JPH07122710B2 - 光学変調素子 - Google Patents

Description

【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
いた表示パネルで、特に階調表示に適した液晶光学変調
素子に関する。

［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、薄膜トランジスタ（TFT）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て、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
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TFTが複
雑な構造を有しているため、構造工程が多く、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、アモルフアスシ
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してTN液晶を
用いたパッシブマトリ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（デューテ
ィー比）が1/Nの割合で減少し、このためクロストーク
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、デューティー比が低くなると各
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。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の技術では、ストライプフィルタによって縦縞感を
感じることがあった。本発明の目的は、前述の従来技術
の欠点を解消するためになされたものであり、強誘電性
液晶を用いた階調表示ディスプレイを提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は、対向する一対の導電膜間に光学変調物
質が配された縦長の画素を行列状に複数配列し、行毎に
複数の画素を共通に接続した走査電極群と、列毎に複数
の画素を共通に接続した情報電極群とを具備し、前記走
査電極はそれぞれ該導電膜とそれより低抵抗の電送ライ
ンとを有しており、隣接する２つの電送ラインへの異な
る電圧の印加によって該画素を構成する前記一対の導電
膜間に電位差勾配が生じるように、該光学変調素子を駆
動する駆動手段を備えた光学変調素子であって、電位差
勾配に基づいて生じる明暗の境界が変化する方向が前記
縦長の画素の長手方向となるように前記画素が構成され
ていることを特徴とする光学変調素子である。

本発明において、長方形画素は、その長辺の方向に沿っ
て、赤、緑、青の３原色のストライプフィルタを有し、
カラー階調表示が行われるものが好ましい。

［作用］ 本発明の光学変調素子は、第１の導電膜又は第２の導電
膜に長方形画素を設け、該長方形画素の長辺の方向と、
階調情報に応じてその電圧値、パルス幅或いはパルス数
を変調した信号を印加することにより明暗の境界が広が
る方向とがほぼ同一方向になる様に構成することができ
る。そして、人間が感じる縦縞感を解消し、均一な表示
を正確に行うことができる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に従って説明する。

本発明で用いる光学変調素子としては、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。

本発明の光学変調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、強誘電性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（Sm
I^＊）、Ｆ相（SmF^＊）、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・ジュールナ
ル・ド・フィジーク・ルットル”（“LE JOURNAL DE PH
YSIQUE LETTRE"）1975年，36（L-69）号、「フェロエレ
クトリック・リキッド・クリスタルス」（「Ferroelect
ric Liquid Crystals」）；“アプライド・フィジック
ス・レターズ”（“Applied physics Letters"）1980
年，36（11）号、「サブミクロ・セカンド・バイステイ
ブル・エレクトロオプチック・スイッチング・イン・リ
キッド・クリスタルス」（「Submicro Second Bistable
Electrooptic Switching in Liquid Crystals」）；
“固体物理"1981年，16（141）号、「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。

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−ｐ′−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）−ブチルレゾルシリデン−４′−オクチルア
ニリン（MBRA 8）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SmC^＊相、SmH^＊相、SmI^＊相、SmF^＊相、SmG^＊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。21aと21bは、In₂O₃、SnO₂やITO（Indium-Tin-O
xide）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22がガラス面に垂直になるよ
う配向したSmC^＊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ており、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_⊥）24を有している。基板21aと21b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、双極子モーメント（Ｐ_⊥）24はすべて電
界方向へ向くよう、液晶分子23の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
長軸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１μ）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Pa又はPbは上
向き（34a）又は下向き（34b）のどちらかの状態をと
る。このようなセルに第５図に示す如く一定の閾値以上
の極性の異なる電界Ea又はEbを所定時間付与すると、双
極子モーメントは電界Ea又はEbの電界ベクトルに対応し
て上向き34a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33a（明状態）かあるいは
第２の安定状態33b（暗状態）のいずれか一方に配向す
る。

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状態を有することで
ある。第２の点を例えば第５図によって説明すると、電
界Eaを印加すると液晶分子は第１の安定状態33aに配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。また、
逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第２の安定状
態33b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、0.5μ〜20
μ、特に１μ〜５μ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
4,367,924号明細書で提案されている。

次に、本発明で用いる光学変調素子の一例として液晶光
学素子の詳細を第１図を参照して説明する。第１図は本
発明の光学変調素子の一方の基板を表わす斜視図であ
る。

第１図中の１は、一方の基板である。２は表示導電膜で
あり１の基板上に積層されている。３は、低抵抗の金属
フィルムからなる電送電極であり、表示用導電膜２上に
等間隔に平行に並んで積層されている。又基板１に対し
て図示されていない他方の基板が対向しており、該他方
の基板上の図中画素Ａの領域に対応する領域には対向導
電膜（対向電極）４が配置されている。表示用導電膜２
と対向電極４との間には、前述した光学的変調物質がサ
ンドイッチされている。

前記に構成される液晶光学素子では電送電極３に印加さ
れた信号電圧により表示用導電膜２の内面に電位勾配を
付与することによって対向電極４との間の電界に電位差
勾配を生じさせる。この際、電送電極3bを基準電位点V_E
（例えば０ボルト）に接続し、電送電極3aと3cの用に基
準電位点に接続した電送電極と隣合う電送電極に所定の
信号電圧Vaを印加すると、第２図（ａ）の如く電送電極
間3aと3bあるいは3bと3cの導電膜２の面内の長さ方向l₁
とl₂にVaの電位勾配を付与することができる。

この時、強誘電性液晶の反転閾値電圧VthをVaとした
時、対向電極４に−Vbを印加すると、第２図（ｂ）に示
す様に表示用導電膜２の面内の長さ方向m₁とm₂に対応す
る強誘電性液晶に反転閾値電圧Vth以上の電位差Va＋Vb
が印加されることになり、かかるm₁とm₂に対応した領域
が、例えば明状態から暗状態に反転することができる。

従って、本発明では画素毎に階調に応じた値でVbを印加
することによって階調性を表現することができる。この
際、対向電極４に印加する電圧信号−Vbを階調情報に応
じてその電圧値を変調してもよく、または階調情報に応
じてそのパルス幅を変調してもよく、若しくはそのパル
ス数を変調することによって階調性を制御することがで
きる。

又、本発明では前述の階調信号を印加するに先立って、
画素を明状態か暗状態のうち何れか一方の状態にする消
去ステップを経てから、その状態を反転させる反転電圧
が階調に応じて制御されて強誘電性液晶に印加される様
にしておくことが必要である。

次に、第３図に第１図におけるＡ画素付近の真上から見
た状態図を示す。一例として、電送電極のピッチＰは21
0μｍ、対向導電膜の巾Ｗは70μｍである。また、対向
導電膜4Rは赤色、対向導電膜4Gは緑色、対向導電膜4Bは
青色のそれぞれ有機顔料の真空蒸着あるいは染色等の手
法で作られたストライプ状のフィルタを有している。

この赤、緑、青の３つの画素を一組とした絵素が、ほぼ
正方形となって構成され、全ての色を表現することがで
きる。すなわち、各色の画素は長方形をしており、その
長辺の方向にストライプ状のフィルタを配置し、その明
暗の境界が広がる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明の光学変調素子によれば、良
好な階調表示が行われると共にストライプフィルタによ
って人間が感じる縦縞感が解消し、均一な画像を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学変調素子に用いる一方の基板を表
わす斜視図、第２図（ａ），（ｂ）は導電膜間の電位勾
配を模式的に表わす説明図、第３図は本発明における画
素の階調性を表わす模式図、第４図及び第５図は、本発
明で用いる強誘電性液晶素子を模式的に示す斜視図であ
る。 １……基板 ２……表示用導電膜 ３……電送電極 ４……対向導電膜 Ａ……画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−201217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−20851（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−122098（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する一対の導電膜間に光学変調物質が
   配された縦長の画素を行列状に複数配列し、行毎に複数
   の画素を共通に接続した走査電極群と、列毎に複数の画
   素を共通に接続した情報電極群とを具備し、前記走査電
   極はそれぞれ該導電膜とそれより低抵抗の電送ラインと
   を有しており、隣接する２つの電送ラインへの異なる電
   圧の印加によって該画素を構成する前記一対の導電膜間
   に電位差勾配が生じるように、該光学変調素子を駆動す
   る駆動手段を備えた光学変調素子であって、電位差勾配
   に基づいて生じる明暗の境界が変化する方向が前記縦長
   の画素の長手方向となるように前記画素が構成されてい
   ることを特徴とする光学変調素子。
2. 【請求項２】前記縦長の画素は、赤、緑、青の３原色の
   フィルタのうちいずれか１つのフィルタを有し、カラー
   階調表示が行われる特許請求の範囲第１項記載の光学変
   調素子。
3. 【請求項３】光学変調物質が強誘電性液晶である特許請
   求の範囲第１項記載の光学変調素子。