JPH0643463A

JPH0643463A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH0643463A
Application number: JP21661192A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuda; 宏松田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】諧調制御に適した強誘電性液晶素子を提供す
る。【構成】液晶配向層５１上に有機シラン化合物の吸着
層５２を形成した後、マスク５７を介して部分選択的に
エネルギー線５３を照射し、被照射部５４の有機シラン
化合物を除去或いは変質させることにより、その膜厚が
１００Å以下の有機シラン化合物の堆積層を各画素内に
部分的に設けた強誘電性液晶素子。【効果】素子に印加するパルス信号のパルス幅または
波高値を変化して諧調駆動させた場合、良好な諧調特性
を示すと共に、各画素間での諧調特性のばらつきが小さ
い高品位な諧調表示素子となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表示パネルの為の液晶素
子（光学変調素子）に関し、特に少なくとも２つの安定
状態を有する液晶、即ち強誘電性液晶を用いた諧調制御
可能な液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティヴ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）が画素毎にマトリクス配置されている。係る
ＴＦＴにゲートオンパルスを印加してソースとドレイン
間を導通状態とした上で、映像画像信号をソースから印
加してキャパシタにこれを蓄積し、係る蓄積された画像
信号に対応させて液晶（例えばツイステッド・ネマチッ
ク：ＴＮ液晶）を駆動させている。この際、映像画像信
号の電圧を変調することによって諧調表示が行なわれて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＴＮ液晶を用いたアクティヴマトリックス駆動方式
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に製造行程数が多く、製造コストが
高くなる上に、係る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
い面積にわたって均一に被膜形成することが困難である
等の問題点がある。

【０００４】一方、低い製造コストで製造出来るものと
してＴＮ液晶を用いたパッシヴ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
数（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
画像とならない等の欠点を有している上、前記デューテ
ィー比が低くなると、電圧変調によって各画素の諧調を
制御することが困難になる等の問題があり、特に高密度
配線数の表示パネルには適していない。

【０００５】以上述べた従来技術の問題点に鑑み、本発
明の目的は広い面積にわたって高密度画素を有する表示
パネルを簡易に作成し、また駆動するに適した液晶素子
（光学変調素子）、特に諧調制御に適した液晶素子を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的は、
以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、少
なくとも、相対向する第１の電極及び第２の電極と、各
電極上に形成した第１及び第２の液晶配向層と、該第１
の液晶配向層と第２の液晶配向層との間に配置した強誘
電性液晶とを有する画素を２次元状に配列した液晶素子
であり、前記強誘電性液晶を配向させる前記第１の液晶
配向層及び／又は第２の液晶配向層の表面に少なくとも
１種の有機シラン化合物をその最大膜厚が１００Å以下
になるように、各画素内に部分的に或いは不均一な膜厚
で全面的に堆積させたことを特徴とする液晶素子であ
る。

【０００７】本発明に用いられる強誘電性液晶は、少な
くとも２つの安定状態を有するものであり、その中でも
カイラルスメクチック液晶が好ましく、その内、カイラ
ルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^* ），Ｈ相（ＳｍＨ^* ），
Ｉ相（ＳｍＩ^* ），Ｆ相（ＳｍＦ^* ）やＧ相（ＳｍＧ
^* ）の液晶が最適である。以下、係る強誘電性液晶につ
いて簡単に説明する。

【０００８】強誘電性液晶については、Ｒ．Ｂ．Ｍｅｙ
ｅｒらの“ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄ
Ｃｒｙｓｔａｌｓ”（ＬｅＪｏｕｒｎａｌｄｅ
ＰｈｙｓｉｑｕｅＬｅｔｔｒｅ誌，第３６巻Ｌ−６９
頁，１９７５年），Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ及びＳ．Ｔ．Ｌ
ａｇｅｒｗａｌｌの“ＳｕｂｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄＢ
ｉｓｔａｂｌｅＥｌｅｃｔｒｏ−ＯｐｔｉｃＳｗｉ
ｔｃｈｉｎｇｉｎＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ”
（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ
誌，第３６巻第１１号８９９頁，１９８０年），福田敦
夫，竹添秀男共著“強誘電性液晶の構造と物性”（コロ
ナ社，１９９０年）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。

【０００９】より具体的には、本発明に用いられる強誘
電性液晶化合物の例としては、デシルオキシベンジリデ
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（Ｈ
ＯＢＡＣＰＣ）及び４−（２−メチル）−ブチル−ｏ−
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液晶素子を
構成する場合、液晶化合物がＳｍＣ^* ，ＳｍＨ^*，Ｓｍ
Ｉ^* ，ＳｍＦ^* ，ＳｍＧ^* となるような温度状態に保持
するため、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保持することが出来る。

【００１０】図１は強誘電性液晶セルの例を模式的に描
いたものである。図中、１１と１２はＩｎ₂ Ｏ₃ ，Ｓｎ
Ｏ₂ やＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等
の透明電極が形成された透明基板（ガラス基板）であ
り、その間に液晶分子層１５がガラス基板面に垂直にな
るように配向させたＳｍＣ^* 相の液晶が封入されてい
る。太線１３が液晶分子を表しており、この液晶分子１
３は、その分子長軸に直交する方向に双極子モーメント
（Ｐ⊥）１４を有している。基板１１と１２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１３の
螺旋構造がほどけ、双極子モーメント１４は全て電界方
向に向くように液晶分子１３の配向方向を変えることが
できる。液晶分子１３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
ばガラス基板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設ければ、電圧印加極性によって透
過光強度が変化す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た場
合（例えば１μｍ）には、図２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螺旋構造がほどけ（非螺
旋構造）、その双極子モーメント（Ｐ又はＰ’）は、上
向き２１又は下向き２２の何れかの配向状態をとる。こ
のような液晶セルに、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、双極子モーメントは電界
ＥまたはＥ’の電界ベクトルに対応して、上向き２１又
は下向き２２と向きを変え、それに応じて液晶分子は第
１の安定状態２３（明状態）か或いは第２の安定状態２
４（暗状態）のいずれか一方に配向する。

【００１１】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に液晶分子の配向状態が双安定性を
有することである。第２の点を図２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２３
に配向するが、この状態は電界を切っても保持される。
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２４に配向し、やはり電界を切ってもその状態
が保持される。即ち、各安定状態はメモリー機能を有し
ている。以上述べた応答速度の速さと双安定性を有効に
実現するためには、液晶セルはできるだけ薄い方が好ま
しく、一般的には０．５〜２０μｍ、特に１〜５μｍ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−電気光学素子は、例えばＮ．
Ａ．Ｃｌａｒｋ及びＳ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌによ
り、米国特許第４，３６７，９２４号明細書にて提案さ
れている。

【００１２】次に本発明における液晶光学素子の詳細を
図３の素子断面図を用いて説明する。

【００１３】３１は一方の基板であり、透明であればど
のような材料を用いてもよいが、通常ガラス或いはプラ
スチックが用いられる。この基板３１上に第１の電極３
２及び第１の液晶配向層３３が積層される。第１の電極
３２としては透明電極であれば何でもよく、その形成方
法も限定されるものではなく、例えばスパッタリング法
によって形成されたＩＴＯ（厚さ３００ｎｍ）等が用い
られる。

【００１４】第１の液晶配向層３３としては種々の有機
ポリマー材料、例えば、ポリパラフェニレン及びその誘
導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリビニルアルコ
ール、ポリアミド、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリ
イミド−アミド等を用いることができる。またこれらを
適宜混合して用いても良い。これらの有機ポリマー材料
を第１の電極３２上に形成する方法としては、ディップ
（浸漬）法、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェ
ット（ＬＢ）法等の湿式法の他、蒸着法等を利用するこ
とができる。ポリイミド又はポリイミド−アミドを用い
る場合には、先ずその前駆体であるポリアミック酸膜を
形成した後、これを加熱焼成、若しくは化学処理して脱
水イミド環化することにより、所望のポリイミド膜又は
ポリイミド−アミド膜を得る。通常、液晶の一軸配向性
や基板面に対する液晶分子の分子軸の傾き（プレチルト
角）等を制御する配向規制力を該液晶配向層に持たせる
為に、上述の様にして形成した有機ポリマー膜の表面を
ラビング処理する。また本発明では、斜方蒸着したＳｉ
Ｏ等の無機絶縁膜を第１の液晶配向層３３として用いる
ことも可能である。

【００１５】以上と全く同様にして他方の基板３４上
に、第２の電極３５と第２の液晶配向層３６が作成され
る。図３には示していないが、第１の電極３２及び第２
の電極３５の表面平滑性を向上させて液晶配向への影響
を低減させたり、第１の液晶配向層３３及び第２の液晶
配向層３６の電気的或いは機械的耐久性を補うこと等を
目的として、上記第１の電極３２及び第１の液晶配向層
３３との間及び、第２の電極３５及び第２の液晶配向層
３６との間に、適当な厚さの絶縁層、例えば厚さ２０ｎ
ｍのＴａ₂ Ｏ₅ 、を挟持させてもよい。第１及び第２の
液晶配向層（３３及び３６）との間に強誘電性液晶３７
が挟持され、その厚さ、即ち第１及び第２の液晶配向層
の間の間隔は、スペーサー３８を用いて制御されてい
る。以上述べた構成に関して、本発明はなんら限定を加
えるものではなく、従来公知の様々な手法を利用するこ
とが出来る。

【００１６】本発明においては、上記第１の液晶配向層
３３及び／又は第２の液晶配向層３６上に１種または複
数種の有機シラン化合物が各画素内に部分的に或いは不
均一な膜厚で全面に堆積される。この時の様子を模式的
に示したのが図４であり、図４（ａ）及び図４（ｂ）は
堆積させた有機シラン化合物が１種の場合の一形態、図
４（ｃ）及び図４（ｄ）は有機シラン化合物が２種の場
合の一形態を示したものである。この時液晶分子の一軸
配向性は液晶配向層３３及び３６によってもたらされる
ので、有機シラン化合物の堆積層４１及び４２の厚さは
十分に薄いことが必要であり、具体的には１００Å以下
であり、好ましくは単分子層になっていることが望まし
い。この様な構造を作り込むことによって、例えば後述
する電気パルス信号を用いた諧調制御を安定に行うこと
が可能となる。その機構は現在明確ではないが、諧調性
を出すためには、各画素内の強誘電性液晶の配向状態に
関して、適当な電圧を印加した時に明状態と暗状態から
なる２相共存状態を安定に保持せしめることが必要であ
る。本発明の液晶素子においては、液晶配向層表面が少
なくとも２種以上の組成で構成されており、このことが
安定な諧調性に寄与しているものと思われる。より具体
的には、画素４３上の表面エネルギーに関して、微視的
に見れば、少なくとも２つの状態が各画素内に形成され
ている訳であり、この様な状態が、画素内において明状
態と暗状態を同時に作り出す為の核またはトリガーとな
っていると考えられる。例えば図４（ａ）又は図４
（ｂ）では、液晶配向層３３（又は３６）が露出してい
る第１の表面エネルギーを有する領域４４と、これとは
異なる表面エネルギーを有する有機シラン化合物の堆積
層４１から成る、第２の表面エネルギーを有する領域４
５とが併在する。これら各領域の各々の表面エネルギー
は、少なくとも同一基板上の画素間においては相等し
い。勿論、各領域の各々の表面エネルギーは全画素（両
基板上の全画素）間で相等しくしてもよく、更には、図
４（ｃ）のように第３の表面エネルギーを有する領域４
６が、各画素４３内に存在しても良い。第１の表面エネ
ルギーを有する領域４４と第２の表面エネルギーを有す
る領域４５との表面エネルギーの差は、第２の表面エネ
ルギーを有する領域４５の一つ当りの大きさや、各画素
４３内における数や面積的に占める割合等に依存するの
で一概には言えないが、水との接触角で表すと、１０〜
７０°程度である。

【００１７】以上の構成において、有機シラン化合物の
堆積層の厚さは１００Å以下と非常に薄いので、下地の
液晶配向層（３３又は３６）によって規制される液晶分
子の一軸配向性を損なうことなく、電圧印加時の駆動特
性を変えることができる。尚、再現性の良い諧調性を液
晶素子全面（全画素）にわたり確保するために、有機シ
ラン化合物の堆積層４１，４２は画素４３内中、均一に
分布していることが望まれる。

【００１８】次に、液晶配向層表面に有機シラン化合物
の堆積層を形成する方法について述べる。本発明では、
下記一般式（１）

【００１９】

【化２】で示される有機シラン化合物が用いられる。ここで、Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４に関して、Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｃｌ又は
Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝ＯＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｏ
Ｃ₂ Ｈ₅ 又はＲ２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ４＝ＯＣＨ₃ 又はＲ
２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ４＝ＯＣ₂ Ｈ₅ 又はＲ２＝Ｃｌ，Ｒ
３＝Ｒ４＝ＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｒ３＝Ｃｌ，Ｒ４＝ＯＣＨ
₃ 又はＲ２＝Ｒ３＝Ｃｌ，Ｒ４＝ＯＣ₂ Ｈ₅ 又はＲ２＝
Ｒ３＝Ｃｌ，Ｒ４＝ＣＨ₃ の内、いずれかの組み合せか
ら選ばれ、Ｒ１に関して、Ｃ₆ Ｈ₅（フェニル基）又は
ＣＨ₂ Ｃ₆ Ｈ₅ （ベンジル基）又はＣ_n Ｈ_(2n+1)（ｎ＝
整数であり、かつ２≦ｎ≦２６）又は炭素数１以上２６
以下のアルキル基もしくはアルコキシル基が置換された
フェニル基又はベンジル基の内、いずれかである。係る
有機シラン化合物を液晶配向層表面に部分的に吸着させ
たり、或は、部分的もしくは全面的に堆積させた後、こ
れにエネルギー線を照射し、部分選択的に除去或いは変
質することで、有機シラン化合物の堆積層を、液晶配向
層表面に形成することができる。係る領域の表面エネル
ギーの大きさは、前記一般式（１）で示される有機シラ
ン化合物の分子構造に依存するのは当然であるが、特に
Ｒ１部の構造に依存している。一般にＲ１部に適当な長
さのアルキル基、もしくはアルコキシル基が置換されて
いる時、表面エネルギーを小さくすることが可能であっ
て、水との接触角（θ_H2O ）で表すと、概ね、８０〜１
１０°にできる。また、Ｒ１部にアルキル基又はアルコ
キシル基が置換されていないフェニル基が含まれると、
θ_H2O は５０〜７０°であり、Ｒ１部にアルキル基又は
アルコキシル基が含まれ、その末端がＳＨ，ＯＨ，ＮＨ
₂ ，ＮＨ（ＣＨ₂ ）_m ＮＨ₂ （ｍ＝整数であり、かつ１
≦ｍ≦１０），ＣＯ₂ Ｈ，ＣＯ₂ ＣＨ₃ のいずれかであ
るか、或は、これらの置換基が、アルキル基又はアルコ
キシル基が置換されていない、フェニル基又はベンジル
基に置換されると、θ_H2O を４０°以下にすることがで
きる。また、各置換基の水素原子の一部、又は全てを弗
素置換することにより、置換前と較べて、表面エネルギ
ーを低減することができる。また、Ｒ１部のアルキル基
又はアルコキシル基の炭素−炭素結合の一部が、不飽和
であると表面エネルギーが若干増加することがある。

【００２０】この有機シラン化合物を液晶配向層上に部
分的に堆積させる手法としては、以下述べる４つの手法
がある。

【００２１】第１の手法は、前記有機シラン化合物を液
晶配向層上に気相吸着するものであり、該有機シラン化
合物の蒸気に液晶配向層を暴露すれば良い。この時、暴
露する時間を適宜調節することで吸着量を制御すること
ができる。係る手法を用いた場合、例えば図４（ａ）ま
たは図４（ｂ）において、有機シラン化合物の堆積層４
１を画素４３上に均一に分散し、所望の位置に選択的に
これを作り込むことは困難であり、また、各領域の大き
さ（径）を任意の大きさに制御することも難しい。尚、
用いる有機シラン化合物は一種に限定される必要はな
く、必要に応じて２種類以上の有機シラン化合物を、同
時に或は、順次吸着させても良い。また、係る気相吸着
は液晶注入以前であれば、液晶素子を組み立てる前（上
下基板を貼りあわせる前）に行っても、組み立後に行っ
てもどちらでも構わない。

【００２２】第２の手法は、有機シラン化合物の希薄溶
液、例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルア
ルコール等の溶媒に濃度１％になるように溶解させたも
のに、液晶配向層表面を浸漬するなどして、前記有機シ
ラン化合物を液相吸着させるものである。この場合も、
前記第１の手法と同様に、浸漬時間を調整したり、有機
シラン化合物溶液の濃度を調節することにより、吸着量
を制御することが出来る。係る手法を用いた場合、前記
第１の手法と同じく、図４（ａ）又は図４（ｂ）におい
て、有機シラン化合物の堆積層４１を画素４３上に均一
に分散し、所望の位置に選択的にこれを作り込むことは
困難であり、また、各領域の大きさ（径）を任意の大き
さに制御することも難しい。尚、用いる有機シラン化合
物は一種に限定される必要はなく、必要に応じて２種類
以上の有機シラン化合物を、同時に或は、順次吸着させ
ても良い。以上の第１或は第２の手法を用いる場合にお
いて、前記有機シラン化合物を液晶配向層表面に吸着せ
しめた後、これを一旦適当な溶媒、例えばエタノール，
メタノール，トルエン，クロロホルム，イソプロピルア
ルコール等で洗浄し、過剰に付着した吸着物を除去して
も良い。この場合、ソックスレー抽出器を用いて洗浄を
行うことが特に好ましいが、溶媒に浸漬するだけでも良
い。その後、通常１２０℃程度で加熱乾燥を行って、溶
媒を完全に除去する。以上の操作により、有機シラン化
合物の堆積層を単分子膜にすることができる。

【００２３】第３の手法は図５に模式的に示すように、
前記第１或は第２の手法を用いて液晶配向層５１表面に
有機シラン化合物の吸着層５２を形成した後、部分選択
的に電子線、Ｘ線、紫外線、遠紫外線或はイオン線等の
エネルギー線５３を照射し、被照射部５４の有機シラン
化合物を除去（脱着）或は、変質させることにより、任
意の形状を有する有機シラン化合物の堆積層５５を形成
するものである。図５では被照射部５４の有機シラン化
合物が完全に除去されず、変質層５６が残った場合を模
式的に示しているが、完全に脱着された場合には、下地
の液晶配向層５１表面が露出していることはいうまでも
ない。この場合、予め形成しておく有機シラン化合物の
吸着層５２は、液晶配向層表面上の画素全面を被覆する
ものであっても、部分的に被覆するものであってもどち
らでもよいが、最終的に得られる有機シラン化合物の堆
積層の形状をより高度に制御する為には、前者の方が好
ましい。係る第３の手法を用いれば、有機シラン化合物
の堆積層５５の位置、形状等は、用いるマスク５７の形
状を以って自由に制御することができる。またマスク５
７を用いなくとも、エネルギー線源のビーム径を調節し
た上で、画素４３上、所望のパターンに従ってこれを走
査することによって、有機シラン化合物の堆積層５５を
形成しても良い。いずれにせよ、本手法を用いれば有機
シラン化合物の堆積層５５を、その位置及び形状に関し
て、極めて制御性よく作り込むことが可能である。上記
マスク５７を用いて有機シラン化合物の堆積層５５を作
成する場合、その大きさは０．１μｍ径以上、通常は１
μｍ径以上になる。一方、直接ビーム描画を行う場合に
は用いる線源にもよるが、０．１μｍ径以下の大きさに
することも可能である。更に、本手法によれば有機シラ
ン化合物の堆積層５５の形状に関して、図５に一例とし
て示した、円状に抜けた物に限らず他の形状、例えば多
角形や、図６に示すストライプ状、図７に示すグリッド
状のもの等、任意のものを作成することが可能である。
また画素４３内における位置や、数についても任意に制
御可能である。

【００２４】第４の手法は、前記第３の手法によって、
有機シラン化合物の堆積層５５を作成した後、水、水蒸
気又は第２の有機シラン化合物を被照射部５４上に部分
選択的に吸着させるものである。例えば、最初に用いる
有機シラン化合物がフェニルトリクロロシラン（前記一
般式（１）において、Ｒ１＝Ｃ₆ Ｈ₅ ，Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ
４＝Ｃｌ）とすると、遠紫外線等の照射により、被照射
部位のフェニル基が遊離し、この時、水が存在すると水
酸基に置換される。また第２の有機シラン化合物が存在
すると、係る第２の有機シラン化合物が前記被照射部分
に選択的に化学吸着される。上述の反応については、Ｃ
ｈａｒｌｅｓＳ．Ｄｕｌｃｅｙらによる詳しい記述が
ある（Ｎａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ）誌第２５２巻４月
２６日号５５１頁（１９９１年））。エネルギー線によ
る被照射部位へ作用させる水、水蒸気もしくは第２の有
機シラン化合物は、前記エネルギー線照射を行う時、同
時に作用させても、後に作用させてもよいが、できる限
り速やかに作用させる方が望ましい。また作用させる方
法としては、気相吸着、液相吸着いずれでも構わない
が、第２の有機シラン化合物を作用させる場合には、暴
露時間等にもよるが、被照射部以外の領域、即ち、第１
の有機シラン化合物の堆積層５５上にも物理吸着してし
まう可能性があり、作用させた後に、第２の手法で説明
したように、有機溶媒を用いて、余剰の第２の有機シラ
ン化合物を溶解除去することが望ましい。また、第２の
有機シラン化合物は、前記一般式（１）中、Ｒ２，Ｒ
３，Ｒ４部の構造に関して、好ましくは、Ｒ２＝Ｃｌ，
Ｒ３＝Ｒ４＝ＯＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ４＝Ｏ
Ｃ₂ Ｈ₅ であり、より好ましくはＲ２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ
４＝ＣＨ₃ である。これは、第２の有機シラン化合物の
ポリマー化（ポリシロキサン化）を防ぎ、係る分子を所
望の位置（エネルギー線被照射部）にのみ吸着させるた
めである。尚、係る手法を用いる場合、被照射部５４に
変質層５６が存在すれば、図８に示すような構造にな
り、そうでなく被照射部５４の有機シラン化合物が完全
に脱着すれば、図４（ｄ）の如き構造が得られる。

【００２５】以上述べてきた４つの手法のいずれかを用
いることにより、画素内に、有機シラン化合物の堆積層
を部分的に或いは不均一な膜厚で全面的に作り込むこと
が可能となる。係る処理は液晶素子の相対向する第１及
び第２の液晶配向層（図３の３３及び３６）の両方に施
すことが原則であるが、いずれか一方にのみ、これを行
っても良い。

【００２６】本発明においては、前記４つの手法のいず
れかにより液晶配向層表面上に有機シラン化合物の堆積
部を形成することにより、各画素内に点状，線状或いは
格子状等からなる領域と、それ以外の背景領域が形成さ
れるが、前記点状の径，線状の幅，格子を構成する線の
線幅は諧調制御を行う上では、１ｎｍ〜５０μｍ程度で
あるのが好ましい。

【００２７】また、上述の処理（液晶配向層上に有機シ
ラン化合物の堆積層を形成する処理）は、液晶配向層の
ラビング処理前に行っても、その後に行ってもどちらで
も構わないが、その後の液晶配向の再現性の観点から、
ラビング前に行う方が好ましい。尚、液晶配向層として
ポリイミド膜を用いる場合には、その前駆体であるポリ
アミック酸の状態で、上述の処理を行ってもよい。

【００２８】次に、本発明の液晶素子を用いて諧調制御
を行う際に、図３に示したような素子の第１の電極３２
と第２の電極３５との間に印加される電圧パルスの代表
的例を、図９〜図１１に示す。印加パルス幅（図９参
照）、印加パルス数（図１０参照）、又は印加パルス電
圧値（図１１参照）を選択することにより、諧調制御を
得ることが出来る。即ち、図９〜図１１の（ａ）〜
（ｄ）のパルス印加に対応して、画素内の液晶は図１２
に模式的に示す様に部分的に反転する。例えば図９
（ａ）又は図１０（ａ）に示す電圧パルスを２つの電極
３２，３５の間に印加すると、画素４３内の有機シラン
化合物の堆積層かそれ以外の領域の何れかの一部を中心
として、係る領域上、或は、その近接部の液晶が反転を
開始し、反転核１２１を形成すると共に、その反転核が
拡がり、反転領域１２２を形成し始める。ここで電圧印
加を中止すれば、強誘電性液晶は双安定性を有するの
で、このままの状態が保持（メモリ）される。次に図９
又は図１０の（ｂ）〜（ｄ）に示す電圧パルスを印加す
ると、上記反転領域１２２が拡がり、その状態はメモリ
される（図１２の（ｂ）〜（ｄ）に対応）。尚、この過
程において図には示していないが、新たな反転核が発生
することもある。また、図１１に示す印加電圧値（波高
値）を変える方法によれば、図１１（ａ）に示すパルス
により、前記反転核１２１の形成が行なわれ、図１１
（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、順次印加電圧値を大きくす
ると、強誘電性液晶の応答性が良くなるため、反転領域
１２２が大きくなる。この場合、パルス印加時間が長す
ぎると、画素全面で強誘電性液晶が反転してしまうの
で、パルス幅は適当に調節する。

【００２９】

【実施例】以下本発明の実施例について述べる。

【００３０】実施例１ガラス基板上に透明電極としてＩＴＯを反応性スパッタ
により厚さ１２０ｎｍに形成した後、液晶配向層として
ＳｉＯを斜法蒸着法により厚さ２０ｎｍ（カラム長３０
ｎｍ）に形成した。この時、画素は２次元状に５０×５
０個配置され、各画素の大きさは２００μｍ角であっ
た。係る液晶配向層付き基板２枚を、ヘプタデカフルオ
ロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−デシル−トリクロロシラ
ンのトルエン溶液（濃度１ｍｇ／ｍｌ）に２分間浸漬し
た後、該基板を清浄なトルエンを用いて洗浄し、引き続
き１２０℃で１０分間加熱乾燥した。次に、平均粒径
１．５μｍのアルミナビーズを一方の基板上に散布した
後、ＳｉＯのカラム方向（蒸着方向）が互いに平行にな
るように２枚の基板を重ねあわせて液晶セルを作成し
た。

【００３１】このセル内にチツソ（株）社製の強誘電性
スメクチック液晶であるＣＳ−１０１４（商品名）を主
成分とするブレンド液晶を等方相下で真空注入してか
ら、０．５℃／ｈの速度で３０℃まで除冷し、図３に示
すような構造を有する本発明の液晶素子を作成した。係
る素子に対して、図１１に示した印加パルス電圧値制御
法（印加パルス幅＝５００μｓｅｃ）により駆動したと
ころ、図１３に示す様に、印加電圧値によって該液晶素
子の透過率、即ち諧調を制御出来ることが確かめられ
た。図１３の関係は、各画素間で極めてよい一致（透過
率のばらつき１０％以内）を示した。

【００３２】尚、ＳｉＯ₂ 基板に対して、同様にしてヘ
プタデカフルオロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−デシル−
トリクロロシランのトルエン溶液（濃度１ｍｇ／ｍｌ）
に２，５及び１０分間浸漬した後、該基板を清浄なトル
エンを用いて洗浄し、引き続き１２０℃で１０分間加熱
乾燥して形成した吸着層の厚さをエリプソメーターを用
いて測定したところ、１０分間浸漬したものでは、全面
に渡って均一に１４Åであった。一方、浸漬時間がこれ
以下（２及び５分）の場合、最大膜厚は１４Åであった
が、膜厚は一定せず、一様な膜が形成されているとは考
えられなかった。このことから、液晶配向層上において
も吸着層は部分的に堆積しているものと考えられる。

【００３３】比較例１ＳｉＯによる液晶配向層付きガラス基板を、ヘプタデカ
フルオロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−デシル−トリクロ
ロシランのトルエン溶液に浸漬するのを省略した以外
は、実施例１と全く同様にして作成した液晶素子を、実
施例１と全く同様の信号パルスを用いて駆動したとこ
ろ、各画素において諧調制御可能ではあったが、一定の
印加パルスを各画素間に加えた際の透過率に関して、画
素間で大きなばらつき（最大１５％）が認められた。

【００３４】実施例２液晶配向層上の各画素内に、有機シラン化合物からなる
堆積層を形成するのに、以下に述べる方法を用いた他
は、実施例１と全く同様にして液晶素子を作成した。

【００３５】ＳｉＯからなる液晶配向層付きの基板２枚
を、トリデカフルオロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−オク
チル−トリメトキシシランの飽和蒸気で満たした密閉容
器に１時間放置し、表面エネルギーの互いに異なる領域
を画素内に作り込んだ。

【００３６】係る基板を用いて液晶セルを組み立て、実
施例１と同様にして液晶を注入して作成した液晶素子を
実施例１と全く同様の信号パルスを用いて駆動したとこ
ろ、画素間でのばらつきの少ない（透過率のばらつき１
０％以内）、再現性のよい諧調制御が可能であった。

【００３７】尚、実施例１と同じく、ＳｉＯ₂ 基板に対
して上記トリデカフルオロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−
オクチル−トリメトキシシランの飽和蒸気で満たした密
閉容器に１及び５時間放置して形成した吸着層の厚さを
エリプソメーターを用いて測定したところ、５時間浸漬
したものでは、全面に渡って均一に１７Åであった。一
方、浸漬時間がこれ以下（１時間）の場合、最大膜厚は
１７Åであったが、膜厚は一定せず、一様な膜が形成さ
れているとは考えられなかった。このことから、液晶配
向層上においても吸着層は部分的に堆積しているものと
考えられる。

【００３８】実施例３液晶配向層上の各画素内に、有機シラン化合物からなる
堆積層を部分的に形成するのに、以下に述べる方法を用
いた他は、実施例２と全く同様にして液晶素子を作成し
た。

【００３９】ＳｉＯからなる液晶配向層付きの基板２枚
を用いて液晶セルを組み立てた後、空セル（液晶非注
入）の状態で、トリデカフルオロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，
２Ｈ−オクチル−トリメトキシシランの飽和蒸気で満た
した密閉容器に１時間放置し、表面エネルギーの互いに
異なる領域を画素内に作り込んだ。

【００４０】係る液晶セルに、実施例１と同様にして液
晶を注入して作成した液晶素子を、実施例１と全く同様
の信号パルスを用いて駆動したところ、画素間でのばら
つきの少ない（透過率のばらつき１０％以内）、再現性
のよい諧調制御が可能であった。

【００４１】実施例４液晶配向層上の各画素内に、有機シラン化合物からなる
堆積層を部分的に形成するのに、以下に述べる方法を用
いた他は、実施例１と全く同様にして液晶素子を作成し
た。

【００４２】液晶配向層付きの基板２枚を、ｐ−オクタ
デシルオキシ−フェニル−トリクロロシランのクロロホ
ルム溶液（濃度３ｍｇ／ｍｌ）に１０分間浸漬した後、
清浄なクロロホルム溶液を用いてこれを洗浄し、つい
で、１２０℃で１０分間加熱乾燥した。係る基板表面に
マスクを介してＡｒ−Ｆエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）を照射した。この時、被照射部の形状は、各画素
（２００μｍ角）内に、２０μｍ径のスポットを１６個
（縦横各４０μｍピッチ）並べたものとした。

【００４３】次に、係る基板を純水中に約１分間浸漬
し、さらに１２０℃で１０分間加熱乾燥して、液晶配向
層上の各画素内に、有機シラン化合物からなる堆積層を
部分的に作り込んだ。

【００４４】係る基板を用いて液晶セルを組み立て、実
施例１と同様にして液晶を注入して作成した液晶素子を
実施例１と全く同様の信号パルスを用いて駆動したとこ
ろ、画素間でのばらつきの少ない、再現性のよい諧調制
御（透過率のばらつき６％以内）が可能であった。

【００４５】実施例５液晶配向層上の各画素内に、有機シラン化合物からなる
堆積層を部分的に形成するのに、以下に述べる方法を用
いた他は、実施例１と全く同様にして液晶素子を作成し
た。

【００４６】実施例３と同様にして、液晶配向層付きの
基板２枚を、ｐ−オクタデシルオキシ−フェニル−トリ
クロロシランのクロロホルム溶液（濃度２ｍｇ／ｍｌ）
に１０分間浸漬した後、清浄なクロロホルム溶液を用い
てこれを洗浄し、ついで、１２０℃で１０分間加熱乾燥
した。係る吸着層の厚さは７Åで均一であった（ＳｉＯ
₂ 上、エリプソメーターによる結果）。係る基板表面に
マスクを介してＡｒ−Ｆエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）を照射した。この時の被照射部の形状は、各画素
（２００μｍ角）内に、２０μｍ径のスポットを１６個
（縦横各４０μｍピッチ）並べたものとした。

【００４７】次に係る基板を、（３−アミノプロピル）
−１，１−ジメチルクロロシランのトルエン溶液（濃度
１ｍｇ／ｍｌ）中に３分間浸漬し、清浄なトルエンで洗
浄後、１２０℃で１０分間加熱乾燥して、液晶配向層上
の各画素内に、２種の有機シラン化合物からなる堆積層
を各々部分的に作り込んだ。

【００４８】係る基板を用いて液晶セルを組み立て、実
施例１と同様にして液晶を注入して作成した液晶素子を
実施例１と全く同様の信号パルスを用いて駆動したとこ
ろ、画素間でのばらつきの少ない、再現性のよい諧調制
御（透過率のばらつき６％以内）が可能であった。

【００４９】実施例６液晶配向層として、ＳｉＯ斜方蒸着膜の代わりに以下に
述べるポリイミド・ラビング膜を用いた他は、実施例２
と全く同様にして液晶素子を作成した。

【００５０】ＩＴＯによる透明電極付きの基板上に、厚
さ５０ｎｍのＴａ₂ Ｏ₅ 膜を絶縁層としてスパッタ法に
より形成した後、係る絶縁層上に、式（２）に示すポリ
アミック酸をスピンコート法により、厚さ２０ｎｍにな
るように堆積させた。

【００５１】

【化３】係る基板を、トリデカフルオロ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２
Ｈ−オクチル−トリクロロシランの飽和蒸気で満たした
密閉容器に３時間放置し、前記有機シラン化合物からな
る堆積層を画素内に作り込んだ。

【００５２】その後、３００℃，６０分の条件で係る基
板を加熱焼成し、前記ポリアミック酸を脱水イミド環化
せしめた。次に液晶配向層表面をラビング処理（押し込
み量０．４ｍｍ，１０００ｒｐｍ，速度１２ｍｍ／ｓｅ
ｃ）した。以上の様にして作成した基板２枚を用いて、
実施例１に類似した液晶素子を作成した。尚、２つの液
晶配向層のラビング方向が反平行になるように組み合わ
せた。

【００５３】係る基板を用いて液晶セルを組み立て、実
施例１と同様にして液晶を注入して作成した液晶素子を
実施例１と全く同様の信号パルスを用いて駆動したとこ
ろ、画素間でのばらつきの少ない（透過率のばらつき１
０％以内）、再現性のよい諧調制御が可能であった。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高密度画素の表示パネル又は光シャッタアレイに適した
光学変調素子を提供することができ、更には、係る素子
に印加するパルス信号のパルス幅または波高値を変化さ
せることにより、諧調制御可能な強誘電性液晶表示素子
を提供することができる。またその際問題となる、各画
素間での諧調特性のばらつきを一定ならしめることが極
めて容易であるため、高品位な諧調表示素子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いた強誘電性液晶の特性を説明する
図である。

【図２】本発明で用いた強誘電性液晶の特性を説明する
図である。

【図３】本発明の液晶素子を模式的に表した断面図であ
る。

【図４】本発明の液晶素子の画素の一例を示す平面図及
び断面図である。

【図５】本発明の液晶素子において、画素内の液晶配向
層上に有機シラン化合物の堆積層を部分選択的に作成す
る方法の一例を示す図である。

【図６】本発明の液晶素子において、画素内の液晶配向
層上の有機シラン化合物の堆積パターンの一例を示す平
面図である。

【図７】本発明の液晶素子において、画素内の液晶配向
層上の有機シラン化合物の堆積パターンの一例を示す平
面図である。

【図８】本発明の液晶素子の画素の一例を示す平面図及
び断面図である。

【図９】本発明の液晶素子に印加したパルス信号の具体
例を表す波形を示す図である。

【図１０】本発明の液晶素子に印加したパルス信号の具
体例を表す波形を示す図である。

【図１１】本発明の液晶素子に印加したパルス信号の具
体例を表す波形を示す図である。

【図１２】画素の反転状態を模式的に表した説明図であ
る。

【図１３】本発明の液晶素子の印加電圧値と透過率との
関係を示す一実施例である。

【符号の説明】

１１透明基板１２透明基板１３液晶分子１４双極子モーメント１５液晶分子層２１上向きの双極子モーメント２２下向きの双極子モーメント２３液晶分子（第１の安定状態）２４液晶分子（第２の安定状態）３１基板３２第１の電極３３第１の液晶配向層３４基板３５第２の電極３６第２の液晶配向層３７強誘電性液晶３８スペーサー４１第１の有機シラン化合物からなる堆積層４２第２の有機シラン化合物からなる堆積層４３画素４４第１の表面エネルギーを有する領域４５第２の表面エネルギーを有する領域５１液晶配向層５２有機シラン化合物吸着層５３エネルギー線５４被照射部（表面エネルギー改変部）５５有機シラン化合物堆積層５６変質層５７マスク１２１反転核１２２反転領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、相対向する第１の電極及び
第２の電極と、各電極上に形成した第１及び第２の液晶
配向層と、該第１の液晶配向層と第２の液晶配向層との
間に配置した強誘電性液晶とを有する画素を２次元状に
配列した液晶素子において、前記第１の液晶配向層及び
／又は第２の液晶配向層の表面に少なくとも１種の有機
シラン化合物をその最大膜厚が１００Å以下となるよう
に、各画素内に部分的に或いは不均一な膜厚で全面的に
堆積させたことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記有機シラン化合物を前記液晶配向層
表面に気相吸着により堆積させたことを特徴とする請求
項１記載の液晶素子。
【請求項３】前記有機シラン化合物を前記液晶配向層
表面に液相吸着により堆積させたことを特徴とする請求
項１記載の液晶素子。
【請求項４】前記有機シラン化合物の堆積層が単分子
膜であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載
の液晶素子。
【請求項５】前記有機シラン化合物を前記液晶配向層
表面に気相もしくは液相吸着せしめた後に、該液晶配向
層表面を溶媒で洗浄し過剰に堆積している有機シラン化
合物を溶解除去せしめ、該吸着層を単分子層としたこと
を特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の液晶素子。
【請求項６】前記有機シラン化合物の堆積層に部分選
択的にエネルギー線を照射し、被照射部の有機シラン化
合物を除去或いは変質させたことを特徴とする請求項１
〜５いずれかに記載の液晶素子。
【請求項７】前記有機シラン化合物の堆積層に部分選
択的にエネルギー線を照射し、被照射部の有機シラン化
合物を除去或いは変質させると同時に、或いはその後
に、水、水蒸気又は第２の有機シラン化合物を前記液晶
配向層表面に接触させることにより、これらの接触物質
を前記被照射部位に選択的に反応或いは吸着せしめたこ
とを特徴とする請求項６記載の液晶素子。
【請求項８】前記液晶配向層表面上に形成された有機
シラン化合物の堆積部により、各画素内に、少なくとも
１個の点状の領域と、それ以外の背景領域が形成されて
いることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の液
晶素子。
【請求項９】前記点状の領域の径が１ｎｍ〜５０μｍ
であることを特徴とする請求項８記載の液晶素子。
【請求項１０】前記液晶配向層表面上に形成された有
機シラン化合物の堆積部により、各画素内に少なくとも
１個の線状領域と、それ以外の背景領域が形成されてい
ることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の液晶
素子。
【請求項１１】前記線状の領域の線幅が１ｎｍ〜５０
μｍであることを特徴とする請求項１０記載の液晶素
子。
【請求項１２】前記液晶配向層表面上に形成された有
機シラン化合物の堆積部により、各画素内に格子状の領
域とそれ以外の背景領域が形成されていることを特徴と
する請求項１〜７いずれかに記載の液晶素子。
【請求項１３】前記格子状の領域の格子を構成する線
の線幅が１ｎｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求
項１２記載の液晶素子。
【請求項１４】前記有機シラン化合物が下記一般式
（１）、【化１】で示され、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に関して、Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ
４＝Ｃｌ又はＲ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝ＯＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｒ
３＝Ｒ４＝ＯＣ₂ Ｈ₅ 又はＲ２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ４＝Ｏ
ＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ４＝ＯＣ₂ Ｈ₅ 又はＲ
２＝Ｃｌ，Ｒ３＝Ｒ４＝ＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｒ３＝Ｃｌ，
Ｒ４＝ＯＣＨ₃ 又はＲ２＝Ｒ３＝Ｃｌ，Ｒ４＝ＯＣ₂ Ｈ
₅ 又はＲ２＝Ｒ３＝Ｃｌ，Ｒ４＝ＣＨ₃ の内、いずれか
の組み合せから選ばれ、Ｒ１に関して、Ｃ₆ Ｈ₅ （フェ
ニル基）又はＣＨ₂ Ｃ₆ Ｈ₅ （ベンジル基）又はＣ_n Ｈ
_(2n+1)（ｎ＝整数であり、かつ２≦ｎ≦２６）又は炭素
数１以上２６以下のアルキル基もしくはアルコキシル基
が置換されたフェニル基又はベンジル基の内、いずれか
であることを特徴とする請求項１〜１３いずれかに記載
の液晶素子。
【請求項１５】前記一般式（１）で示される有機シラ
ン化合物の水素原子の一部又は全てが弗素置換されてい
ることを特徴とする請求項１４記載の液晶素子。
【請求項１６】前記一般式（１）で示される有機シラ
ン化合物のＲ１部のアルキル基又はアルコキシル基の炭
素−炭素結合の一部が、不飽和であることを特徴とする
請求項１４記載の液晶素子。
【請求項１７】前記一般式（１）で示される有機シラ
ン化合物のＲ１の末端が、ＳＨ基，ＯＨ基，ＮＨ₂ 基，
ＮＨ（ＣＨ₂ ）_m ＮＨ₂ 基（ｍ＝整数であり、かつ１≦
ｍ≦１０），ＣＯ₂ Ｈ基，ＣＯ₂ ＣＨ₃ 基の内いずれか
で置換されていることを特徴とする請求項１４記載の液
晶素子。
【請求項１８】前記液晶配向層の材料がＳｉＯもしく
は有機ポリマーであることを特徴とする請求項１〜１７
いずれかに記載の液晶素子。
【請求項１９】前記有機ポリマーがポリイミドである
ことを特徴とする請求項１８記載の液晶素子。
【請求項２０】請求項１９記載の液晶素子において、
前記ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸層を前記
電極上に形成した後、前記有機シラン化合物を係るポリ
アミック酸層表面上に堆積させ、次にこれを加熱、焼成
することにより、有機シラン化合物を含むポリイミド膜
を形成したことを特徴とする請求項１９記載の液晶素
子。
【請求項２１】前記液晶配向層に前記有機シラン化合
物を堆積せしめた後に、係る液晶配向層表面をラビング
処理したことを特徴とする請求項１〜２０いずれかに記
載の液晶素子。
【請求項２２】前記強誘電性液晶がカイラルスメクチ
ック液晶である請求項１〜２１いずれかに記載の液晶素
子。