縁膜２８を形成する。次に、このポリイミド
膜上にシリコン含有レジスト例えばＳＮＲ（商品名：東
洋曹達社製）を、スピナー塗布およびベーク処理するこ
とによって約３００〜５００Åの厚さに膜形成する。

【００５３】次にこのレジストに電子ビーム描写を行い
径０．１〜３μｍのスペースパターンを形成する。この
とき、材料によっては基板を例えば１００〜３５０℃に
加熱してもよい。また、電子ビームの代わりにレーザ等
を用いてもよい。あるいは、該ポリイミド上にＳｉＯ₂
をスパッタ等で３００〜５００Åの厚さに膜形成し、更
に、ＳｉＯ₂ 上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレー
ト）のパターニングを通常のフォトリソ工程によって行
なうことにより、所望のスペースパターンを形成して用
いても良い。

【００５４】次に、このようにして形成したレジストを
マスクにして、ポリイミドをＯ₂ ガスによってＲＩＥ装
置でエッチングする。この後、マスクをエッチングによ
り除去する。これにより、ピンホール２６を有する絶縁
膜２８が形成される。このエッチングはフッ素系ガス例
えばＣＦ₄ ＋Ｈ₂ を用いてＲＩＥ装置によって行う。あ
るいはフッ酸に浸積して除去しても良い。その後、ＦＬ
Ｃを配向させるために例えばＳｉＯ斜方蒸着法により、
カラム２９を形成する。上記ピンホールパターンはこの
カラム系より充分大きい。

【００５５】最後に、このように形成した２枚の電極基
板を、カラム面を内側にして向かい合わせ、１〜５μｍ
程度のギャップを有するセルを形成し液晶を真空注入す
ることにより素子が完成する。

【００５６】以上のような工程を経て形成された、画素
内にピンホール箇所を有する液晶素子を、外部から電圧
を印加して駆動しようとする場合、外部電圧のＤＣ成分
と自発分極に起因するイオン偏在を素早く緩和すること
ができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ッファ層を介して斜方蒸着配向膜を形成し、この配向膜
およびバッファ層は前記強誘電性液晶と電極間の電荷移
動を可能にする隙間およびピンホールをそれぞれ有する
ようにしたため、あるいは配向膜部分に、液晶部分と電
極間の導通を取るためのピンホールを１画素につき１つ
以上具備するようにしたため、均一なユニフォーム配向
のかつ完全な双安定状態の配向が得られ、外部電圧ＤＣ
成分とＦＬＣ分子自身が有する自発分極に起因するイオ
ン偏在を素早く緩和することができ、特に、強誘電性液
晶を用いたアクティブマトリクス駆動による諧調表示を
行なう場合に特有の電圧・透過率特性のヒステリシス現
象、不安定性およびフェーディング現象を解消させ、所
望の中間調を安定して得ることができる。

【００５８】また、配向膜部分に、液晶部分と電極間の
導通を取るためのピンホールを１画素につき１つ以上具
備するようにしたため、外部電圧ＤＣ成分とＦＬＣ分子
自身が有する自発分極に起因するイオン偏在を素早く緩
和することができ、特に高諧調表示を行なう際に液晶の
反応を疎外することなく、所望の中間調を安定して得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る光学変調素子の拡
大断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る光学変調素子の
基本的な構成を示す断面図である。

【図３】図１の素子の配向膜を作製する装置の構成図
である。

【図４】図１の光学変調素子と従来の素子との書込み
電圧・透過率特性を比較して示すグラフである。

【図５】黒リセット放置時間ｔ₁ の変化に対する全白
書込み応答時間ｔ₂の変化の様子を示すグラフである。

【図６】時間経過に伴う相対透過率変化を、第１実施
例の場合、および従来例の場合について示す示すグラフ
である。

【図７】一定時間ｔ『黒』放置した後、『白』中間調
書込みをした場合の透過率Ｔの変化を、第１実施例の場
合および従来例の場合について示すグラフである。

【図８】図１の光学変調素子のＸ線回折パターンのグ
ラフである。

【図９】図１の光学変調素子の層構造を示す模試的断
面図である。

【図１０】従来例に係る液晶素子の説明図である。

【図１１】従来例に係る強誘電性液晶素子を用いてア
クティブマトリクス駆動で諧調表示を行うときの等価回
路図である。

【図１２】液晶素子における駆動波形とそれによる透
過率変化を示す説明図である。

【図１３】図１０の液晶素子における電圧・透過率特
性曲線のグラフである。

【図１４】ヒステリシス現象を定性的に説明するため
の説明図である。

【図１５】図１０の素子における駆動波形を連続印加
した場合の透過率変化を示すグラフである。

【図１６】フェーディング現象を説明するための模試
図である。

【図１７】本発明に係る液晶素子を概念的に例示する
模試図である。

【図１８】図１７の素子における電界による配向の変
化を示す模試図である。

【図１９】本発明の第６の実施例に係る液晶素子の電
極界面の断面図である。

【図２０】本発明の第７の実施例に係る液晶素子の電
極界面の断面図である。

【図２１】他の従来例に係る液晶素子の構成を示す断
面図である。

【符号の説明】９：ＳｉＯカラム、２３，２３ａ，２３ｂ：基板、２
２，２２ａ，２２ｂ：電極、２０，２０ａ，２０ｂ：配
向膜、２６：ピンホール、２８：絶縁膜、２４：ＦＬＣ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電性液晶と、これを挟持する対向基
板と、この対向基板の対向面上に設けられ、強誘電性液
晶に電圧を印加するための電極を有する電圧印加手段と
を備えた液晶光学変調素子において、この電極面上には
バッファ層を介して斜方蒸着配向膜が形成されていると
ともに、この配向膜およびバッファ層は前記強誘電性液
晶と電極間の電荷移動を可能にする隙間およびピンホー
ルをそれぞれ有することを特徴とする液晶光学変調素
子。
【請求項２】前記電圧印加手段は少なくとも、前記強
誘電性液晶に画素単位で電圧を印加するための画素電
極、この画素電極に電圧信号を供給するための信号配
線、この信号配線と画素電極間の接続をオン・オフ制御
するためのアクティブスイッチング素子、およびこのア
クティブスイッチング素子に対し、これをオン・オフ制
御する信号を供給するための走査配線を備え、前記強誘
電性液晶のリセットおよび書込みがともにアクティブマ
トリクス駆動により行われることを特徴とする請求項１
記載の液晶光変調学素子。
【請求項３】前記バッファ層は無機化合物を主成分と
する薄膜であることを特徴とする請求項１記載の液晶光
学変調素子。
【請求項４】前記無機化合物を主成分とする薄膜は、
ＴｉＯ₂-ＳｉＯ_X であり、その膜厚は０．００５〜０．
２μｍであることを特徴とする請求項３記載の液晶光学
変調素子。
【請求項５】前記膜厚は０．０１〜０．０５μｍであ
ることを特徴とする請求項４記載の液晶光学変調素子。
【請求項６】前記無機化合物を主成分とする薄膜はＴ
ａ₂ Ｏ₅ であり、その膜厚は０．００５〜０．２μｍで
あることを特徴とする請求項３記載の液晶光学変調素
子。
【請求項７】前記膜厚は０．０１〜０．０５μｍであ
ることを特徴とする請求項６記載の液晶光学変調素子。
【請求項８】前記斜方蒸着配向膜の材質は無機酸化物
であることを特徴とする請求項１記載の液晶光学変調素
子。
【請求項９】前記無機酸化物の主成分はＳｉＯである
ことを特徴とする請求項８記載の液晶光学変調素子。
【請求項１０】前記斜方蒸着膜のカラム長が０．０１
〜０．６μｍであることを特徴とする請求項９記載の液
晶光学変調素子。
【請求項１１】前記斜方蒸着膜のカラム角度は０〜６
０°であることを特徴とする請求項９記載の液晶光学変
調素子。
【請求項１２】前記無機酸化物の材質がＺｒＯ₂ であ
ることを特徴とする請求項８記載の液晶光学変調素子。
【請求項１３】前記無機酸化物の材質がＴｉＯ₂ であ
ることを特徴とする請求項８記載の液晶光学変調素子。
【請求項１４】基板と、該基板上に設けた電極と、該
電極上に設けた配向膜とをそれぞれ対向面上に有する一
対の対向する電極基板、およびその間に封入された液晶
を備えた液晶光学変調素子において、該配向膜部分に、
該液晶部分と電極間の導通を取るためのピンホールを１
画素につき１つ以上具備することを特徴とする液晶光学
変調素子。