JPS62291619A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる
液晶素子、特に強誘電性液晶を用いた液晶素子に関し、
更に詳しくは液晶分子の初期配向状態を改善することに
より１表示特性を改善した液晶素子に関するものである
。

［従来の技術］ 強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子と
の組み合わせにより透過光線を制御する型の表示素子が
クラーク（Ｃ：１ａｒｋ）及びラガーウオル（Ｌａｇｅ
ｒｗａｌ　ｌ）により提案されている（特開昭５６−１
０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書
等）。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度域におい
て、カイラルスメクチックＣ相（ＳＩＩＣ″）又はＨ相
（ＳｍＨ”）を有し、この状態において、加えられる電
界に応答して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定
状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のないときはそ
の状態を維持する性質、すなわち双安定性を有し、また
電界の変化に対する応答も速やがてあり、高速ならびに
記憶型の表示素子としての広い利用か期待されている。

この双安定性を有する液晶を用いた光学変調素子か所定
の駆動特性を発揮するためには、一対の平行基板間に配
置される液晶が、電界の印加状態とは無関係に、上記２
つの安定状態の間での変換が効果的に起るような分子配
列状態にあることが必要である。たとえばＳａｃ”また
はＳｓ）！”相を有する強誘電性液晶については、　Ｓ
ａｃ”またはＳｄ”相を有する液晶分子相が基板面に対
して垂直て、したかって液晶分子軸か基板面にほぼ平行
に配列した領域（モノドメイン）が形成される必要があ
る。

ところで、強誘電性液晶の配向方法としては。

一般にラビング処理や斜方蒸着処理などによる一軸性配
向処理を施した配向制御膜を用いる方法が知られている
。

この従来からの配向方法は、そのほとんどが双安定性を
示さないらせん構造をもつ強誘電性液晶に対するもので
あった０例えば、特開昭６０−２：１０６３５号公報に
開示された配向方法は、双安定性を示さないらせん構造
の状態下で強誘電性液晶をラビング処理したポリイミド
膜によって配向制御するものであった。

しかしながら、前述した如きの従来の配向制御膜をクラ
ークとラガウオールによって発表された双安定性を示す
非らせん構造の強誘電性液晶に対する配向制御に適用し
た場合には、下述の如き問題点を有していた。

［発明が解決しようとする問題点］ すなわち、本発明者らの実験によれば、従来の配向制ｕ
４膜によって配向させて得られた非らせん構造の強誘電
性液晶でのチルト角（後述の第３図に示す角度）からせ
ん構造をもつ強誘電性液晶でのチルト角■（後述の第２
図に示す三角錐の頂角の１／２に相当する）と較べて小
さくなっていることが判明した。特に、従来の配向制御
膜によって配向させて得た非らせん構造の強誘電性液晶
でのチルト角θは、一般にｌＯ°程度で、その時の透過
率はせいぜい３〜５％程度であった。

この様に、クラークとラガウオールによれば双安定性を
実現する非らせん構造の強誘電性液晶でのチルト角から
せん構造をもつ強誘電性液晶でのチルト角と同一の角度
をもつはずであるが、実際には非らせん構造でのチルト
角θの方がらせん構造でのチルト角■より小さくなって
いる。しかも、この非らせん構造でのチルト角θがらせ
ん構造てのチルト角０より小さくなる原因が非らせん構
造ての液晶分子のねじれ配列に帰因していることが判明
した。つまり、非らせん構造をもつ強誘電性液晶では、
液晶分子が第４図に示す様に基板の法線に対して上基板
に隣接する液晶分子の軸４２より下基板に隣接する液晶
分子の軸４３（ねじれ配列の方向４４）へ連続的にねじ
れ角δでねじれて配列しており、このことが非らせん構
造でのチルト角θがらせん構造でのチルト角■より小さ
くなる原因となっている。

尚、図中４１は上下基板に形成したラビング処理や斜方
蒸着処理によって得られた一軸性配向軸を表わしている
。

ところで、液晶の複屈折を利用した液晶素子の場合、直
交ニコル下での透過率は。

で表わされる。前述の非らせん構造におけるチルト角θ
は第１と第２の配向状態でのねじれ配列した液晶分子の
平均分子軸方向の角度として現われることになる。上式
によれば、かかるチルト角０か２２．５°の角度の時最
大の透過率となるか、双安定性を実現する非らせん構造
でのチルト角θは大きくて１０°程度の角度であり、従
って表示装置としての適用を考慮した時にはその透過率
は３〜５％程度で十分なものとはならない問題がある。

従って、本発明の目的は、前述の問題点を解決すること
、すなわち少なくとも２つの安定状態、特に双安定性を
実現する非らせん構造の強誘電性液晶でのチルト角を増
大し、これによって画素シャッタ開口時の透過率を向上
させた液晶素子を提供することにある。

本発明の別の目的は、強誘電性液晶のモノドメイン形成
に適した配向制御膜を用いた液晶素子を提供することに
ある。

ｃ問題点を解決するための手段］及び［作　用］すなわ
ち、本発明は一対の平行基板と、該一対の平行基板の面
に対して垂直又は略垂直な複数の層を形成している分子
の配列をもつ強誘電性液晶とを有する液晶素子において
、前記一対の平行基板のうち少なくとも一方の基板が前
記複数の層を一方向に優先して配向させる高分子物質の
被膜を有し、特に該高分子物質の被膜が同一分子内に親
木性部分と疎水性部分を併有して単分子膜又は単分子累
積膜として成膜された単量体を重合して得られる高分子
物質により形成され、さらに前記基板表面に前記単分子
膜又は単分子累積膜を一方向に優先して配向させるため
の溝を有することを特徴とする液晶素子である。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の液晶素子の一実施態様を示す断面図
である。第１図に示す液晶素子は、一対の平行配置した
表面に溝を有する上基板１１ａ及び下基板１１ｂと、そ
れぞれの基板に配線した透明電極１２ａと１２ｂを備え
ている。上基板１１ａと下基板１１ｂとの間には強誘電
性液晶、好ましくは少なくとも２つの安定状態を示す非
らせん構造の強誘電性液晶１３が配置されている。

前述した透明電極１２ａと＋２ｂは、強誘電性液晶１３
をマルチプレクシング駆動するために、それぞれストラ
イプ形状で配線され、且つそのストライプ形状が互いに
交差させて配置されていることか好ましい。

本発明の液晶素子は、基板１１ａとＩｌｂにそれぞれ重
合性単分子膜あるいは単分子累積膜で形成された高分子
物質の被膜からなる配向ル制御ｆｌＪ１４ａと１４ｂか
配置されている。

本発明における単分子膜又は単分子累積膜を構成する分
子は、その分子内に重合性部を有し、さらに疎水性部分
及び親木性部分を併有する分子であれば使用可能である
。

このような分子の重合性部位の構成要素として代表的な
ものは、ビニレン、ビニリデン、アセチレン基等を少な
くとも１個もつ不飽和炭化水素基てあって、直鎖状のも
のも分枝状のものも使用しつる。

これらの重合性部位は疎水性を示すが、他の疎水性部分
を構成する基としては１例えばフェニル、ナフチル、ア
ントラニル等の如き縮合多環フェニル基、ビフェニル、
ターフェニル等の鎖状多環フェニル基等の疎水基等が挙
げられる。これらは各々単独又はその複数が組み合され
て上記分子の疎水性部分を構成する。

一方１Ｍ水性部分の４Ｉ成要素として最も代表的なもの
は、例えばカルボキシル基及びその金属塩並びにアミン
塩、スルホン酸基及びその金属塩並びにアミン塩、スル
ホンアミド基、アミド基、アミノ基、イミノ基、ヒドロ
キシル基、４級アミノ基、オキシアミノ基、オキシイミ
ノ基、ジアゾニウム基、グアニジン基、ヒドラジン基、
リン酸基、ケイ酸基、アルミン酸基等の親木性基等か挙
げられる。これらも各々単独又はその複数が組み合わさ
れて上記分子の親水性部分を構成する。

ここで、分子内に親木性部分及び疎水性部分を有すると
は、例えば分子が上記のような親水基及び疎水基の両者
を分子内に１つずつ有するか　又は分子内に１つ以上の
親木基及び疎水基を有する場合には、分子全体の構成に
おいである部分が他の部分との関係において親木性てあ
り、−劣後者の部分は前者の部分との関係において疎水
性の関係を有することをいう。

本発明における単分子膜又は単分子累積膜を構成する上
記の如き分子の具体例としては、例えば下記の如き一般
式（Ｉ）、（ＩＩ）で示される分子が挙げられる。

■　Ｒ１＋ＣＨ２←Ｘ−Ｒ，−−−−−−（Ｉ　）（式
中、Ｘ＝Ｃ０Ｏ，Ｃ０ＮＩＩ、　ＯＣＯ，Ｒ＋−Ｃ１ｈ
−、ＣＩ□−ＣＩ（−１Ｒ２＝ｌ＋、　−Ｃ＋＋＝Ｃ１
１２，ｌ：（ＣＩ−１３）＝ＣＨ２，−ＣＨ２Ｃ１（＝
ＣＨ２，１０≦ｎ≦２５を示す） ■　Ｈ＋　Ｃ１１２ｑ　（：＝　ｃ−ｃ　＝　Ｃ＋　Ｃ
Ｈ２）−Ｘ−Ｊ　　（ｎ　）（式中、Ｘ＝Ｃ０Ｏ，Ｃ０
ＮＨ，０ＣＯ１Ｒ２−Ｈ，−ＣＩ＝ＣＨａ。

−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２，−ＣＩ＋、（：１ｌ＝ｃＨ２
，０≦ｍ、ｎ、Ｉ口≦　ｍ＋ｎ　≦２５を示す） 本発明における単分子膜又は単分子累積膜の作成方法の
概要につき、一般に広く知られているクーン（Ｋｕｔｒ
ｓ）の研究グループが考案したラングミュア・プロジェ
ット法の成膜装置を使用する場合を例として説明する。

尚、本例ては単分子膜を展開する液体を水として説明を
行う。

まず、前述の分子を成膜分子とし、これをベンゼン、ク
ロロホルム等の揮発性溶媒に溶解する。

この溶液を入れた槽（トラフ）にスポイト等−１″：滴
下し、水相上に該成膜分子の単分子膜を展開する。次に
、単分子膜が水相上を自由に拡散して拡がりすぎないよ
うにするために設けられている浮子（または仕切板）を
動かし、単分子膜の展開面積を縮小して単分子膜が二次
元固体膜の状態になるまで、単分子膜に表面圧をかける
。この表面圧を維持しながら、基板を水面に垂直に且つ
これを横切るように静かに上下させることにより、単分
子膜を基板上に移し取る。単分子膜は以上で製造される
が、単分子累積膜は、前記の上下の操作を繰り返すこと
により所望の累積度の単分子累積膜が形成される。

以上、クーン（にｕｈｍ）の成膜装置によって単分子膜
又は単分子累積膜を作成する場合を示したが、本発明に
おける単分子膜又は単分子累積膜を作成するための装置
は上記例に限定されるものではなく、その他水平付着方
法や円筒回転法等のラングミュア・プロジェット法の原
理に基く成膜装置を広く使用することか可能である。

このようにして、基板上に形成される単分子膜又は単分
子累積膜は高密度で高度な秩序性を有しているので、好
適す方法、例えば紫外線あるいはＸ線等のエネルギーを
照射して単量体を重合することにより、薄く均質な高分
子物質の被膜を形成することができる。これらの高分子
物質の被膜は絶縁膜としても機能をもたせることが可能
で、通常１００Ａ　〜１−程度、好ましくは２００Ａ　
〜１００ＯＡの範囲の膜厚て形成される。

前述した液面上に展開された単分子膜を基板に移し取る
際に、外因子を与えることで、累積後の膜構成分子の配
列もしくは配向を高め、−軸性の配向軸方向の制御が可
能となる。外因子とは具体的には基板表面形状（凸凹）
である。

即ち、本発明では、溝を有する基板、詳しくは０．１μ
ｍ〜ｌＯ絡Ｉ、好ましくはｏ、を隔置〜１　ｇｔｍ程度
のピッチの溝（以下グループと称す）を有する基板を用
いることで、得られる単分子膜又は単分子累積膜の構成
分子の配列や配向性を著しく高め、−軸性配向処理を施
した配向制御膜１４ａと１４ｂを得ることができる。

本発明では、ガラス基板表面を公知のリソグラフィー技
術によりエツチングすることによりグループを形成する
ことができる。その後、該グループ上に　ＩＴＯ電極を
スパッタリングにより形成し、透明電極基板とする。

しかし、ガラス基板にまずＩＴＯ電極を形成した後、そ
の上に有機レジストや５ｉ０２等のグループを作成した
ものを透明電極基板として用いることもてきる。そして
該グループの形状としては２０Ａ〜２０００Ａ程度、好
ましくは１００Ａ〜１００ＯＡの溝の深さを有するエツ
ジの鋭いものが好ましい。

次に、本発明の液晶素子に用いられる一対の平行基板の
面に対して垂直な複数の層を形成している分子の配列を
もつ強誘電性液晶について説明する。

第２図は、らせん構造を用いた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、　Ｉｎ
２０ｚ　、　５ｎ０２やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ
　０ｘｉｄｅ）９の透明電極がコートされた基板（ガラ
ス板）であり、その間に複数の液晶分子層２２がガラス
基板面に対して垂直な層となるよう配向した５ｔａＣ”
　（カイラルスメクチックＣ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２コは、その分子に直交した方向に双極子モ
ーメント（Ｐ工）２４を有している。この時の五角錐の
頂角をなす角度がかかるらせん構造のカイラルスメクチ
ック相でのチルト角■を表わしている。基板２１ａと２
１ｂ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はすべて電界方向に向くよう、液晶分
子２３の配向方向を変えることができる。

しかし、このらせん構造を用いた強誘電性液晶は、電界
−無印加時には、もとのらせん構造に復帰するもので、
下達する双安定性を示さない。

本発明の好ましい具体例では、少なくとも２つの安定状
態、特に双安定状態をもつ第３図に示す強誘電性液晶素
子を用いることができる。すなわち、液晶セルの厚さを
充分に薄くした場合（例えばＩｇ）には、第３図に示す
ように電界を印加していない状態ても液晶分子のらせん
構造はほどけ、非らせん構造となり、その双極子モーメ
ントＰａ又はｐｂは上向き（３４ａ）又は下向き（：＋
４ｂ）のどちらかの状態をとり、双安定状態か形成され
る。このようなセルに第３図に示す如く一定の閾値以上
の極性の異なる電界ＥａまたはＥｂを付与すると、双極
子モーメント電界Ｅａ又はＥｂは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Ｂ　３３ａかあるいは
第２の安定状８３３ｂの何れか一方に配向する。この時
の第１と第２の安定状態のなす角度の１／２がチルト角
θに相当している。

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に液晶分子の配向か双安定性を有することであ
る。第２の点を１例えば第３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。又
、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留っている。このよう
な応答速度の速さと、双安定性によるメモリー効果が有
効に実現されるには、セルとしては出来るだけ薄い方か
好ましく、一般的には、Ｏ，Ｓ　ＪＬ〜２０鉢、特に１
ル〜５ｕＬ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４３６７
９２４号明細書で提案されている。

本発明の液晶素子で用いることができる強誘電性液晶と
しては１例えばＰ−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（ＤＯＢＡＭＢ（
：）　、　Ｐ−へキシロキシベンジリデン−ｐ′−アミ
ノ−２−クロルプロピルシンナメート（Ｈ（１８ＡｃＰ
ｃ）、Ｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２
−メチルブチル−α−シアノシンナメー）−（ＤＯＢＡ
ＭＢＣＣ）、ｐ−テトラデシロキシベンジリデン−ｐ′
−アミノ−２−メチルブチル−α−シアノシンナメー）
−（ＴＤＯＢＡＭＢＣＧ）　、　　Ｐ−才クチルオキシ
ベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルブチル−α−
クロロシンナメート（ＯＯＢＡＭＢＣＣ）、ｐ−オクチ
ルオキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルブチ
ル−α−メチルシンナメート、４．４′−アゾキシシン
ナミックアシッド−ビス（２−メチルブチル）エステル
、４−ｏ−（２−メチル）ブチルレゾシリダン−４′−
オクチルアニリン、４−（２’−メチルブチル）フェニ
ル−４′−オクチルオキシビフェニル−４−カルボキシ
レート、４−へキシルオキシフェニル−４−（２″−メ
チルブチル）ビフェニル−４′−カルボキシレート、４
−才クチルオキシフェニル−４−（２″−メチルブチル
）ビフェニル−４′−カルボキシレート、４−へブチル
フェニル−４−（４″−メチルヘキシル）ビフェニル−
４′−カルボキシレート、４−（２″−メチルブチル）
フェニル−４−（４″−メチルヘキシル）ビフェニル−
４′−カルボキシレートなどを挙げることかてき、これ
らは単独又は２種以上組合せて用いることかてき、又強
誘電性を示す範囲で他のコレステリック液晶やスメクチ
ック液晶を含有させることかできる。

又、本発明では強誘電性液晶としてカイラルスメクチッ
ク相を用いることができ、具体的には、カイラルスメク
チックＣ相（ＳｓＣ”）　、　Ｈ相（ＳｍＨ”）　、　
　Ｉ相（Ｓｓｌ″）、Ｋ相（ＳｍＫ”）やＧ相（ＳｍＧ
”）を用いることができる。

次に、本発明においては、上下配向制御膜の一軸性配向
軸は互いに平行又は交差させることができるが、本発明
では、第５図に示す様に一軸性配向軸を交差させること
が好ましい。すなわち。

第５図に示す様に、上基板と下基板に形成する一軸性配
向処理面では、無電界時にそれぞれの一軸性配向軸５１
と５２が第４図に示すねじれ配列の方向４４とは反対方
向５５の角度で交差している。この様な一軸性配向処理
面の存在下にカイラルスメクチック相を該相より高温側
の相よりの降温で配向させた時に、上下基板に隣接する
液晶分子の軸５３は互いに平行となる。このカイラルス
メクチック相では降温下で一軸性配向軸５１と５２の中
間の角度をもって配向したスメクチックＡ相（ＳｍＡ）
ての液晶分子の軸５４からチルト角θ（又は−〇）をも
って液晶分子か配向し、第１と第２の安定状８（チルト
角０のとき第１の安定状態、チルト角−θの時第２の安
定状態）を形成することができる。

この液晶素子では、直交ニコルの一方の偏光軸５６を第
１の安定状態における分子軸方向に対応する液晶分子の
軸５３と平行として、他方の偏光軸５７を偏光軸５６と
直交させた時に最大コントラストを得ることかできる。

本発明の好ましい具体例では、交流印加前処理により前
述したチルトθをらせん構造でのチルト０と等しいか、
あるいは同程度の角度まで増大させることができる。こ
の時のチルト角をθ′とする。この際に用いる交流とし
ては、電圧２０〜５００ボルト、好ましくは３０〜１５
０ボルトで周波数ｌＯ〜５００Ｈｚ　、好ましくはｌＯ
〜２００Ｈｚを用いることができ、その印加時間を数秒
〜１０分間分間下交流印加前処理を施すことができる。

又、かかる交流印加前処理は、液晶素子を例えば映像信
号や情報信号に応じて書込みを行う前の段階で行なわれ
、好ましくはかかる液晶素子を装置に組込み、かかる装
置を操作する時のウェイトタイムで前述の交流印加前処
理を行なうか、あるいはかかる液晶素子の製造時でも交
流印加前処理を施すことができる。

かかる交流印加前処理は、本発明者らが行なった実験、
すなわち第４図又は第５図に示す双安定状態をもつ強誘
電性液晶素子に交流電場を印加すると、印加前のチルト
角θがらせん構造でのチルト■と同程度にまて増大させ
たチルト角θ′とすることかてき、しかも第５図に示す
状態の場合ではかかる交流印加を除去した後てあっても
その増大されたチルト角θ′を維持することができる。

又、かかる交流印加前処理は、自発分極の大きい強誘電
性液晶（例えば２５℃で５　ｎｃ／ｃ１１”以上、好ま
しくは１０ｎｃ／ｃｍ２〜３００ｎｃ／ｃｍ”　；　ｎ
ｃはナノクーロンを示す単位である）に対して有効であ
る。この自発分極は１００　ｐセルて三角波印加法１に
より測定することかできる。

ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライドφフィジ
ックス　（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）　２２　（１０）号、
　６６１〜６５３頁（１９８３年）に掲載されたケー・
ミャサト（Ｋ、旧ｙａｓａｔｏ）らの共著の“ダイレッ
クト・メソッド・クイズ・ドライアングラ−・ウエーブ
ズ・フォー・メジャーリング・スボンタナス・ボーラリ
ゼーション・イン。

フェロエレクトリック・リキッド・クリスタル”（Ｄｉ
ｒｅｃｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ　Ｔｒｉａｎｇｕｌ
ａｒ　Ｗａｖｅｓｆｏｒ　　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　　５
ｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　
　１ｎＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃ
ｒｙｓｔａｌ”）による。

本発明では、前述した配向制ｍ膜１４ａと１４ｂのうち
、一方の配向制ｇ４膜の使用を省略することかできる。

又、本発明の別の具体例では、前述した配向制御膜１４
ａと１４ｂのうち、一方の配向制御膜を別の配向制御膜
とすることも可能である。この他の配向制御膜を形成す
る被膜としては、例えばポリビニルアルコール、ポリア
ミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエステルイミドなどの被膜を挙げることかできる。

又、他の配向制御膜としてＳｉＯやＳｉｎ、などの無機
物質を斜方蒸着によって形成したものも使用可能である
。

［実施例コ 以下、本発明を実施例及び比較例を示し、さらに具体例
を挙げて説明する。

実施例１ ２枚の０，７■厚のガラス板を用意し、それぞれ中性洗
剤でこすり洗いをし、１２０°Ｃで３０分間熱処理した
後、表面処理剤ＨＭＤＳ　　［東京チッソ■］をスピン
コード（２５ＱＯｒｐｍ、３０ｓｅｃ）　Ｌ／て、更に
　１５１１℃で１０分間加熱処理した。

このようにして表面処理を行ったガラス基板上に、ネガ
レジスト剤であるＲＤ−２０００Ｎ−１０［日立化成■
］を下記条件により塗布して、 第１回　（Ｉ　ＳＴ）　　４０００　ｒｐｍ　　　ｌ　
　ｓｅｃ第２回　（２ＮＤ）　　：１ＯＯＯｒｐｍ　　
４０５ｅｃ８０°Ｃて２０分間熱処理を行うことにより
、膜厚０．７ｇｍのレジスト膜を形成した。

このネガ型レジストをＤｅｅｐ　ＵＶ露光装置、　ＰＬ
Ａ−５０Ｏ５により　２．５カウントの間露光してマス
クパターンの潜像を形成した後、この潜像を専用現象液
を用いて、２３℃て８０秒間現像した。そして最後に、
純水洗浄、　乾燥し、そして６０秒ボストリススを行う
ことにより、ｌｐｓピッチ（Ｌ　Ｏ，Ｓｇｍ／Ｓ０．５
μ履）を有するグレーティングパターンをガラス基板表
面に形成した。

上記のようにして形成したレジストパターンをマスクと
して平行平板型ドライエッチ装置により下記条件で溝深
さ５００人のグループ（グレーティングパターン）をガ
ラス基板表面にエツチングした。

エツチングガス　　　　ＣＦ４ 流　　量　　　　　　　　　　　　１０　３ＣＣＭ圧　
　力　　　　　　　　　　　　　７　　Ｐａ投入電力　
　　　　　　１００　Ｗ エツチングレート　　　２ＳＯＡ　／ｍｉｎ本実施例で
はガラス基板表面のパターン形成はドライエツチング法
を用いたが、　ＳｉＯ２のＥＢＩ着等従来のリフトオフ
法も用いることも可能である。

このようにして作成したグループ付きのガラス表面上に
１００ＤＡの膜厚を有する　ＩＴＯ電極をリフトオフ法
により形成した。

次に、ω−トリコセン酸をクロロホルムに溶解（濃度Ｉ
ＩＩｇ／ＩＩ！りシた後、ＫＨＣＯ３でｐｆ１６．８に
調整されたＣｄＣｊ）、水溶液（濃度４　Ｘ　ｔｏ−’
ｍｏｌ／ｊ’、水温２０℃）上に展開した。

溶媒のクロロホルムを蒸発除去した後、表面圧を３０ｄ
ｙｎ／ｃｍまで高め単分子膜を形成した。表面圧を一定
に保ちながら、上記ＩＴＯ電極基板のグループ軸が水面
を垂直又は略垂直に横切るように上下速度２０１／分て
静かに上下して１０層に累積した。

このようにして重合性単分子累積膜を形成した基板をＸ
線リソグラフィー用のＸ線照射装置（Ｒｈ　　Ｌα線、
＆ｌ源−基板間距ｆｌｌＩ　：　１０ｃｍ、入射Ｘ線：
２０會Ｊ／ｃ１１２・ｗｉｎ）に入れ１分間露光して重
合処理を施した。この時の重合した単分子累積膜の膜厚
は約２５ＯＡであった。

それぞれの配向制御膜におけるグループ軸か互いに平行
となる様に２枚のガラス基板をセル組みした。

セル厚（上下基板の間隔）は下基板に予め形成しておい
たフォトレジストスペーサーで保持した。

この液晶セル（これを１．８ｇ、ｍセルという）に下達
の混合液晶を等吉相下て真空注入してから、等吉相から
０．５°Ｃ／ｈで３０℃まて徐冷することにより配向さ
せることがてきた。以後の実験は３０℃で行った。

混合液晶 （重量比） ＣＨ３ ＣＨ３ ＣＨ。

（ＳｍＣ’の温度範囲；３〜３５℃） 直交ニコル下てこのセルを観察すると、一様で欠陥のな
い非らせん構造のカイラルスメクチックＣ相を形成した
モノドメインか得られていた。

この液晶セルにパルス電界（２０Ｖ　、　５００ｇ５ｅ
ｃ　）を印加することにより、一方の安定状態に液晶分
子方向をそろえ、直交ニコル下で、液晶セルを回転させ
ながら透過光量が最も低くなる最暗状態となる位置を見
つけ、次に、前のパルスと逆極性のパルス電界（−２０
Ｖ　、　５００μｓｅｃ　）を印加することによって、
もう一方の安定分子配列状態に転移させて明状態とした
後、再び液晶セルを回転させて最暗状態となる角度を見
つけた。以上２つの最暗状態の位置は、液晶の安定な平
均的分子軸を検出していることに対応し、これら２つの
状態の間の角度がチルト角２θに相当している。

こうして前述の液晶セルのチルト角を測定したところ、
１４’″であった。すなわち、本例の液晶セルは、双安
定性カイラルスメクチック相で実現したメモリー状態下
て、そのチルト角が従来のものにはない大きなチルト角
を示していた。又、この液晶セルにおける最明状態での
透過光量を測定したところ、１３％であった。この時の
透過光量の測定は、フォトマルによって行なった。

次に、本発明者らは、前述の液晶セルにおける基板の法
線方向に対する液晶分子のねじれ配列角度とその方向を
測定した。この測定のために、前述の液晶セルで用いた
１、８ｇ＋＊のフォトレジストスペーサに代えて、３．
０ｐｍのアルミナビーズなスペーサとして用いたほかは
、全く同様の方法て液晶セル（３，０μｌセルという）
を作成した。

液晶分子のねじれ配列角度の測定は、直交ニコル下ての
最暗状態時の交差角から、一方の検光子を回転させて、
その交差角を変化させ、さらに暗い状７ｑとなる位置を
見つけ、直交時から一方の検光子を回転させた角度を測
定した。この角度は、前述のねじれ角δに相当している
。

従って、前述の３．０Ｉｉ、ｍセルに関して、観察者か
ら見て、時計まわりを正（＋）とし、反詩計まわりを負
（−）とすると、検光子を直交ニコルから負方向に４〜
５″回転し、次いて液晶セルを回転して暗状態を捜すこ
とができた。また、偏光子を直交ニコルから正方向に４
〜５°回転しても同様に暗状態か得られた。従って、こ
の素子での液晶分子は、正方向にねしれ配列を形成して
おり、上下基板の隣接面にある液晶分子の長袖が４〜５
°のねじれ角δをもってねじれていることか判った。

実施例２ 実施例１の１．８ｐｍセルて用いた平行なうピング軸に
代えて、負方向（−）に４５°及び２０°の角度て交差
したラビング軸を用いたほかは、実施例１と全く同様の
方法で液晶セルを作成した。

この液晶セルのチルト角を測定したところ、何れも１４
°であった。これら２つの液晶セルは、何れもＳｓＣ”
の高温側にＳｍＡが存在しているか、ＳｍＡの光軸は交
差したラビング軸のなす角度の二等分線上に存在してい
ることか判った。

次いで、上述した２種の液晶セルにそれぞれ電圧７０ボ
ルトで周波数７０Ｈｚの高電界交流を約５分間印加した
（交流印加前処理）。この時のチルト角θ′を測定した
。この結果を下記の表１に示す。

表　　　１ この２種の液晶セルについて、前述の３ｐｍセルの液晶
素子でのねじれ角δを測定した時の方法と同様の方法て
第４図に示すねじれ角δを測定したところ、交差角−４
５°と一２０°の交差ラビング軸を用いた液晶素子ては
、上下基板の法線に対する液晶分子のねじれ角δは観察
されず、上下基板に隣接する液晶分子軸は互いに平行で
あることが判った。しかも交差角−４５°と一２０°の
交差ラビング軸を用いた液晶素子では＋２０ボルトと一
２０ボルトの駆動用矩形パルスをｌ　ｍ５ｅｃで交互に
印加し続けても表１のチルト角θ′を維持することかで
きた。これは、実際に映像信号や情報信号に応じて、こ
の液晶素子に例えば特開昭５９−１９３４２６号公報や
特開昭５９−１９３４７号公報に記載された様な時分割
駆動法を適用した場合であっても、最大チルト角θ′を
維持することかてきる点に対応したものである。又、こ
の時の透過率を測定したところ、何れも約１７％であっ
た。

ねじれ角δをもつねじれ配列状態の方向は、基板とその
界面付近の液晶との相互作用により決まる。つまり、界
面付近の液晶分子の分極方向が基板に対して内向きか、
外向きかが、基板の性質により決められ、上下基板とも
同一の配向制ｇ４膜を用いた場合、基板間の液晶は強制
的にねじれ配列をもって配向させられる。

基板の法線に沿ったねじれ配列の方向と一軸性配向軸の
ずらし方向か同一方向の場合、基板の界面付近の分子は
各基板の配向軸方向に配列するため、ねじれ配列状態が
より安定化され、前述の交流印加前処理の後のチルト角
θ′の状態では準安定の配向状態となる。

前述の交流印加前処理の後のチルト角θ′の状態では界
面付近の分子の分極が、一方の基板では内向きで、他の
基板では外向きの配列をとる必要がある。

液晶のねじれ配列方向と反対方向に一軸性配向軸をずら
した場合、すなわち、ねじれ配夕呼方向と反対方向の角
度で一軸性配向軸を交差した場合、分子分極と界面との
相互作用による安定化エネルギーよりも、−軸配向性軸
による強制的なアシカリングによる安定化エネルギーの
方が大きく、従って安定なチルト角θ′をもつ状態が実
現てきる。

従って、透過率が高い強誘電性液晶素子を実現するため
には、ねじれ配列状態を解消し、しかも交流印加前処理
によって付加された理想的な配列状態を安定化する方向
に一軸性配向軸に互いにずらすことが必要である。その
方向とは、液晶と基板界面によって決められるねじれ角
δをもつ液晶のねじれ配列方向の反対方向である。

比較例１ 実施例１の１．８ｇｍセルを作成した時に用いた配向制
御膜として、３．３’、４．４’−ジフェニルテトラカ
ルボン酸無水物とＰ−フェニレンジアミンとをｌ：ｌの
モル比で脱水縮合反応させて得たポリアミック酸の３．
５重量％Ｎ−メチル−２−ピロリドン液による塗布膜を
脱水閉環させて形成したポリイミド膜にラビング処理し
たものに代えたこと、さらにグループの無い基板を使用
したほかは、全く同様の方法で液晶セルを作成した。

この液晶セルにおけるチルト角θと透過率を実施例１と
同様の方法で測定したところ、チルト角θは６°〜８゛
て、その時の透過率は３〜５％程度であった。すなわち
、本比較セルは、双安定性カイラルスメクチック相で実
現したメモリー状態下でのチルト角か小さく、又その透
過率は表示装置に適用するには全く不十分である。

比較例２ 実施例１の１．８ｇｍセルを作成した時に用いた配向制
御膜として、：ｌ、’］’　、４．４’−ジフェニルテ
トラカルボン酸無水物と４，４′〜ジアミノジフエニル
とをｌ＝１のモル比で脱水綜合反応させて得たポリアミ
ック酸の３．５重量％Ｎ−メチル−２−ピロリドン液に
よる塗布膜を脱水閉環させて形成したポリイミド膜にラ
ビング処理したものに代えたこと。

さらにグループの無い基板を使用したほかは、全く同様
の方法で液晶セルを作成した。

この液晶セルにおけるチルト角θと透過率を実施例１と
同様の方法で測定したところ、チルト角θは６°〜７°
で、その時の透過率は３〜４％程度であった。

比較例３ 実施例１の１．８ｇ＋ｓセルを作成した時に用いた配向
制御膜として、３．。３’　、４．４’−ジフェニルテ
トラカルボン醜無水物と４．４′−ジアミノターフェニ
ルとを１＝１のモル比で脱水縮合反応させて得たポリア
ミック酸の３．５重量％Ｎ−メチル−２−ピロリドン液
による塗布膜を脱水閉環させて形成したポリイミド膜に
ラビング処理したものに代えたこと、さらにグループの
無い基板を使用したほかは、全く同様の方法で液晶セル
を作成した。

この液晶セルにおけるチルト角θと透過率を実施例１と
同様の方法で測定したところ、チルト角θは５＠〜７°
で、その時の透過率は３〜４％程度てあった。

実施例３〜６ 実施例１の１．８μ曹セルで用いた配向制御膜を下記の
表２に挙げた被膜に代えて使用したほかは、実施例１と
全く同様の方法で液晶セルを作成してから、同様の方法
で液晶セルにおけるチルト角θと、その時の透過率を測
定した。その結果を表２に示す。

［発明の効果］ 本発明の液晶素子による配向制御によれば、強誘電性液
晶、特に非らせん構造によって得られる少なくとも２つ
の安定状態をもつ強誘電性液晶のモノドメインを得るこ
とができる点に第１の効果を有し、さらに強誘電性液晶
の非らせん構造によって発現する少なくとも２つの安定
状態下、特に双安定状態下、（すなわち、メモリー状態
下）でのチルト角θを増大させることかてきる点に第２
の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶素子の１つの実施態様を表わす断
面図、第２図はらせん構造の強誘電性液晶を用いた液晶
素子を模式的に表わす斜視図、第３図は非らせん構造の
強誘電性液晶を用いた液晶素子を模式的に表わす斜視図
、第４図は基板の一軸性配向軸と非らせん構造の強誘電
性液晶分子の軸との関係を表わす説明図、ｆＪＩＪ５図
は本発明の液晶素子で用いた一軸配向軸と液晶分子の軸
との関係を表わす説明図である。 １１ａ・・・上基板　　　　　１１ｂ・・・下基板１２
ａ、１２ｂ・・・透明電極　　１３・・・強誘電性液晶
１４ａ、１４ｂ・・・配向制御膜　２１・・・基板２２
・・・液晶分子Ｍ　　　　　２３・・・液晶分子２４・
・・双極子モーメント　３３ａ・・・第１の安定状態３
３ｂ・・・第２の安定状態 ３４ａ・・・上向き双極子モーメント ３４ｂ・・・下向き双極子モーメント ■・・・らせん構造でのチルト角 θ・・・非らせん構造でのチルト角 Ｅａ、Ｅｂ・・・電界

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の平行基板と、該一対の平行基板の面に対し
   て垂直又は略垂直な複数の層を形成している分子の配列
   をもつ強誘電性液晶とを有する液晶素子において、前記
   一対の平行基板のうち少なくとも一方の基板が前記複数
   の層を一方向に優先して配向させる高分子物質の被膜を
   有し、特に該高分子物質の被膜が同一分子内に親水性部
   分と疎水性部分を併有して単分子膜又は単分子累積膜と
   して成膜された単量体を重合して得られる高分子物質に
   より形成され、さらに前記基板表面に前記単分子膜又は
   単分子累積膜を一方向に優先して配向させるための溝を
   有することを特徴とする液晶素子。
2. （２）前記強誘電性液晶が少なくとも２つの安定状態を
   もつ液晶である特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
3. （３）前記強誘電性液晶が双安定性をもつ液晶である特
   許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
4. （４）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶で
   ある特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
5. （５）前記強誘電性液晶が非らせん構造のカイラルスメ
   クチック液晶である特許請求の範囲第１項記載の液晶素
   子。