JPH11223813A

JPH11223813A - 液晶素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11223813A
Application number: JP10025644A
Authority: JP
Inventors: Eriko Matsui; 恵理子松居
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17
Also published as: US6320635B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】低しきい値化、透過率の温度依存性低減及び
履歴現象の低減が可能な液晶素子とその製造方法を提供
する。【解決手段】液晶配向膜を有する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（但し、ｘは２未満の正数）
上に、この斜方蒸着膜の斜方柱２０による凹凸２１を保
持する０．１μｍ以下の厚さで（塗布時の水溶液濃度を
１重量％以下として）、ポリビニルアルコール系薄膜２
２を積層することによって、斜方柱による表面凹凸をな
くすことなしにポリビニルアルコール系薄膜を積層し
て、ＳｉＯ_X斜方蒸着配向膜のＳｉＯ_X柱の形状による
液晶配向性を十二分に発揮し、かつ、ポリビニルアルコ
ールの液晶材料との適合性（アンカリング力の低下と、
液晶−ＳｉＯ_X間の分極及び相互作用の抑制）が得ら
れ、２種類の配向膜のそれぞれの特長を生かすことがで
きる。

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】液晶をディスプレイに用いた液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）は、低消費電力で薄型軽量であるとい
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（Ｔ
Ｖ）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は、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。Ｆ
ＬＣは、分子自身に永久双極子モーメントを分子の長軸
に対して垂直に有し、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（１）〜（３）の特徴を
有する優れたものである。

【０００４】（１）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。（２）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。（３）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２５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２６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が、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】即ち、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７−２１２６
８６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２７参照）、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、図２５のように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】また、白と黒の２値のみで階調をコントロ
ールすることから、透過率の安定性が重要な課題となっ
てくる。特に、表示中の液晶パネルの温度は、使用室内
の温度変化や駆動回路によっても変化するが、透過率に
影響を与えるため、透過率の温度依存性は小さいことが
必須条件となる。

【００２１】更に、強誘電性液晶ライトバルブには、ヒ
ステリシス現象の存在が確認された。即ち、１ビットプ
レーン前に表示された白、黒だけでなく、数１０ビット
プレーン前までの白、黒が、現在表示しているビットプ
レーンの表示に影響を与えるのである。具体的には、１
ビットプレーン前が同様に黒であっても、２ビットプレ
ーン前が白か黒かによって、現在表示しているビットプ
レーンの表示色を白、黒に定めることができないという
ものである。この現象は、強誘電性液晶のフルコーン角
とメモリコーン角の差が大きいものにほど顕著に現れ
る。

【００２２】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、透過率の温度依存性の低減及び履
歴現象の低減が可能な液晶素子と、その製造方法を提供
することにある。

【００２３】

【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前述した様々な
問題点を引き起こす要因であると推論し、そうした問題
点が配向膜の表面改質によって解決できることをつき止
め、本発明に到達したものである。

【００２４】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、ＳｉＯ_X斜方蒸着膜（但
し、ｘは２未満の正数）と、この斜方蒸着膜の斜方柱に
よる凹凸を保持する０．１μｍ以下の厚さで、前記斜方
蒸着膜上に積層されたポリビニルアルコール系及び／又
はナイロン系薄膜との積層体によって形成されているこ
とを特徴とする液晶素子に係るものである。

【００２５】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、前記基体の一方の面上にＳｉＯ_X斜
方蒸着膜（但し、ｘは２未満の正数）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、濃度１重量％以下のポリビニルアルコール系水溶液
又は濃度５重量％以下のナイロン系アルコール溶液を前
記斜方蒸着膜上に塗布、乾燥して、ポリビニルアルコー
ル系及び／又はナイロン系薄膜を前記斜方蒸着膜上に形
成する工程とを有する、液晶素子の製造方法も提供する
ものである。

【００２６】ＳｉＯ_X斜方蒸着膜（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、焼き付き、ヒステ
リシス、高しきい値化などが生じ易いものと考えられ
る。

【００２７】また、ポリビニルアルコール系薄膜は、液
晶用配向膜として知られたものであり、強誘電性液晶と
のアンカリング力が低い。しかしながら、ラビングによ
って得られる溝や、延伸された高分子の時間的な安定性
が悪く、実用材料としては使用できない。

【００２８】本発明は、ＳｉＯ_X斜方蒸着膜（但し、ｘ
は２未満の正数）と、この斜方蒸着膜の斜方柱による凹
凸を保持する０．１μｍ以下の厚さで（塗布時の水溶液
濃度を１重量％以下として）、前記斜方蒸着膜上に積層
されたポリビニルアルコール系及び／又はナイロン系薄
膜とを組み合わせることによって、上記斜方柱による表
面凹凸をなくすことなしにポリビニルアルコール系及び
／又はナイロン系薄膜が積層されるため、ＳｉＯ_X斜方
蒸着配向膜のＳｉＯ_X柱の形状による液晶配向性を十二
分に発揮し、かつ、ポリビニルアルコール又はナイロン
の液晶材料との適合性（アンカリング力の低下と、液晶
−ＳｉＯ_X間の分極及び相互作用の抑制）が得られるこ
とになり、２種類の配向膜のそれぞれの特長を生かすこ
とに成功したものである。上記のポリビニルアルコール
系及び／又はナイロン系薄膜の厚みは０．１μｍを超え
ると（或いは、塗布時の濃度が１重量％又は５重量％を
超えると）、厚く積層されすぎて、上記の凹凸を保持で
きなくなり、液晶の配向制御性が悪くなる。

【００２９】本発明において、上記の「ポリビニルアル
コール系」とは、部分けん化したもの、けん化していな
いものを主として意味するが、ある種の置換基を導入し
たもの等の誘導体も包含する概念である。また、上記の
ポリビニルアルコール系薄膜とナイロン系薄膜とが積層
されてもよい。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の液晶素子及びその製造方
法においては、前記ポリビニルアルコール系薄膜が、重
合度２万以下の部分けん化若しくは非けん化のポリビニ
ルアルコールからなっていることが、塗布時の溶媒溶解
性の点で望ましい。

【００３１】また、前記液晶が強誘電性液晶からなる場
合、上記したように、強誘電性液晶に特有の配向膜界面
での分極による焼き付き、ヒステリシスを防止し、低し
きい値化が可能となり、またアンカリング力の低下によ
る低しきい値化等も得られるため、本発明の効果が顕著
となる。

【００３２】また、上記した塗布時のポリビニルアルコ
ール系水溶液の濃度（１．０重量％以下）及びナイロン
系アルコール溶液の濃度（５．０重量％以下）によっ
て、乾燥時のポリビニルアルコール系薄膜又はナイロン
系薄膜の膜厚を０．１μｍ以下とし、ＳｉＯ_X斜方柱の
表面凹凸をなくさないでポリビニルアルコール系薄膜又
はナイロン系薄膜を積層し、ポリビニルアルコール系薄
膜又はナイロン系薄膜によるアンカリング防止効果を高
めることができる。

【００３３】なお、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。

【００３４】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。

【００３５】図１は、液晶素子（例えば液晶表示素子）
の要部を示すものであるが、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）ピラー２０からなるＳｉＯ斜方蒸
着膜３が例えば０．１μｍ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を保持する状態で部分
けん化若しくは非けん化のポリビニルアルコール系又は
ナイロン系薄膜２２が０．１μｍ以下の厚さに塗布、形
成されている。

【００３６】即ち、ＳｉＯ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、ポリビニルアルコール又は
ナイロンの薄膜２２が積層されている。ＳｉＯ配向膜３
においては、ＳｉＯ柱２０が傾いて形成されているが、
これによる凹凸２１は、ＳｉＯ蒸着条件にもよるが、概
ね０．１μｍ程度又はそれ以下である。この表面にポリ
ビニルアルコールが０．１μｍ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ＳｉＯ配向膜３を覆い、配向はＳｉＯ柱２０の形状
で行い、液晶材料と接する部分はポリビニルアルコール
２２となるようにしたものである。

【００３７】なお、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（ここでは、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。

【００３８】図２及び図３には、この液晶表示素子の具
体例としての反射型強誘電性液晶光変調型表示素子１１
の構造を概略図示するが、この構造においては、まず、
透明ガラス基板（例えばコーニング７０５９：０．７ｍ
ｍ厚）１ａ上には、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。

【００３９】基板１ａに対向した他方の基板として、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。

【００４０】各電極２ａ、２ｂ上には、液晶配向膜とし
て上記したＳｉＯ斜方蒸着膜３ａ、３ｂがそれぞれ形成
され、この上に上記したポリビニルアルコール又はナイ
ロン薄膜２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成されている（但
し、図３（Ｂ）では共に図示省略）。

【００４１】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度とし
て設置し、ＳｉＯを基板温度１００℃で真空蒸着後、２
００℃、１時間の焼成を行う。

【００４２】また、ポリビニルアルコール又はナイロン
薄膜２２ａ、２２ｂの形成においては、例えばポリビニ
ルアルコール（重合度５００、けん化無し）を１重量％
以下、例えば０．２重量％の濃度で水を溶媒として希釈
し、スピナーを用いてＳｉＯ斜方蒸着膜３ａ、３ｂ上に
塗布する。スピンコート条件は、回転数５００ｒｐｍ、
４秒間、回転数３５００ｒｐｍ、１０秒間とする。スピ
ンコート後、クリーンオーブン中で１１０℃で６０分焼
成し、溶媒を除去し、成膜する。

【００４３】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））が用いられている。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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、図２３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２４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。

【００４７】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２４に示したように、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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】また、図示省略したが、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。

【００５１】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。

【００５２】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ことは、駆動電極がガラ
ス基板１ｃ上に設けた透明なＩＴＯ２ｃからなり、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、或いは遮断するものである。制御ゲ
ート素子１８には補助容量を接続してもよい。

【００５３】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。

【００５４】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、強誘電
性液晶と同様に自発分極は層に平行で分子長軸に対して
垂直方向を向いている。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】

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

【００５８】実施例１スパッタ法により０．０４μｍ厚の透明ＩＴＯ膜（面抵
抗１００Ω／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
となす角度が８５度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。

【００５９】次に、ポリビニルアルコール（重合度５０
０、けん化無し）を、４種の濃度で水を溶媒として希釈
し（水溶液濃度はそれぞれ０．０２重量％、０．２重量
％、１重量％、２重量％）、スピナーを用いてＳｉＯ斜
方蒸着膜上に積層した。スピンコート条件は、回転数５
００ｒｐｍ、４秒間、回転数３５００ｒｐｍ、１０秒間
とした。スピンコート後、クリーンオーブン中で１１０
℃で６０分焼成し、溶媒を除去し、成膜した。

【００６０】比較のために、溶媒とした水のみをスピン
コートし、同様の焼成を行った積層膜無しのセルも作製
した。

【００６１】このように処理した２枚のガラス基板を、
１．６μｍ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
蒸着方向が互いに反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
（ＣＳ−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。

【００６２】この液晶表示素子（液晶パネル）につい
て、まず、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。

【００６３】ポリビニルアルコールの２重量％濃度の水
溶液から作製した積層膜では、液晶の配向性が乱れ、測
定できなかった。これは、ＳｉＯ斜方柱中の凹凸を平坦
化してしまったためと考えられる。しきい値の温度依存
性の結果を図６に、各温度でのポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）の溶液濃度としきい値の関係を図７に示す。

【００６４】この結果、図６に示すように、ポリビニル
アルコールを積層した配向膜では、しきい値の温度依存
性は、ＳｉＯ配向膜のみの場合に比べて低減した。Ｓｉ
Ｏ配向膜のみでは３．５Ｖ／（４０〜５０℃）であった
ものが、ＰＶＡ濃度０．０２重量％では２．０Ｖ／（４
０〜５０℃）に、ＰＶＡ濃度０．２重量％では１．７Ｖ
／（４０〜５０℃）に、ＰＶＡ濃度１重量％では１．４
７Ｖ／（４０〜５０℃）になった。

【００６５】また、図７に示すように、０．０２重量％
濃度の水溶液から作製したポリビニルアルコール積層膜
では、ＳｉＯ配向膜のみと比較して、例えば４０℃での
しきい値は６２％に低下し、ＰＶＡ濃度０．２重量％で
は５１％に、１重量％では４０％まで低しきい値化され
た。

【００６６】実施例２次にＰＶＡ積層による低しきい値化のメカニズムについ
て検討した。

【００６７】１．アンカリングエネルギーの見積り方これまで、強誘電性液晶においては、配向膜とアンカリ
ングエネルギーの測定方法が存在せず、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。しかしながら、しきい値の物理的理解（しきい
値を求める式は、現在まで決定されていないが）や、焼
き付きのメカニズムを考えても、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、本発明者は、
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
法を考案した。

【００６８】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、容易な測定法であり、液晶
実験の万国共通のものである。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、信頼製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８に示すような波形である。

【００６９】即ち、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。そこで、実施例１において、
ＳｉＯ配向膜のみを配向膜として用いた強誘電性液晶セ
ルにおいて、印加電界とτ（０−０％）の関係を測定し
た。結果を図９に示す。

【００７０】これによれば、印加電界強度とτ（０−０
％）の積：Ｅ×τ（０−０％）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。

【００７１】２．ＰＶＡ積層膜での低しきい値化のメカ
ニズム実施例１で述べたセル作製方法により、ＳｉＯ斜方蒸着
配向膜上にＰＶＡ水溶液（０．０２重量％、０．２重量
％、１重量％）をスピンコートして積層した。また、Ｓ
ｉＯ配向膜に水のみをスピンコートして同様に焼成し、
比較用サンプルを作製した。ＣＳ−１０２５液晶のＰＶ
Ａ積層配向膜のしきい値特性は図６に示したが、ＰＶＡ
積層によって、その厚みが厚いほど（即ち、ＰＶＡ濃度
が高いほど）低しきい値化していることが分かる。

【００７２】（２−１）アンカリングエネルギーからの
考察各配向膜において、上記したＥ×τ（０−０％）の測定
を行った。結果を図１０に示す。これによれば、ＰＶＡ
積層膜が厚くなると、アンカリングエネルギーが小さく
なり、温度依存性も小さくなる傾向にある。アンカリン
グが、焼き付き現象の原因と同様に、強誘電性液晶分子
の自発分極によって配向膜の分極が生じて液晶分子と配
向膜が相互作用した結果起きるものであるとすると、高
温ほど分極は弱まるため、アンカリングエネルギーが減
少するのは当然の結果である。

【００７３】しきい値におけるτ（０−０％）の測定結
果を図１１に示す。これによれば、ＳｉＯ配向膜におい
ては、電界を印加してから動き出すまでの時間は、温度
依存性がほとんどない。ＰＶＡ濃度１重量％で積層した
配向膜においては温度依存性が大きく、４０℃以上では
アンプの立ち上がり時間と同じ値である。つまり、ＰＶ
Ａ濃度１重量％の配向膜の場合、４０℃以上では、電界
を印加したと同時にスイッチングが開始している。ＰＶ
Ａ濃度０．０２重量％、０．２重量％の配向膜では、Ｓ
ｉＯ配向膜のみとＰＶＡ濃度１重量％の配向膜との間の
値をとり、ＰＶＡの積層膜が厚いほど、温度依存性のな
い温度が低くなっている。例えば、ＰＶＡ濃度０．０２
重量％のときは４５℃以下であるのに対し、ＰＶＡ濃度
０．２重量％のときは３５℃以下となっている。

【００７４】以上の結果から、ＳｉＯ斜方蒸着配向膜上
にＰＶＡを積層することにより、アンカリングエネルギ
ーが減少し、しきい値が低くなると考えられる。焼き付
き現象も同様に減少したと思われた。

【００７５】（２−２）回転粘性からの考察しきい値を決定するパラメータとして、アンカリングエ
ネルギーの他に、電界に影響される誘電率異方性や自発
分極、弾性エネルギーに影響を与える回転粘性などが考
えられる。そこで、ＰＶＡ積層膜において回転粘性の温
度依存性を測定した。測定は、ディスプレイテック社製
のＡＰＴIIを用いた。結果を図１２に示す。

【００７６】この結果から、ＰＶＡの積層により、回転
粘性が非常に低くなっていることが判明した。回転粘度
は、粘度とはγ_r∝γ_Osin²θ（γ_r：回転粘度、
γ_O：粘度、θ：チルト角）のような関係にあるので、
ＰＶＡの積層膜ほど粘性が低いということである。低粘
性化は、同じ液晶材料である場合、分子パッキングのゆ
るみが原因と考えられる。分子パッキングは、プレチル
ト角や層傾斜角の組み合わせで主に決定される。ＰＶＡ
の積層により、分子パッキングがゆるみ、粘度が低くな
るため、低しきい値化したものと思われる。

【００７７】実施例３次に、ヒステリシスの測定を行った。使用した駆動波形
は、図１３に示す２種類（白３４：黒２表示（ａ）、白
２：黒３４表示（ｂ））である。その際の透過率変化を
モニタした。結果を、白と黒とに対応して図１４及び図
１５、図１６及び図１７、図１８及び図１９、図２０及
び図２１にそれぞれ示す（但し、これら各図における横
軸の数字は、図１３の時間軸での位置に対応する）。

【００７８】この測定では、履歴の現れ易い図１３中の
５番目の透過率に着目し、これを１及び２番目の透過率
と比較すると、ポリビニルアルコール薄膜の積層によっ
て、履歴の減少を確認できる。

【００７９】また、白レベルの温度依存性を図２２に示
す。ポリビニルアルコール薄膜が厚くなるほど（溶液濃
度が濃くなるほど）、透過率の温度依存性が減少した。

【００８０】実施例４実施例１に記載したようなＳｉＯ斜方蒸着配向膜上に、
ナイロン系高分子：エルバマイド８０６１（デュポン社
製）を、４種の濃度でメタノールを溶媒として希釈し
（濃度はそれぞれ０．１５重量％、１重量％、５重量
％、１０重量％）、スピナーを用いて積層した。スピン
コート条件は、回転数５００ｒｐｍ、４秒間、回転数３
５００ｒｐｍ、１０秒間とした。スピンコート後、クリ
ーンオーブン内で１００℃、３０分焼成し、溶媒を除去
し、成膜した。

【００８１】比較のために、溶媒としたメタノールのみ
をスピンコートし、同様の焼成を行った積層膜無しのセ
ルも作製した。

【００８２】このように処理した２枚のガラス基板を、
１．６μｍ径のスペーサと紫外線硬化型接着剤を用い
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（ＣＳ−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を得た。

【００８３】この液晶表示素子について、まず、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。

【００８４】ナイロン１０重量％濃度のメタノール溶液
から作製した積層膜では、液晶の配向性が乱れ、測定で
きなかった。これは、ＳｉＯ斜方柱の凹凸を平坦化して
しまったためと考えられる。しきい値の温度依存性の結
果を図２３に、各温度でのナイロンの溶液濃度としきい
値の関係を図２４に示す。

【００８５】この結果、図２３に示すように、ナイロン
を積層した配向膜では、しきい値の温度依存性は、Ｓｉ
Ｏ配向膜のみの場合に比べて低減した。ＳｉＯ配向膜の
みでは３．１Ｖ／（４０〜５０℃）であったものが、ナ
イロン濃度０．１５重量％では、１．５２Ｖ／（４０〜
５０℃）に、ナイロン濃度１重量％では、０．８Ｖ／
（４０〜５０℃）に、ナイロン濃度５重量％では、０．
５Ｖ／（４０〜５０℃）になった。

【００８６】また、図２４に示すように、０．１５重量
％濃度のメタノール溶液から作製したナイロン積層膜で
は、ＳｉＯ配向膜のみと比較して、例えば４０℃でのし
きい値は５３．３％に低下し、ナイロン濃度１重量％で
は３６．６％に、５重量％では２７．２％まで低しきい
値化された。

【００８７】以上の実施例より、ＳｉＯ配向膜によって
液晶分子を配向させ、液晶−配向膜界面での相互作用を
液晶とポリビニルアルコール薄膜又はナイロン薄膜間で
起こさせることによって、良配向性を保持しつつ、低し
きい値化、履歴の低減、透過率の温度依存性の低減がは
かれることが見出された。

【００８８】以上に述べた本発明の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。

【００８９】例えば、上述したポリビニルアルコール薄
膜は、けん化無しのものだけでなく、部分けん化したも
ので形成してよい。また、このようなポリビニルアルコ
ール系薄膜に代えて、上記したナイロンを含むナイロン
系等の薄膜をＳｉＯ_X斜方蒸着膜上に形成しても、ポリ
ビニルアルコール系薄膜と同等の上述した効果を得るこ
とができる。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】

【発明の作用効果】本発明は、上述した如く、ＳｉＯ_X
斜方蒸着膜（但し、ｘは２未満の正数）と、この斜方蒸
着膜の斜方柱による凹凸を保持する０．１μｍ以下の厚
さで（塗布時の水溶液濃度を１重量％以下として）、前
記斜方蒸着膜上に積層されたポリビニルアルコール系及
び／又はナイロン系薄膜とを組み合わせているので、上
記斜方柱による表面凹凸をなくすことなしにポリビニル
アルコール系及び／又はナイロン系薄膜が積層されるた
め、ＳｉＯ_X斜方蒸着配向膜のＳｉＯ_X柱の形状による
液晶配向性を十二分に発揮し、かつ、ポリビニルアルコ
ール及び／又はナイロンの液晶材料との適合性（アンカ
リング力の低下と、液晶−ＳｉＯ_X間の分極及び相互作
用の抑制）が得られることになり、２種類の配向膜のそ
れぞれの特長を生かすことができる。従って、低しきい
値化、透過率の温度依存性低減及び履歴現象の低減が可
能な液晶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】同、配向膜の形成時のポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）濃度によるしきい値電圧の変化を各測定温度
毎に示すグラフである。

【図８】同、配向膜のアンカリングを評価する際の印加
電界による透過率変化を示すチャートである。

【図９】同、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１０】同、ＰＶＡ積層膜におけるアンカリングエネ
ルギーの温度依存性をＰＶＡ濃度毎に示すグラフであ
る。

【図１１】同、ＰＶＡ濃度における上記時間の温度依存
性をＰＶＡ濃度毎に示すグラフである。

【図１２】同、ＰＶＡ積層膜における液晶分子の回転粘
性の温度依存性をＰＶＡ濃度毎に示すグラフである。

【図１３】本発明の他の実施例による強誘電性液晶表示
素子の履歴測定用の駆動波形図（白３４：黒２表示
（ａ）、白２：黒３４表示（ｂ））である。

【図１４】同、ＳｉＯ配向膜のみのときの履歴（白３
４：黒２表示）を測定温度毎に示すグラフである。

【図１５】同、ＳｉＯ配向膜のみのときの履歴（白２：
黒３４表示）を測定温度毎に示すグラフである。

【図１６】同、ＳｉＯ配向膜＋ＰＶＡ０．０２重量％薄
膜のときの履歴（白３４：黒２表示）を測定温度毎に示
すグラフである。

【図１７】同、ＳｉＯ配向膜＋ＰＶＡ０．０２重量％薄
膜のときの履歴（白２：黒３４表示）を測定温度毎に示
すグラフである。

【図１８】同、ＳｉＯ配向膜＋ＰＶＡ０．２重量％薄膜
のときの履歴（白３４：黒２表示）を測定温度毎に示す
グラフである。

【図１９】同、ＳｉＯ配向膜＋ＰＶＡ０．２重量％薄膜
のときの履歴（白２：黒３４表示）を測定温度毎に示す
グラフである。

【図２０】同、ＳｉＯ配向膜＋ＰＶＡ１重量％薄膜のと
きの履歴（白３４：黒２表示）を測定温度毎に示すグラ
フである。

【図２１】同、ＳｉＯ配向膜＋ＰＶＡ１重量％薄膜のと
きの履歴（白２：黒３４表示）を測定温度毎に示すグラ
フである。

【図２２】同、各配向膜での白レベルの透過率の温度依
存性をＰＶＡ濃度毎に示すグラフである。

【図２３】本発明の更に他の実施例による強誘電性液晶
表示素子の、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２４】同、配向膜の形成時のナイロン濃度によるし
きい値電圧の変化を各測定温度毎に示すグラフである。

【図２５】強誘電性液晶の双安定性モデル図である。

【図２６】一般的な強誘電性液晶のしきい値特性図（Ｖ
−Ｔカーブ）である。

【図２７】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…ポリビニルアルコール又はナイロン薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【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、ＳｉＯ_X斜方蒸着膜（但し、ｘは２未満の正数）と、この斜方蒸着膜の斜方柱による凹凸を保持する０．１μ
ｍ以下の厚さで、前記斜方蒸着膜上に積層されたポリビニルアルコール系
及び／又はナイロン系薄膜との積層体によって形成され
ていることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記ポリビニルアルコール系薄膜が、重
合度２万以下の部分けん化若しくは非けん化のポリビニ
ルアルコールからなっている、請求項１に記載した液晶
素子。
【請求項３】前記液晶が強誘電性液晶からなる、請求
項１に記載した液晶素子。
【請求項４】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用いられる、請求項１に記載した
液晶素子。
【請求項５】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、前記基体の一方の面上にＳｉＯ_X斜方蒸着膜（但し、ｘ
は２未満の正数）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、
濃度１重量％以下のポリビニルアルコール系水溶液又は
濃度５重量％以下のナイロン系アルコール溶液を前記斜
方蒸着膜上に塗布、乾燥して、ポリビニルアルコール系
及び／又はナイロン系薄膜を前記斜方蒸着膜上に形成す
る工程とを有する、液晶素子の製造方法。
【請求項６】前記ポリビニルアルコール系又はナイロ
ン系薄膜を０．１μｍ以下の厚さに形成する、請求項５
に記載した液晶素子の製造方法。
【請求項７】前記ポリビニルアルコール系薄膜を、重
合度２万以下の部分けん化若しくは非けん化のポリビニ
ルアルコールによって形成する、請求項５に記載した液
晶素子の製造方法。
【請求項８】前記液晶として強誘電性液晶を用いる、
請求項５に記載した液晶素子の製造方法。