JPS6345571B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶表示素子や液晶―光シヤツタア
レイ等のカイラルスメクテイツク液晶素子を作成
する際に用いるカイラルスメクテイツク液晶の配
向制御方法に関するものである。

従来より、走査電極群と信号電極群をマトリク
ス状に構成し、その電極間に液晶化合物を充填し
多数の画素を形成して、画像或いは情報の表示を
行う液晶表示素子は、よく知られている。この表
示素子の駆動法としては、走査電極群に順次周期
的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群には
所定の情報信号をアドレス信号と同期させて並列
的に選択印加する時分割駆動が採用されている
が、この表示素子及びその駆動法には以下に述べ
る如き致命的とも言える大きな欠点がある。

即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくす
るのが難しいことである。従来の液晶の中で応答
速度が比較的高く、しかも消費電力が小さいこと
から、表示素子として実用に供されてるのは殆ん
どが、例えばM.SchadtとW.Helfrich著
“Applied Physics Letters”Vo.18、No.４（1971、
２、15）、P.127〜128の“Voltage―．
Dependent Optical Activity of ａ Twisted
Nematic Liquid Crystal”に示されたTN
（twisted nematic）型の液晶を用いたものであ
り、この型の液晶は、無電界状態で正の誘電異方
性をもつネマチツク液晶の分子が液晶層厚方向で
捩れた構造（ヘリカル構造）を形成し、両電極面
でこの液晶の分子が平行に配列した構造を形成し
ている。一方、電界印加状態では、正の誘電異方
性をもつネマチツク液晶が電界方向に配列し、こ
の結果光学変調を起すことができる。この型の液
晶を用いてマトリクス電極構造によつて表示素子
を構成した場合、走査電極と信号電極が共に選択
される領域（選択点）には、液晶分子を電極面に
垂直に配列させるに要する閾値以上の電圧が印加
され、走査電極と信号電極が共に選択されない領
域（非選択点）には電圧は印加されず、したがつ
て液晶分子は電極面に対して並行な安定配列を保
つている。このような液晶セルの上下に互いにク
ロスニコル関係にある直線偏光子を配置すること
により、選択点では光が透過せず、非選択点では
光が透過するため、画像素子とすることが可能と
なる。然し乍ら、マトリクス電極構造を構成した
場合には、走査電極が選択され、信号電極が選択
されない領域、或いは走査電極が選択されず、信
号電極が選択される領域（所謂“半選択点”）に
も有限に電界がかかつてしまう。選択点にかかる
電圧と、半選択点にかかる電圧の差が充分に大き
く、液晶分子を電界に垂直に配列させるのに要す
る電圧閾値がこの中間の電圧値に設定されるなら
ば、表示素子は正常に動作するわけであるが、走
査線数（Ｎ）を増やして行つた場合、画面全体
（１フレーム）を走査する間に一つの選択点に有
効な電界がかかつている時間（duty比）が１／
Ｎの割合で減少してしまう。このために、くり返
し走査を行つた場合の選択点と非選択点にかかる
実効値としての電圧差は、走査線数が増えれば増
える程小さくなり、結果的には画像コントラスト
の低下やクロストークが避け難い欠点となつてい
る。このような現象は、双安定性を有さない液晶
（電極面に対し、液晶分子が水平に配向している
のが安定状態であり、電界が有効に印加されてい
る間のみに垂直に配向する）を時間的蓄積効果を
利用して駆動する（即ち、繰り返し走査する）と
きに生ずる本質的には避け難い問題点である。こ
の点を改良するために、電圧平均化法、２周波駆
動法や、多重マトリクス法等が既に提案されてい
るが、いずれの方法でも不充分であり、表示素子
の大画面化や高密度化は、走査線数が充分に増や
せないことによつて頭打ちになつているのが現状
である。

一方、プリンタ分野を眺めて見るに、電気信号
を入力としてハードコピーを得る手段として、画
素密度の点からもスピードの点からも電気画像信
号を光の形で電子写真感光体に与えるレーザービ
ームプリンタ（LBP）が現在最も優れている。
ところがLBPには、 １ プリンタとしての装置が大型になる； ２ ポリゴンスキヤナの様な高速の駆動部分があ
り騒音が発生し、また厳しい機械的精度が要求
される；など の欠点がある。この様な欠点を解消すべく電気信
号を光信号に変換する素子として、液晶シヤツタ
ーアレイが提案されている。ところが、液晶シヤ
ツタアレイを用いて画素信号を与える場合、たと
えば210mmの長さの中に画素信号を16dot／mmの割
合で書き込むためには、3000個以上の信号発生部
を有していなければならず、それぞれに独立した
信号を与えるためには、元来それぞれの信号発生
部全てに信号を送るリード線を配線しなければな
らず、製作上困難であつた。

そのため、1LINE（ライン）分の画素信号を数
行に分割された信号発生部により、時分割して与
える試みがなされている。この様にすれば、信号
を与える電極を、複数の信号発生部に対して共通
にすることができ、実質配線を大幅に軽減するこ
とができるからである。ところが、この場合通常
行われているように双安定性を有さない液晶を用
いて行数（Ｎ）を増して行くと、信号ONの時間
が実質的に１／Ｎとなり感光体上で得られる光量
が減少してしまつたり、クロストークの問題が生
ずるという難点がある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善する
ものとして、双安定性を有する液晶素子の使用
が、ClarkおよびLagerwallにより提案されてい
る（特開昭56−107216号公報、米国特許第
4367924号明細書等）。双安定性を有する液晶とし
ては、一般に、カイラルスメクテイツクＣ相
（SmC^*）又はＨ相（SmH^*）を有する強誘電性
液晶が用いられる。この液晶は電界に対して第１
の光学的安定状態と第２の光学的安定状態からな
る双安定状態を有し、従つて前述のTN型の液晶
で用いられた光学変調素子とは異なり、例えば一
方の電界ベクトルに対して第１の光学的安定状態
に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対しては
第２の光学的安定状態に液晶が配向される。また
この型の液晶は、加えられる電界に応答して、極
めて速やかに上記２つの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
する性質を有する。このような性質を利用するこ
とにより、上述した従来のTN型素子の問題点の
多くに対して、かなり本質的な改善が得られる。
この点は、本発明と関連して、以下に、更に詳細
に説明する。しかしながら、この双安定性を有す
る液晶を用いる光学変調素子が所定の駆動特性を
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
SmC^*またはSmH^*相を有する強誘電性液晶につ
いては、SmC^*またはSmH^*相を有する液晶分子
層が基板面に対して垂直で、したがつて液晶分子
軸が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。しかしながら、
従来の双安定性を有する液晶を用いる光学変調素
子においては、このようなモノドメイン構造を有
する液晶の配向状態が、必ずしも満足に形成され
なかつたために、充分な特性が得られなかつたの
が実情である。

たとえば、このような配向状態を与えるため
に、磁界を印加する方法、せん断力を印加する方
法、などが提案されている。しかしながら、これ
らは、いずれも必ずしも満足すべき結果を与える
ものではなかつた。たとえば、磁界を印加する方
法は、大規模な装置を要求するとともに作動特性
の良好な薄層セルとは両立しがたいという難点が
あり、また、せん断力を印加する方法は、セルを
作成後に液晶を注入する方法と両立しないという
難点がある。

ところで、前述の如きTN型の液晶を用いた素
子では、液晶分子のモノドメインを基板面に平行
な状態で形成する方法として例えば基板面を布の
如きもので摺擦する（ラビング）方法やSiOを斜
め蒸着する方法等が用いられている。例えばラビ
ングを施された基板面に接する液晶に対しては方
向性が付与され、液晶分子はその方向に従つて優
先して配列するのが最もエネルギーの低い（即ち
安定な）状態となる。この様なラビング処理面に
は、液晶分子を一方向に優先して配列させる効果
が付与されている。この配向効果が付与された平
面をもつ構造体は、例えば、W.HelfrichとM.
Schadtのカナダ特許1010136号公報等に示されて
いる。このラビング法により配向効果を形成する
方法のほかに、基板の上にSiOやSiO₂を斜め蒸着
して形成した平面をもつ構造体を用い、このSiO
又はSiO₂の一軸的異方性を有する平面が液晶分
子を一方向に優先して配向させる効果を有してい
る。

このように、液晶素子を作成する上で、ラビン
グ法や斜め蒸着法による配向制御法は、好ましい
方法の１つであるが、双安定性を有する液晶に対
して、これらの方法により配向制御を施こすと、
液晶を一方向のみに優先して配向させる壁効果を
有する平面が形成され、それが、電界に対する双
安定性、高速応答性やモノドメイン形成性を阻害
する欠点がある。

本発明の主要な目的は、上述した事情に鑑み、
高速応答性、高密度画素と大面積を有する表示素
子、あるいは高速度のシヤツタスピードを有する
光学シヤツター等として潜在的な適性を有する双
安定性を有する液晶を使用する光学変調素子にお
いて、従来問題であつたモノドメイン形成性ない
しは初期配向性を改善することにより、その特性
を充分に発揮させ得るカイラルスメクテイツク液
晶の配向制御方法を提供することにある。

本発明者らは上述の目的で更に研究した結果、
とくに液晶材料が別の相（例えば等方相等の高温
状態）より一軸性異方相（例えばSmA（スメクテ
イツクＡ）等の低温状態）へ移行する降温過程に
於ける配向性に着目したところ、別の相（高温
相）より、一軸性異方相へ相転移する場合、別の
相領域と上記一軸性異方相領域との空間的相界面
に於て、新たに相転移して生成する一軸性異方相
の分子軸は、既に形成されていた一軸性異方相の
液晶分子配向方向と平行に配向し、しかも、上記
一軸性異方相領域の生長する方向と、液晶分子の
配向方向を直交関係とする場合、極めて安定にモ
ノドメイン一軸異方相が生長することが判明し
た。さらに、本発明者らは水平配向性を有する側
壁面を有する構造体を核発生部材（一軸異方相の
液晶核の発生を促す部材を意味する）として配設
することにより、最初の一軸性異方相の核を液晶
分子が核発生部材と平行に配向したモノドメイン
の一軸異方相として形成することが可能となり、
この結果液晶の双安定性に基づく素子の作動特性
と液晶層のモノドメイン性も両立し得る構造の液
晶素子が得られることを見い出した。

本発明は前述の知見に基づくものであり、すな
わち本発明による液晶の配向制御法は、前述の知
見に基づいてなしたもので、一対の基板間で一方
向に配列した液晶の一軸異方相と該相より高温側
の別の相との相界面を形成し、前記相界面付近の
別の相を降温下で前記一軸異方相の液晶配列方向
と平行方向に配列した液晶の一軸異方相に相変さ
せ、該相変化を前記相界面からその垂直方向に向
けて連続的に生じさせることにより、一方向に配
列した液晶のモノドメインを形成する液晶の配向
制御法に特徴を有している。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明
を更に詳細に説明する。

本発明で用いる液晶材料としては、とくに適し
たものは、双安定性を有する液晶であつて強誘電
性を有するものであつて、具体的にはカイラルス
メクテイツクＣ相（SmC^*）又はＨ相（SmH^*）
を有する液晶を用いることができる。

強誘電性液晶の詳細については、たとえばLE
JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS”36
（Ｌ―69）1975、「Ferroelecric Liquid
Crystals」；“Applied Physics Letters”36（Ｌ
―69）1975、「Ferroelectric Liquid Crystals」；
“Applied Physics Letters”36（11）1980、
「Submicro Second Bistable Electrooptic
Switching in Liquid Crystals」；“固体物理”16
（141）1981「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。

強誘電性液晶化合物の具体例としては、デシロ
キシベンジリデン―p′―アミノ―２―メチルプチ
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）、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（MBRA8）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^*相又はSmH^*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ツク等により支持するこ
とができる。

第１図は、強誘電性液晶の動作説明のために、
セルの例を模式的に描いたものである。１１と、
１１′は、In₂O₃、SnO₂あるいはITO（Indium―
Tin Oxide）等の薄膜からなる透明電極で被覆さ
れた基板（ガラス板）であり、その間に液晶分子
層１２がガラス面に垂直になるよう配向した
SmC^*相又はSmH^*相の液晶が封入されている。
太線で示した線１３が液晶分子を表わしており、
この液晶分子１３はその分子に直交した方向に双
極子モーメント（Ｐ⊥）１４を有している。基板
１１と１１′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のらせん構造がほど
け、双極子モーメント（Ｐ⊥）１４がすべて電界
方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向を変え
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、従つて例えばガラス面の上下に互い
にクロスニコルの偏光子を置けば、電圧印加極性
によつ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。

本発明の液晶素子で好ましく用いられる液晶セ
ルは、その厚さを充分に薄く（例えば10μ以下）
することができる。このように液晶層が薄くなる
にしたがい、第２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がほどけ、
非らせん構造となり、その双極子モーメントＰま
たはP′は上向き２４又は下向き２４′のどちらか
の状態をとる。このようなセルに、第２図に示す
如く一定の閾値以上の極性の異る電界Ｅ又はE′を
電圧印加手段２１と２１′により付与すると、双
極子モーメントは、電界Ｅ又はE′の電界ベクトル
に対応して上向き２４又は下向き２４′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かあるいは第２の安定状態２３′の何れか１
方に配向する。

このような強誘電性を液晶素子として用いるこ
との利点は、先にも述べたが２つある。その第１
は、応答速度が極めて速いことであり、第２は液
晶分子の配向が双安定性を有することである。第
２の点を、例えば第２図によつて更に説明する
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つても
安定である。又、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２３′に配向してその
分子の向きを変えるが、やはり電界を切つてもこ
の状態に留つている。又、与える電界Ｅが一定の
閾値を越えない限り、それぞれの配向状態にやは
り維持されている。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い。

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成す
るに当たつて最も問題となるのは、先にも述べた
ように、SmC^*相又はSmH^*を有する層が基板面
に対して垂直に配列し且つ液晶分子が基板面に略
平行に配向した、モノドメイン性の高いセルを形
成することが困難なことであり、この点に解決を
与えることが本発明の主要な目的である。

第３図Ａは、本発明の液晶配向制御法によつて
得た液晶素子の一実施例に関する部分的な平面図
であり、第３図Ｂは、そのＡ―A′断面図である。
いずれもセル構造をわかり易くするため、正確な
縮尺度の図とはなつていない。本例では、プリン
タ用シヤツターアレーの構成例が示されている。
第３図で示す液晶セル１００は、ガラス板又はプ
ラスチツク板などからなる一対の基板１０１と、
１０１′をスペーサ（図示せず）で所定の間隔に
保持され、この一対の基板を接着剤１０６で接着
したセル構造を有しており、さらに基板１０１の
上には複数の透明電極１０２からなる電極群（例
えば、マトリクス電極構造のうち走査電圧印加用
電極群）が例えば帯状パターンなどの所定パター
ンで形成されている。基板１０１′の上には前述
の透明電極１０２と交差させた複数の透明電極１
０２′からなる電極群（例えば、マトリクス電極
構造のうちの信号電圧印加用電極群）が例えば図
示する如くリード１０７′でチドリ状に接続され
たセグメントパターンで形成されている。透明電
極１０２はリード１０７と、透明電極１０２′は
リード１０７″にそれぞれ接続されて、外部回路
からの信号がそれぞれのリード１０７と１０７″
の端子に入力される。

この様な基板１０１と１０１′には、例えば、
一酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム、ジ
ルコニア、フツ化マグネシウム、酸化セリウム、
フツ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化
物、ホウ素窒化物、ポリビニルアルコール、ポリ
イミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミ
ド、ポリパラキシレリン、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビ
ニル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹
脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂やアクリル樹脂な
どを用いて被膜形成した絶縁膜（図示せず）を設
けることができる。この絶縁膜は、液晶層１０３
に微量に含有される不純物等のために生ずる電流
の発生を防止できる利点をも有しており、従つて
動作を繰り返し行なつても液晶化合物を劣化させ
ることがない。

この具体例におけるセル構造は、前述した様な
所定温度で強誘電性を示す液晶層１０３と核発生
部材１０４およびヒータなどの発熱体１０５を備
えている。

核発生部材１０４は、例えばポリビニルアルコ
ール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエス
テルイミド、ポリパラキシレリン、ポリエステ
ル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、
ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、
ユリア樹脂やアクリル樹脂などの樹脂類又は
SiO、SiO₂又はTiO₂などの無機化合物などによ
つて被膜形成した後、通常のフオトリソグラフイ
法により帯状の形状で形成される。又、この核発
生部材１０４は基板１０１又は１０１′と同一の
材料で形成することも可能である。

又、発熱体１０５としては例えば酸化インジウ
ム、酸化錫やITO（Indium Tin Oxide）などの
薄膜抵抗体を用いることが適している。

この様な液晶セル１００は、基板１０１と１０
１′の両側にはクロスニコル状態又はパラレルニ
コル状態とした偏光子１０８と１０８′がそれぞ
れ配置されて、電極１０２と１０２′の間に電圧
を印加した時に光学変調を生じることになる。

第３図に示す液晶セル１００についての更に具
体的な例を示すと、例えば透明電極１０２は幅を
62.5μmとした帯状の走査電極群とし、一方透明
電極１０２′は一画素を形成し、26.5μm×62.5μm
の信号電極群とすることができる。又、発熱体１
０５は平均幅0.6mm、膜厚1000ÅのITO薄膜とし、
液晶層１０３は約2μm厚程度で保持されているこ
とが好ましい。

この様な液晶セル１００は、加熱ケース（図示
せず）に収容し、上下に互いに直交する偏光子１
０８と１０８′を配置して、これを電子写真プリ
ンタ用液晶シヤツターアレーとして動作させるこ
とができる。この場合、第３図Ａの矢印Ｂが電子
写真感光ドラムの回転方向となる。

核発生部材１０４は、例えば基板１０１の上に
ポリイミド形成溶液（日立化成工業(株)製の
「PIQ」；不揮発分濃度14.5wt％）を3000rpmで回
転するスピナー塗布機で10秒間塗布し、120℃で
30分間加熱を行なつて2μの被膜を形成した。次
いで、ポジ型レジスト溶液（Shipley社製の
“AZ1350”）をスピナー塗布し、プリベークした。
このレジスト層上にマスク幅0.5mmの帯状マスク
を用いて露光した。次いでテトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイド含有の現像液“MF312”
で現像することにより、露光部分のレジスト膜と
その下層のポリイミド膜のエツチングを行ないス
ルーホールを形成させ、水洗、乾燥を行なつた
後、メチルエチルケトンを用いて末露光部のレジ
スト膜を除去した。しかる後、200℃で60分間、
350℃で30分間の加熱により硬化を行ない、PIQ
（ポリイミド）の核発生部材を形成することがで
きる。

以下、所定温度で強誘電特性を示す液晶材料
DOBAMBCの場合を例にとつて、液晶層１０３
の配向制御法について第３図を用いて具体的に説
明する。

まず、DOBAMBCが封入されている液晶セル
１００は、セル全体が均一に加熱されるような加
熱ケース（図示されていない）内にセツトされ
る。次に、セルの平均的温度が例えば90℃となる
よう加熱ケースの温度をコントロールする。この
ときDOBAMBCは、液晶相として、SmC^*相も
しくは、SmA相状態となつている。ここで、発
熱体（ヒータ）１０５に電流を流し、次第に電流
値を上げて行くと、まず発熱体１０５のごく近傍
のみがSmA→等方相の転移温度である約118℃を
越え、等方相即ち、液相状態に相転移を生じる。
さらに、電流を増大させて行くと、等方相領域が
発熱体１０５とほぼ平行状態を保ち乍ら拡がつて
行き、やがて全液晶層１０３が等方相となる。

この状態では、液晶セル１００の長手方向（第
３図ＡのＣ方向）での温度が均一であり、短手方
向（第３図ＡのＢ方向）で、核発生部材１０４か
ら発熱体１０５の方向へ次第に温度が高くなるよ
うな温度勾配が形成されている。例えば、核発生
部材１０４の側壁面１０４′の近傍を例えば約120
℃とし、それより約1.5mm離れた発熱体１０５の
近傍を例えば約140℃とすることによつて温度勾
配を形成する。

次に、セル１００に前述の温度勾配を付与した
状態でセル１００がセツトされているケースの温
度を90℃より、例えば10℃／ｈの割合で徐々に温
度を下げるようコントロールすると、第３図Ｂに
於て、まず核発生部材１０４の側壁面１０４′の
近傍における温度が等方相→SmA相転移温度
（約116℃）より低くなり、この領域において
SmA相の核が形成される。このとき、核発生部
材１０４の側壁面１０４′及び基板１０１の面１
０９は何れも液晶分子を水平方向に配向させる効
果を有しているため、側壁面１０４′の近傍で
SmA相が形成されるとき、液晶分子軸が基板１
０１の面１０９内で、かつ側壁面１０４′の長手
方向に平行な配列を生ずるような強制力を受け、
従つて形成されたSmA相の核は、側壁面１０
４′と基板１０１の面１０９に対して水平方向配
向したモノドメインとなつている。さらにケース
の温度を下げて行くと、既に形成されている
SmAと等方相との相界面付近における等方相が
その相界面付近のSmAの配列方向と平行方向に
なる様なSmAに相転移を生じ、この結果温度勾
配下で降温を続けると、SmA相のモノドメイン
領域が連続的に広がつて行く。このとき、SmA
相のモノドメイン領域と等方相領域との相界面の
成長速度は、液晶セル１００の長手方向（第３図
Ａの矢印Ｃ方向）に亘つて同一速度になつている
ことが望ましい。ケースの温度が例えば70℃程度
となると、発熱体１０５の近傍を除いては、液晶
は、ほぼ全域がSmA相に相転移する。

次いで、発熱体１０５に流している電流を徐々
に下げて、温度勾配を解除すると、液晶セル１０
０の温度は、全体が均一に70℃となり、液晶は
SmC^*相に相転移する。このとき、発熱体１０５
の近傍における液晶の分子配列がランダム状態と
なることがあるが、電極１０２と１０２′が形成
されている領域に於ては、均一なモノドメインと
なつている。

以上述べた液晶の配向方向に於ては、重要な点
は、第３図ＡにおけるＢ方向にはできるだけ大き
な温度勾配を与えることが望ましいが、Ｃ方向に
関しては、温度が均一となつていることである。
この点を第４図Ａ〜Ｄを用いて説明する。すなわ
ち、第４図Ａは、発熱体１０５を帯状形状にして
素子を形成し、この素子に前述の如き方法で
SmA相を形成する時の徐冷による降温過程での
SmA相領域の成長過程を模式的に示している。

図中、２０１はSmA相領域２０２と等方相領
域２０３の相界面を表わしている。発熱体１０５
が図示する如く均一幅の直線的形状の時には、ケ
ース（図示せず）に液晶セル１００がセツトされ
ていると、ケースに特別の工夫がない限り、液晶
セル１００の長手方向においてその中央部Ｄに較
べ端部Ｅの方で温度が低くなるために、相界面２
０１は中央部Ｄの付近では核発生部材１０４の側
壁面１０４′にほぼ平行に成長するが、その端部
Ｅでは図示する如く傾きをもつて成長することに
なる。第４図Ａで示す端部Ｅの領域と中央部Ｄの
領域における液晶分子の配列状態をそれぞれ第４
図Ｂと第４図Ｃ模式的に示す。

第４図Ｂに示す如く、端部Ｅの領域における
SmA相２０２は、液晶分子長軸方向２０２′を示
している。同図よりわかるように、側壁面１０
４′と相界面２０１が平行状態より大きく傾いて
いる場合（傾き角θ₁とする）には、液晶分子２０
２′の配向方向は側壁面１０４′と平行とはなら
ず、角度θ₂だけ傾いてしまう（θ₂≒θ₁）。これは、
相界面２０１の近傍において、SmA相が成長し
ていくとき、液晶分子２０２は、SmA相の成長
方向と垂直な方向に配向する傾向があるためと推
測される。さらに、相界面２０１の傾き角θ₁が急
激に変化する領域では、液晶分子が整合すること
が出きず、配向方向の大きく異る別のドメインに
別かれ、２０４に示すような欠陥ラインが出現す
る。一方、第４図Ｃに示すように、中央部Ｄの領
域におけるSmA相２０２は、側壁面１０４′と相
界面２０１が略平行方向の液晶分子軸方向２０
２′となり、液晶分子はやはり平行で均一なモノ
ドメインのSmA相２０２が形成される。

第４図Ｄは、以上の点に鑑みて改良された発熱
体１０５の形状を示すものである。図に示すよう
に発熱体１０５の端部に於てヒータパターンの幅
を狭くすることにより、その端部に於ける発熱体
の抵抗値を上げ、その端部での発熱量を上げるこ
とによつて、配向セル１００における長手方向で
の温度を均一化することができる。このため、
SmA相２０２と等方相２０３との相界面２０１
は側壁面２０１と平行となり、全体として均一な
モノドメインが得られる。

さて、以上述べた工程によつて配向は完成され
るわけであるが、モノドメインが一見均一に完全
されているようでも、実際には電極１０２―１０
２′間に電圧を印加して、液晶光学変調素子とし
てのスイツチング特性を調べてみると、光学的コ
ントラストや応答速度の領域による不均一性が生
ずる場合がある。このような現象は、配向時に設
定された温度勾配による構造的なひずみによるも
のと思われる。これに対しては、配向工程終了
後、一担ケースの温度を上昇させ、液晶をSmC^*
相よりSmA相に一担相転移させ、その後再び
SmC^*状態へとケースの温度を徐々に下げて行く
ことにより、構造緩和によつて前述の如きひずみ
が解消される効果がある。

第５図は、本発明に基づく別の実施例を示した
ものであり、基板１０１の裏側に発熱体１０５′
を別途設けている。発熱体１０５′は液晶セル１
００全体を加熱するものであつて、たとえば、液
晶光学変調素子として実際に使用した場合、何ら
かのトラブルで液晶の配向に乱れが生じた場合
に、発熱体１０５と共用することにより、所定の
工程を踏んで再配向させることが可能である。こ
の発熱体１０５′は、基板１０１′の裏側にも設け
ることが勿論可能である。すなわち、前述の如き
方法で形成されたSmC^*相を一担発熱体１０５′
を加熱して液晶セル１００全体をSmA相に相転
移し、その後SmC^*相まで徐冷させて再び均一な
モノドメインを形成することができる。

第６図に示す液晶セル１００は、前述の発熱体
１０５のかわりに基板１０１′の外側にITOやNi
―Cr合金薄膜で形成した発熱体１１０を設けた
具体例を表わしている。この発熱体１１０の形状
としては、前述の第４図Ｄに示す形状のものとす
ることが好ましい。

本発明の液晶素子を形成するにあたり、液晶層
の厚さを所定の値に制御するために、スペーサを
用いることができる。第７図は、そのようなスペ
ーサ構造を有する本発明液晶素子の構成例が示さ
れている。すなわち、第７図に示す液晶素子は、
透明導電パターンを有する電極１０２を有する基
板１０１と、この基板１０１と対向させて配置さ
せた基板１０１′の間にスペーサ部材１１３が形
成され、これにより基板１０１と１０１′の間に
配置される液晶１０３の膜厚の均一性を安定なも
のとすることができる。スペーサ部材１１３は、
電気絶縁性物質を何れか一方の基板の上に所定の
膜厚で塗布した後、フオトリソグラフイ技術によ
つて図示する如くの形状で形成することによつて
得られる。

この液晶素子を作成するに当つて、前述の如き
方法で発熱体１０５を加熱することによつて温度
勾配が付与されているDOBMBCの等方相として
から、かかる温度勾配を保持した状態で降温させ
ると、核発生部材１０４の側壁面１０４′から
SmA相のモノドメインがスペーサ１１３の側壁
面１１３′に向けて成長し、さらに該スペーサ１
１３のもう一方の側壁面１１３″が前述の側壁面
１０４′と同様に液晶の核発生効果をもつことが
でき、従つてこの側壁面１１３″から同様にSmA
のモノドメインが成長する。このスペーサ１１３
は、前述の核発生部材１０４と同一の物質を用い
てフオトリソ工程中で同時に帯状形状をもつて複
数個で作成することができる。

第８図〜第１０図は、本発明の液晶素子の駆動
例を示している。

第８図は、中間に強誘電性液晶化合物が挟まれ
たマトリクス電極構造を有するセル４１の模式図
である。４２は走査電極群であり、４３は信号電
極群である。第９図ａとｂは、それぞれ選択され
た走査電極４２（ｓ）に与えられる電気信号とそ
れ以外の走査電極（選択されない走査電極）４２
（ｎ）に与えられる電気信号を示し、第９図ｃと
ｄはそれぞれ選択された信号電極４３（ｓ）に与
えられる電気信号と選択されない信号電極４３
（ｎ）に与えられる電気信号を表わす。第９図ａ
〜ｄにおいては、それぞれ横軸が時間を、縦軸が
電圧を表わす。例えば、動画を表示すような場合
には、走査電極群４２は遂次、周期的に選択され
る。今、双安定性を有する液晶セルの第１の安定
状態を与えるため閾値電圧をVth₁とし、第２の
安定状態を与えるための閾値電圧を−Vth₂とす
ると、選択された走査電極４２（ｓ）に与えられ
る電気信号は、第９図ａに示される如く、位相
（時間）t₁ではＶを、位相（時間）t₂では−Ｖと
なるような交番する電圧である。又、それ以外の
走査電極４２（ｎ）は、第９図ｂに示す如くアー
ス状態となつており、電気信号Ｏである。一方、
選択された信号電極４３（ｓ）に与えられる電気
信号は第９図ｃに示される如くＶであり、又選択
されない信号電極４３（ｎ）に与えられる電気信
号は第９図ｄに示される如く−Ｖである。以上に
於て、電圧Ｖは Ｖ＜Vth₁＜2Vと−Ｖ＞−Vth₂＞−2V を満足する所望の値に設定される。このような電
気信号が与えられたときの各画素に印加される電
圧波形を第１０図に示す。第１０図ａ〜ｄは、そ
れぞれ第８図中の画素Ａ，Ｂ，ＣおよびＤと対応
している。すなわち第１０図より明らかな如く、
選択された走査線上にある画素Ａでは、位相t₂に
於て閾値Vth₁を越える電圧2Vが印加される。又
同一走査線上に存在する画素Ｂでは位相t₁で閾値
−Vth₂を越える電圧−2Vが印加される。従つて、
選択された走査電極線上に於て信号電極が選択さ
れたか否かに応じて、選択された場合には液晶分
子は第１の安定状態に配向を揃え、選択されない
場合には第２の安定状態に配向を揃える。いずれ
にしても各画素の前歴には、関係することはな
い。

一方、画素ＣとＤに示される如く、選択されな
い走査線上では、すべての画素ＣとＤに印加され
る電圧は＋Ｖ又は−Ｖであつて、いずれも閾値電
圧を越えない。従つて、各画素ＣとＤにおける液
晶分子は、配向状態を変えることなく前回走査さ
れたときの信号状態に対応した配向を、そのまま
保持している。即ち、走査電極が選択されたとき
にその一ライン分の信号の書き込みが行われ、一
フレームが終了して次回選択されるまでの間は、
その信号状態を保持し得るわけである。従つて、
走査電極数が増えても、実質的なデユーテイ比は
かわらず、コントラストの低下とクロストーク等
は全く生じない。この際、電圧値Ｖの値及び位相
（t₁＋t₂）＝Ｔの値としては、用いられる液晶材料
やセルの厚さにも依存するが、通常３ボルト〜70
ボルトで0.1μsec〜2msecの範囲が用いられる。
従つて、この場合では選択された走査電極に与え
られる電気信号が第１の安定状態（光信号に変換
されたとき「明」状態であるとする）から第２の
安定状態（光信号に変換されたとき「暗」状態で
あるとする）へ、又はその逆のいずれの変化をも
起すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明で用いる液晶セ
ルを表わす斜視図である。第３図Ａは、本発明で
用いる液晶素子の平面図で、第３図ＢはそのＡ―
A′断面図である。第４図Ａ、第４図Ｂおよび第
４図Ｃは液晶の成長過程を模式的に表わす平面図
である。第４図Ｄは、本発明で用いる液晶セルの
別の態様を表わす平面図である。第５図、第６図
および第７図は、本発明の液晶セルの好ましい態
様を表わす断面図である。第８図は、本発明で用
いる光学変調素子の電極構造を模式的に示す平面
図である。第９図ａ〜ｄは、本発明の光学変調素
子を駆動するための信号を示す説明図である。第
１０図ａ〜ｄは、各画素に印加される電圧波形を
示す説明図である。 １００；液晶セル、１０１，１０１′；基板、
１０２，１０２′；電極、１０３；液晶層、１０
４；核発生部材、１０４′；核発生部材の側壁面、
１０５，１０５′，１１０；発熱体、１０６；接
着剤、１０７，１０７′，１０７″；リード線、１
０８，１０８′；偏光子、１０９；基板１０１の
面、１１２；絶縁膜、１１３；スペーサ部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の基板間に一軸異方相を生じる液晶及び
   核発生部材を配置し、該核発生部材に対して間隔
   を置いて配置した帯状発熱体の長手方向における
   端部付近の発熱量をその中央部付近の発熱量より
   大きく設定することによつて、該核発生部材から
   帯状発熱体に向けて高温となる温度勾配を形成
   し、一軸異方相と該相より高温側の別の相との相
   界面を核発生部材に対して平行となる様に該温度
   勾配を維持しながら液晶の温度を降温させること
   を特徴とするカイラルスメクテイツク液晶の配向
   制御方法。