JP2000047211A - 液晶素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低しきい値化の低減が可能な液晶素子とその
製造方法を提供すること。 【解決手段】 液晶配向膜を有する複数個の基板が液晶
配向膜の側で所定の間隙を置いて互いに対向し、この間
隙内に液晶が配されている液晶表示素子において、液晶
配向膜としてのＳｉＯ_X 斜方蒸着膜を高級アルコールで
表面処理することによって、その表面を液晶材料との相
互作用が変化するように改質し、以って液晶素子のしき
い値を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜を有す
る基体の複数個が前記液晶配向膜の側で所定の間隙を置
いて互いに対向し、前記間隙内に液晶が配されている液
晶素子（例えば、液晶表示素子又は液晶ディスプレイ）
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶を表示用途に用いた液晶ディスプレ
イ（ＬＣＤ）は、低消費電力、薄型、軽量という特長を
有しており、これを生かして、時計、電卓からコンピュ
ーターディスプレイ、テレビジョン受像機（ＴＶ）へと
応用が進んでいる。

【０００３】こうしたＬＣＤにおいて、液晶として強誘
電性液晶（ＦＬＣ：ferroelectricliquid crystal) を
用いようとする研究開発が、活発に進められてきてい
る。ＦＬＣについては、１９７５年にメイヤーによって
はじめて強誘電性液晶が合成され、また１９８０年にク
ラーク、ラガワールによって、電界によりドメイン反転
が可能な表面安定化強誘電性液晶が発明された。ＦＬＣ
は、分子自身にその長軸に対し垂直な永久双極子モーメ
ントを有し、自発分極を持ち、電界によりスイッチング
可能な液晶のことであり、これを用いたＦＬＣディスプ
レイは、主として次の（イ）〜（ハ）の特徴を有する優
れたものである。

【０００４】（イ）スイッチング速度がμ秒オーダであ
り、ＴＮ液晶表示に比較して１０００倍も高速に応答
し、高速応答性に優れている。 （ロ）分子配列に基本的にねじれ構造がなく、視野角依
存性が少ない。 （ハ）電源をオフしても画像が保持され、画像にメモリ
性があり、ハイビジョンにも対応できる１０００本以上
の走査線に対しても、単純マトリクス駆動が可能であ
る。

【０００５】従って、ＦＬＣディスプレイは、高精細、
低コスト化、大画面化という性能を追求できるディスプ
レイである。

【０００６】強誘電性液晶素子（例えば表面安定化強誘
電性液晶素子）は、図１３に示すように、外部印加電界
Ｅ（Ｐｓは自発分極）に対して液晶分子Ｍの配向が状態
１と状態２の二つの状態間をスイッチングする。この分
子配向の変化は、直交する偏光板間に液晶素子を配置す
ることによって光透過率の変化として現れ、図１４のよ
うに印加電界に対して透過率がしきい値電圧Ｖ_thで０％
から１００％に急峻に変化する。

【０００７】このように、双安定モードを用いた強誘電
性液晶表示は２状態のみ安定であることから、ＴＮ液晶
のような電圧制御による階調表示は困難である。

【０００８】即ち、強誘電性液晶素子は、透過光量が急
峻に変化する如くに透過光に変調がかけられるため、電
圧制御による階調表示が困難である。この対策として、
サブピクセルを設けて画像を調節することにより階調表
示を行う方法（画積階調法）が提案されている。しか
し、この方法は、１つの画素内で階調表現をするのでは
ないため、光変調素子のような１画素の大きさが非常に
小さい場合、階調表示の不十分さや高コスト化になると
いう問題があった。

【０００９】このような問題を解決すべく、強誘電性液
晶表示素子のように、光の透過及び非透過の２つの状態
のいずれか、又は光の反射及び非反射の２つの状態のい
ずれかを選択するいわゆるオン・オフ型の空間光変調素
子を用いて、高コントラストを保持しつつ、デジタル階
調表示を実現する方法が発明された。

【００１０】これは、光の透過及び非透過又は反射及び
非反射の２つの状態のいずれかを選択する空間光変調素
子によるフィールドシーケンシャル法と光源の光強度変
調を組み合わせて、原理的には人間の視覚特性としては
連続した階調まで表示できるディスプレイ表示技術であ
る。この技術は本出願人によって既に提案されている
（特願平５−３４７５７６号、特開平７−２１２６８６
号）。

【００１１】例えば、強誘電性液晶を用いた反射型光変
調素子の場合、駆動層の上に、光源からの光を反射する
反射層、光変調の役割をする強誘電性液晶層、強誘電性
液晶駆動用の対向電極が設けられる。

【００１２】まず、同一の光強度の光源を用いた場合、
８ビットの階調（２５６階調）を表示するには、１フレ
ーム１６．７ｍｓを８ビット（即ち、０から２５５段
階）で単純に時分割して表示しなければならず、このた
めには強誘電性液晶は約６５．５μｓ／ラインで完全に
駆動しきれなければならない。１０ビット表示では、約
１６．３μｓ／ラインとなる。これは、現状の強誘電性
液晶の応答速度から鑑みて厳しい値であり、実現のため
には印加電界を高く設定することになってしまう。

【００１３】しかし、光強度を変調できる光源を用いる
ことによって、強誘電性液晶の時分割された時間を飛躍
的に長くすることができる。即ち、８ビットの階調を表
示するには、光強度に８ビットの変調が可能であるとす
ると（図１５参照）、強誘電性液晶は約２．０８ｍｓ／
ラインで駆動できればよいことになる。１０ビットの階
調表示では、約１．６７ｍｓ／ラインである。このよう
に、強誘電性液晶の応答速度から実用的な駆動となる。
ここで、１つの階調ビットからなる映像を「ビットプレ
ーン」と呼び、その表示時間を「ビットプレーン時間」
と呼ぶ。例えば、８ビットの階調を表示する場合、ビッ
トプレーン数が８であり、８つのビットプレーン時間の
合計が１フレームになっている。

【００１４】近年、プラズマディスプレイパネル分野な
どのデジタル表示素子が発展する中、高画質化が望まれ
ており、デジタル階調表示において８〜１０ビットの表
示では、デジタル階調表示としては十分でありながら、
高画質という点では不十分であるという報告がなされて
いる。

【００１５】これは、静止画を表示する際には問題なく
十分な画質が得られるが、動画表示に際しては、偽輪郭
という問題が発生するためである。

【００１６】偽輪郭は、フィールドシーケンシャル（時
分割）駆動を行う際、時分割されたビットプレーン表示
時間が長いことに起因するものであって、発光点を目で
追従すると、発光パターンの時間的ずれが空間的ずれに
変換され、網膜上に不適当な刺激を与えるために生じる
現象である。これは、ビットプレーン分割法をこの強誘
電性液晶に用いた光変調器に適用することによって改善
されることが、本出願人によって既に提示されている
（特開平７−２１２６８６号）。

【００１７】この場合、ビットプレーンの時間を無限に
短くすることによって、偽輪郭の問題は解消されるが、
デバイス構造、消費電力、ライトバルブへのデータ転送
レートの問題から、１ビットプレーンは１００μｓ以上
とすることが望ましい。また、強誘電性液晶の応答時間
とアクティブ素子を利用した駆動電圧の観点から、液晶
のスイッチング完了までに５０μｓを充当し、１フレー
ムを３６ビットプレーン×３原色とするのがよい。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】当然のことながら、液
晶の駆動電圧は低いほど、例えばシリコンを用いた超高
密度集積回路（Silicon VLSI circuit）の高耐圧トラン
ジスタが省略できることになり、現状のＶＬＳＩの実力
からは３Ｖ又はそれ以下が望まれている。

【００１９】液晶材料には、低駆動電圧に対応した低し
きい値化の他にも、広温度範囲化など、さまざまな改良
が必要とされており、液晶材料のみからの低しきい値化
には限界があると考えられる。

【００２０】本発明の目的は、同一の液晶材料でありな
がら、低しきい値化の可能な液晶素子と、その製造方法
を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、液晶素子に
おいて液晶材料と配向膜との適合性が、しきい値を決定
すると推考し、配向膜の改質を行うことによって、しき
い値に関わる前記問題点を解決することができると考え
るにいたった。そして、ＳｉＯ_X 斜方蒸着配向膜のＳｉ
Ｏ_X 柱の形状による配向性を維持しつつ、高級アルコー
ルによる改質を行うことによって、液晶材料との界面で
の相互作用を変化させ、しきい値を低減することに成功
した。

【００２２】即ち、本発明は、液晶配向膜を有する基体
の複数個が前記液晶配向膜の側で所定の間隙を置いて互
いに対向し、前記間隙内に液晶が配されている液晶素子
において、前記液晶配向膜が、表面を高級アルコールで
処理したＳｉＯ_X 斜方蒸着配向膜からなっていることを
特徴とする液晶素子に係るものである。

【００２３】また、本発明は、液晶配向膜を有する基体
の複数個が前記液晶配向膜の側で所定の間隙を置いて互
いに対向し、前記間隙内に液晶が配されている液晶素子
を製造するに際し、基体の一方の面上に前記液晶配向膜
としてのＳｉＯ_X 斜方蒸着膜を形成する工程と、前記斜
方蒸着膜の斜方柱による凹凸を保持するようにして高級
アルコールにより前記斜方蒸着膜を処理する工程とを有
する、液晶素子の製造方法にも係るものである。

【００２４】ＳｉＯ_X 斜方蒸着配向膜は、プレチルト角
が大きく、また非接触で作製（成膜）できることから、
通常のポリイミド系ラビング配向膜よりも安定した均一
性が得られる。しかしながら、強誘電性液晶分子のもつ
自発分極によって、配向膜界面で分極をおこし、互いに
相互作用し合うことによって、高しきい値化するものと
考えられる。

【００２５】本発明者の知見によると、公知の方法で成
膜したＳｉＯ_X 斜方蒸着配向膜を高級アルコールにより
表面処理してやると、同膜の表面が改質され、これを液
晶素子に適用した場合は、液晶材料との界面で相互作用
が特異的に変化し、その結果、液晶素子のしきい値が低
減するのである。ただし、高級アルコールによる表面処
理は、本発明においてはそれを実施したあと、ＳｉＯ_X
斜方蒸着膜の表面にその斜方柱に基づく凹凸が消失せず
に保持されねばならない、と言う前提の下で行なわれ
る。

【００２６】前記高級アルコールによるＳｉＯ_X 斜方蒸
着膜の表面処理とは、より具体的には次の（イ）〜
（ニ）のいづれかを指すものである。 （イ）上記斜方蒸着膜に高級アルコールを吸着させるこ
と。 （ロ）上記斜方蒸着膜を高級アルコールで化学的に変化
させること。 （ハ）上記斜方蒸着膜を高級アルコールで湿潤させるこ
と。 （ニ）上記（ハ）の後に、さらに焼成処理を施すこと。

【００２７】上記（イ）〜（ニ）を実施するには、たと
えばスピンコートなどの塗布、浸漬、スプレー、さらに
はこれらの後に必要に応じて行なわれる乾燥や加熱処理
など、公知の手法と装置を適宜に組み合せて行なえばよ
い。なお、高級アルコールの粘度、流動性などを調整す
るため、適宜溶媒を用いてもよい。

【００２８】本発明に用いる上記高級アルコールは通
常、炭素数６以上（望ましくは３０以下）のアルコール
（特に鎖式アルコール）のことであり、その主なものと
しては、ヘキシルアルコール（Ｃ₆ ）、オクチルアルコ
ール（Ｃ₈ ）、セチルアルコール（Ｃ₁₆）、ステアリル
アルコール（Ｃ₁₈）、セリルアルコール（Ｃ₂₆）、及び
ミリシルアルコール（Ｃ₃₀）などがある。これらの高級
アルコールは置換基が導入されていても、また脂肪酸な
どと結合されていてもよい。又、本発明においては、各
高級アルコールをそれぞれ単独に用いてもよいし、２種
以上を混合して用いてもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】特に、前記液晶が強誘電性液晶か
らなる場合、強誘電性液晶に特有の配向膜界面での分極
が原因と考えられる上記した如き相互作用を抑制し、ア
ンカリング力の低下による低しきい値化等が得られるた
め、本発明の効果が顕著となる。

【００３０】本発明の液晶素子は、液晶表示素子、液晶
光変調器又は液晶光変調型表示素子として好適である。

【００３１】次に、本発明に使用可能な液晶素子又は光
変調素子の構造を図１〜図４に例示する。

【００３２】図１は、たとえば液晶表示素子などの液晶
素子の要部を示すもので、シリコンやガラスなどの基板
１上にアルミニウムやＩＴＯ（Indium tin oxide）など
の電極２が設けられ、この上にＳｉＯなどのＳｉＯ
_X （ｘは２未満の正数がよい。）ピラー２０からなるＳ
ｉＯ斜方蒸着膜３がたとえば０．０５μｍの厚さに形成
され、更にこの斜方蒸着膜３による表面凹凸２１を保持
する状態で高級アルコールの薄膜２２がたとえば０．０
５μｍ以下の厚さに塗布、形成されている。

【００３３】即ち、ＳｉＯ斜方蒸着配向膜３上に、その
液晶配向規制力の源であるＳｉＯ中の形状（斜方柱２０
による凹凸２１）を壊さない程度に、高級アルコールの
薄膜２２が積層されている。ＳｉＯ斜方蒸着配向膜３に
おいては、ＳｉＯ柱２０が傾いて形成されており、これ
による凹凸２１は、ＳｉＯ蒸着条件にもよるが概ね０．
０５μｍ程度又はそれ以下である。この表面に高級アル
コールが０．０５μｍ以下の厚さになるようにスピンコ
ートされ、ＳｉＯ表面の凹凸を消さない程度に薄くＳｉ
Ｏ斜方蒸着配向膜３を覆い、液晶分子の配向はＳｉＯ柱
２０の形状で行い、液晶材料と接する部分は高級アルコ
ールの薄膜２２となるようにしたものである。

【００３４】このように処理した２枚の基板は、スペー
サと紫外線硬化型接着剤（いずれも図示せず）を用い
て、ＳｉＯ斜方蒸着膜の蒸着方向が互いに反平行になる
ように組まれ、空の液晶セルが組み立てられる。このセ
ルギャップに強誘電性液晶が注入され、液晶表示素子
（液晶パネル）が得られる。

【００３５】図２及び図３にこの液晶表示素子の具体例
として反射型強誘電性液晶光変調型表示素子１１の構造
を概略的に図示する。この構造においては、透明ガラス
基板（例えばコーニング７０５９：０．７ｍｍ厚）１ａ
上に、コモン電極としての透明電極（例えば１００Ω／
□のＩＴＯ：Indium tin oxide）２ａが全面にべた付け
で形成されている。

【００３６】基板１ａに対向する他方の基板として、図
３（Ｂ）に明示するように、シリコンＶＬＳＩ回路（Ve
ry large scale integrated circuit ）基板１ｂ上に、
反射膜と表示電極（駆動電極）を兼ねたアルミニウム薄
膜２ｂが、１画素ずつマトリクス状に配されている。

【００３７】各電極２ａ、２ｂ上には、液晶配向膜とし
てＳｉＯ斜方蒸着膜３ａ、３ｂがそれぞれ形成され、こ
の上に高級アルコールの薄膜２２ａ、２２ｂがそれぞれ
形成されている（但し、図３では図示を省略）。

【００３８】ＳｉＯ斜方蒸着膜３ａ、３ｂの形成におい
ては、真空蒸着装置内に、ＳｉＯ蒸着源から鉛直上に基
板を配し、鉛直の線と基板法線のなす角度を８５度に設
定し、ＳｉＯを基板温度１００℃で真空蒸着後、２００
℃、１時間の焼成を行う。

【００３９】また、高級アルコール薄膜２２ａ、２２ｂ
を形成するには、好ましい手法の１つとしてたとえばオ
クチルアルコールなどの高級アルコールを短時間、Ｓｉ
Ｏ斜方蒸着膜に湿潤させ、しかるのちスピナーを用いて
ＳｉＯ斜方蒸着膜３ａ、３ｂ上に塗布するのがよい。ス
ピンコートの条件は、たとえば回転数５００ｒｐｍで４
秒間、回転数３５００ｒｐｍで１０秒間とするのが適当
である。スピンコートの後は焼成処理するのが好まし
い。その焼成処理の条件は、オーブンを使うならその中
で２００℃で６０分加熱するのがよい。

【００４０】このようにして作製した配向膜付きの一対
の基板１ａ、１ｂは、そのコモン電極２ａ側と駆動電極
２ｂ側の配向処理方向が対向面で反平行となるように組
まれる。ここでは、配向処理方向を反平行に組んでいる
が、平行に組んでも構わない。両基板１ａ、１ｂ間のス
ペーサ１３として、目的ギャップ長に応じたガラスビー
ズ（真し球：直径０．６〜３．０μｍ（例えば触媒化成
工業株式会社製））が用いられる。

【００４１】スペーサ１３は、基板１ａ、１ｂの大きさ
により、小さい面積の場合は周囲を接着するシール材
（紫外線硬化型の接着剤（例えばフォトレック：積水化
学株式会社製））中に上記真し球を例えば０．３重量％
程度分散させることにより、基板間のギャップを制御す
る。基板面積が大きい場合には、上記真し球を基板上に
平均密度で例えば１００個／ｍｍ² 散布した後、ギャッ
プをとり、液晶の注入孔を確保してシール剤で周囲を接
着する。

【００４２】一対の基板１ａ−１ｂ間には、例えば強誘
電性液晶（例えばチッソ株式会社製のＣＳ−１０２２、
ＣＳ−１０１６、ＣＳ−１０１７、ＣＳ−１０２５）４
が注入されている。この強誘電性液晶（組成物）は、等
方相温度或いはカイラルネマティック相温度のように流
動性を示す状態で減圧下で注入される。液晶注入後は、
徐冷され、注入孔周囲の基板上の液晶が除去された後、
エポキシ系の接着剤で封止され、強誘電性液晶光変調型
表示素子１１が作製される。

【００４３】ここで、強誘電性液晶素子（例えば表面安
定化強誘電性液晶素子）は、既に図１３に示したよう
に、外部印加電界Ｅ（Ｐｓは自発分極）に対して液晶分
子Ｍの配向が状態１と状態２の二つの状態間をスイッチ
ングする。この分子配向の変化は、直交する偏光板間に
液晶素子を配置することによって光透過率の変化として
現れ、図１４に示したように印加電界に対して透過率が
しきい値電圧Ｖ_thで０％から１００％に急峻に変化す
る。

【００４４】図２及び図３に示されるように、強誘電性
液晶光変調型表示素子１１の画素は二次元的に構成され
ている（これは線状でも構わない）。また、図３（Ａ）
に示すように、入射光５は反射膜兼電極２ｂで反射され
るが、光路にある強誘電性液晶（ＦＬＣ）４の光透過率
は図１４に示すように、電極１ｂと２ｂの間の電界によ
り変化する。即ち、反射光６の強度が電極１ｂと２ｂの
間の電界強度により変調され、光の反射及び非反射のい
ずれかの状態が画素毎に選択されることになる。

【００４５】電極２ｂへの信号の印加は、強誘電性液晶
光変調型表示素子１１の外部にある制御回路７により画
素毎に制御されるが、シリコンＶＬＳＩ回路基板１ｂに
組み込まれた回路により制御されても良い。電圧の印加
は、画素毎または複数画素毎に走査して、或いは、全画
素同時に行う。

【００４６】信号電圧の印加制御をＶＬＳＩ回路基板１
ｂで行う場合、図３（Ｂ）のように、画素毎にＭＯＳ
（又はバイポーラ）型のトランジスタを制御ゲート素子
（又はスイッチ素子）８として付加、集積してよい。こ
の場合、液晶４はスイッチング後にメモリ性があるた
め、制御ゲート素子８には補助容量が不要であるが、キ
ャパシタ（図示せず）を補助容量として組み込み、駆動
時間を長くしてもよい。

【００４７】また、図示を省略したが、ＶＬＳＩ回路基
板１ｂに制御ゲート素子８と接続されたメモリ素子〔例
えばダイナミックＲＡＭ（Random access memory）又は
スタティックＲＡＭのメモリセル〕を組み込むことがで
きる。また、制御ゲート素子８にキャパシタを補助容量
として接続することもできる。

【００４８】本発明はまた、図４に示す如く、表示電極
側も透明とした光透過型の液晶素子２１にも適用でき
る。

【００４９】この透過型素子の場合、図３に示した反射
型素子と比べて基本的に異なるところは、駆動電極がガ
ラス基板１ｃ上に設けた透明なＩＴＯ２ｃで構成され、
これをＴＦＴ（Thin film transistor：薄膜トランジス
タ）からなる制御ゲート素子１８によって画素毎に駆動
し、信号電圧のオン・オフによって入射光１５を透過光
１６として透過したり、或いは遮断するようにした点に
ある。制御ゲート素子１８には補助容量を接続してもよ
い。

【００５０】また、図４の透過型素子においては、上述
したと同様に、制御ゲート素子１８にＤＲＡＭなどのメ
モリセルを接続してよい。

【００５１】なお、本発明においては、液晶として上記
の強誘電性液晶に代えて反強誘電性液晶を用いることが
できる。反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）は、それぞれの層
内では全て永久双極子モーメントの方向が揃っている
が、隣り合った層間では、永久双極子の方向がほぼ逆方
向を向いており、隣り合った層の分極が互いに打ち消し
合ってマクロな自発分極は存在しない。ここでは、自発
分極は強誘電性液晶と同様に層に平行で分子長軸に対し
て垂直方向に向いている。

【００５２】この反強誘電性液晶は、あるしきい値以上
の電界を印加することによって強誘電相に転移する。即
ち、電界印加によって、印加電界方向と逆方向を向いた
双極子が反転し、全ての双極子が電界方向を向いた強誘
電相となる。

【００５３】反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）ディスプレイ
も、ＦＬＣディスプレイと同様の特長をもち、パネル作
製条件も、ＦＬＣの場合と同様でよい。ＡＦＬＣディス
プレイは、液晶材料を反強誘電性液晶（例えば、チッソ
株式会社製のＣＳ−４０００）に変える以外は、ＦＬＣ
ディスプレイと同様に作製できる。

【００５４】

【実施例】以下、本発明を強誘電性液晶素子に適用した
実施例について詳細に説明する。

【００５５】実施例１ スパッタ法により４０ｎｍ厚の透明ＩＴＯ膜（面抵抗１
００Ω／ｃｍ² ）を設けたガラス基板上に、ＳｉＯ粉末
（純度９９．９９％、フルウチ化学株式会社製）を入れ
たタンタルボート（日本バックスメタル株式会社製）を
加熱（抵抗加熱）することにより、液晶配向膜として５
０ｎｍ（０．０５μｍ）厚のＳｉＯ斜方蒸着膜を基板温
度８０℃で真空蒸着した。この際、基板法線が蒸着源の
垂直線となす角が８５°となるように蒸着を行った。蒸
着後、良配向性を得るために、大気中で２００℃で１時
間焼成を行った。

【００５６】次に、５種のノルマルアルコール（メチル
アルコール、エチルアルコール、アミルアルコール、ヘ
キシルアルコール、オクチルアルコール）を各々ＳｉＯ
斜方蒸着膜に１０秒間湿潤させた。その後、スピンコー
トを回転数５００ｒｐｍで４秒間、回転数３５００ｒｐ
ｍで１０秒間行った。スピンコート後、クリーンオーブ
ン中で２００℃６０分焼成した。

【００５７】比較のために、ＳｉＯ配向膜のみにおいて
も、同様の焼成を行った。

【００５８】このように処理した２枚のガラス基板を、
０．９μｍ径のスペーサ（真し球：触媒化成株式会社
製）と紫外線硬化型接着剤（フォトレック：積水ファイ
ンケミカル株式会社製）を用いて、ＳｉＯ斜方蒸着膜の
蒸着方向が互いに平行になるように組み、空の液晶セル
を組み立てた。このセルギャップに、強誘電性液晶（Ｃ
Ｓ−１０２５：チッソ株式会社製）を注入して１画素か
らなる液晶表示素子（ＦＬＣディスプレイ）を得た。

【００５９】この液晶表示素子（液晶パネル）につい
て、各々しきい値の温度依存性を調べた。直交ニコル下
で、図５に示すような駆動波形を液晶表示素子に印加
し、その光透過強度をモニタした。しきい値の温度依存
性の結果を図６に、アルコールのアルキル鎖長としきい
値の関係を図７に示す。

【００６０】アルコールを湿潤させたセルにおいては、
すべて低しきい値化が確認され、特にアルキル鎖長が長
くなるほど、特に炭素数が６以上の高級アルコールほ
ど、その低減量は大きくなった。

【００６１】実施例２ 次にプレチルト角の測定を行った。使用した液晶材料
は、メルク社製のネマティック液晶ＺＬＩ−２００８．
１００である。実施例１と同様の配向膜を作製した後、
２５μｍ厚のペットフィルムをスペーサとしてギャップ
を調整し、測定を行った。結果を図８に示す。アルコー
ルの湿潤によって、プレチルト角は全て低くなった。特
に、アルキル鎖長が長くなるに従って、その値は小さく
なっている。湿潤させるアルコールのアルキル鎖長によ
って、プレチルト角が制御できていることがわかる。

【００６２】ここで言うプレチルト角は、配向膜と液晶
分子のなす角度のことである。プレチルト角は低いほ
ど、印加電界方向の有効な自発分極は大きくなる（図
９）。強誘電性液晶のスイッチング特性から考えて、こ
の自発分極が大きいほど、しきい値は低くなる。

【００６３】以上のことから、アルコール、特に炭素数
６以上の高級アルコールによって改質されたＳｉＯ配向
膜では、プレチルト角が小さくなり、有効自発分極が大
きくなることが要因のひとつとなって、低しきい値化で
きたと思われる。

【００６４】実施例３ 次に、アンカリングエネルギーに準ずる値と思われる力
積 Ｅ×τ（０％−０％）の測定を行った。その測定方
法を説明する。

【００６５】これまで、強誘電性液晶において配向膜と
のアンカリングエネルギーの測定法はなく、ネマティッ
ク液晶を代替として測定し、おおよその値を推測するし
かなかった。しかし、しきい値の物理的理解のために、
強誘電性液晶自体と配向膜とのアンカリングエネルギー
を知ることは、非常に重要かつ有用であると思われる。
そこで強誘電性液晶を使用したアンカリングエネルギー
の測定を考案した。

【００６６】テストセルの電気光学測定は、透過率の時
間変化を測定することから、容易な測定法である。印加
電界用のアンプが高速（１Ｍ程度）であれば、人による
測定誤差もないため、信頼性の高い測定法といえる。そ
こで、アンカリングエネルギーの測定を、この電気光学
測定によって行うことを考えた。電界を印加した際の透
過率変化を観察すると、図１０のような波形である。

【００６７】電界を印加した後、透過率が変化するまで
の時間τ（０−０％）が存在する。電界を印加している
のにも係わらず透過率が変化しない時間は、電界による
動きやすさと関係しており、アンカリングの概念と一致
すると考えられる。強誘電性液晶セルにおいて、印加電
界とτ（０−０％）の関係を測定した。（ＣＳ−１０２
５ＳｉＯ配向膜）結果を図１１に示す。

【００６８】印加電界強度とτ（０−０％）の積はほぼ
一定であるため、この力積の傾向がアンカリングエネル
ギーの傾向と一致するとして議論して良いと思われる。

【００６９】そこで、前述した各配向膜における力積Ｅ
×τ（０％−０％）を３０℃で測定した。結果を図１２
に示す。

【００７０】湿潤させるアルコールのアルキル鎖長が長
いほど（特に炭素数６以上）、アンカリングエネルギー
の値に準ずる力積Ｅ×τ（０％−０％）が小さくなるこ
とがわかる。

【００７１】この力積の値は、液晶分子に対して、電界
を印加してから動き出すまでの時間であるので、言うな
れば液晶分子の動きやすさに対応している。従って、ア
ルコールをＳｉＯの改質に使用することによって、液晶
分子は動きやすくなり、そのアルキル鎖長が長くなるほ
ど（特に炭素数６以上）よく、しきい値が低減すると思
われる。

【００７２】以上のことから、高級アルコールをＳｉＯ
斜方蒸着配向膜に吸着または化学的反応によって改質す
ることにより、良配向性を保持しつつ、プレチルト角・
アンカリングエネルギーを制御でき、低しきい値化がは
かれることが見出された。

【００７３】上述した実施例は本発明の技術的思想に基
づいて、更に変形が可能である。

【００７４】また、上述した配向膜の材質、構造等は、
本発明の目的を達成できる範囲内で種々に変化させて良
いし、駆動方式も、セグメント方式、単純マトリクス方
式、アクティブマトリクス方式などのいずれでもよい。

【００７５】本発明に使用可能な強誘電性液晶は、実際
には、カイラル化合物と非カイラル化合物とを混合して
液晶となるものであるのがよいが、これらの液晶はそれ
ぞれ一種のみからなるものであってよいし、複数種を混
合したものであっても良い。

【００７６】ここで、カイラル化合物としては、公知の
ピリミジン系、ビフェニル系、フェニルベンゾエート系
など（但し、これらの強誘電性液晶は温度の変化によ
り、カイラルネマティック相、スメクティック相などを
示すことがある）がある。また、非カイラル化合物とし
ては、公知のビフェニル系、ターフェニル系、３環シク
ロヘキシル系、シクロヘキシル系、ビフェニルシクロヘ
キサン系、シクロヘキシルエタン系、エステル系、ピリ
ミジン系、ピリダジン系、エタン系、ジオキサン系など
がある。

【００７７】また、上述の強誘電性液晶に代えて公知の
反強誘電性液晶を使用することができる。さにら、ネマ
ティック液晶（ツイステッドネマティック液晶、スーパ
ーツイステッドネマティック液晶、インプレーン型ツイ
ステッドネマティック液晶）でも、履歴の問題を除く
と、上述したものと同様の効果が期待される。

【００７８】液晶素子の構成部材についても、使用する
液晶の種類や組み合わせは上記のものから様々に選択で
き、また基板としては透明ガラス基板を、電極層として
はＩＴＯ（Indium tin oxide）、アルミニウムなどを使
用することができる。透明電極としては、上記のＩＴＯ
以外にも、酸化錫、酸化インジウムなど、公知の透明電
極を使用でき、反射型として使用する場合には、反射膜
としてアルミニウム、銀等、反射率の高い材料を使用で
き、透明基板、スペーサ、シール材などの液晶素子の構
成材料も従来公知の材料を使用できる。

【００７９】上述の素子は、光変調器以外にも、光シャ
ッタ、光スイッチ、光ブラインドなどにも使用でき、更
に、電気光学素子などを組み合わせれば、液晶プリズ
ム、液晶レンズ、光路切り換えスイッチ、ディスプレ
イ、位相回折格子、Ａ／Ｄ変換器、光ロジック回路など
にも使用できる。

【００８０】

【発明の作用効果】本発明では、上述した如く、ＳｉＯ
_X 斜方蒸着膜が高級アルコールによって表面処理されて
いるので液晶材料との相互作用が変化し、それによって
液晶素子のしきい値を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく液晶素子の要部断面図である。

【図２】同、液晶素子の断面図である。

【図３】本発明に基づく反射型強誘電性液晶表示素子の
構造の一例を示す斜視図（Ａ）（ＶＬＳＩ型）及び一部
破断斜視図（Ｂ）である。

【図４】本発明に基づく透過型強誘電性液晶表示素子の
構造の一例を示す斜視図（Ａ）（ＴＦＴ透過型）及び一
部破断斜視図（Ｂ）である。

【図５】本発明の実施例による強誘電性液晶表示素子の
しきい値測定用の駆動波形図である。

【図６】同、各配向膜におけるしきい値の温度依存性を
示すグラフである。

【図７】アルコールのアルキル鎖長としきい値との関係
を示すグラフである。

【図８】各配向膜でのプレチルト角の測定結果を示すア
チャートである。

【図９】強誘電性液晶におけるプレチルト角と有効自発
分極との関係を示すグラフである。

【図１０】各配向膜でのしきい値温度依存性を示すグラ
フである。

【図１１】印加電界と透過率が変化するまでの時間との
関係を示すグラフである。

【図１２】各配向膜における力積Ｅ×τ（０％−０％）
とアルコールのアルキル鎖長との関係を示す説明図であ
る。

【図１３】強誘電性液晶のモデル図である。

【図１４】透過率と強誘電性液晶のしきい値特性との関
係を示すグラフである。

【図１５】光強度変調型液晶表示素子の１フレーム内で
の重みづけを説明する概略図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…基板、２、２ａ、２ｂ…電極、
３、３ａ、３ｂ…ＳｉＯ液晶配向膜、４…強誘電性液
晶、８、１８…制御ゲート素子、１１、２１…強誘電性
液晶光学変調型表示素子、１３…スペーサ、２０…Ｓｉ
Ｏ斜方柱（ピラー）、２１…凹凸、２２、２２ａ、２２
ｂ…高級アルコールの薄膜

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶配向膜を有する基体の複数個が前記
   液晶配向膜の側で所定の間隙を置いて互いに対向し、前
   記間隙内に液晶が配されている液晶素子において、前記
   液晶配向膜が、表面を高級アルコールで処理したＳｉＯ
   _X 斜方蒸着配向膜からなっていることを特徴とする液晶
   素子。
2. 【請求項２】 前記斜方蒸着配向膜の処理が、前記高級
   アルコールによる吸着か又は化学反応によってなされて
   いる、請求項１に記載の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記斜方蒸着配向膜が、前記高級アルコ
   ールにより湿潤処理されている、請求項１に記載の液晶
   素子。
4. 【請求項４】 前記高級アルコールで湿潤処理された前
   記斜方蒸着配向膜が、さらに焼成処理されている、請求
   項３に記載の液晶素子。
5. 【請求項５】 前記液晶が強誘電性液晶からなる、請求
   項１に記載の液晶素子。
6. 【請求項６】 液晶光変調器に用いられる、請求項１に
   記載の液晶素子。
7. 【請求項７】 液晶光変換表示素子として用いられる、
   請求項１に記載の液晶素子。
8. 【請求項８】 液晶配向膜を有する基体の複数個が前記
   液晶配向膜の側で所定の間隙を置いて互いに対向し、前
   記間隙内に液晶が配されている液晶素子を製造するに際
   し、 基体の一方の面上に前記液晶配向膜としてのＳｉＯ_X 斜
   方蒸着配向膜を形成する工程と、 前記斜方蒸着膜の斜方柱による凹凸を保持するようにし
   て、高級アルコールにより前記斜方蒸着膜を処理する工
   程と、を有する、液晶素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記斜方蒸着配向膜の処理を、前記高級
   アルコールによる吸着か又は化学反応によって行う、請
   求項８に記載の液晶素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記斜方蒸着配向膜を、前記高級アル
    コールにより湿潤処理する、請求項８に記載の液晶素子
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記高級アルコールで湿潤処理された
    前記斜方蒸着配向膜を、さらに焼成処理する、請求項１
    ０に記載の液晶素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記液晶として強誘電性液晶を用い
    る、請求項８に記載の液晶素子の製造方法。