JP2001519546A - 液晶装置の配向 - Google Patents

液晶装置の配向

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Abstract

(57)【要約】 液晶装置は二つのセル壁で封入された液晶材料からなり、セル壁に電極構造を有し、片方あるいは両方のセル壁が液晶分子を配向させる処理が成されている。多くの配向処理では液晶分子は配向し、強い方位および天頂束縛エネルギーを有した表面プレティルトをもつ。本発明は方位、天頂あるいは並進束縛エネルギーの少なくとも一つを低減し、セル壁またはセル壁近傍の液晶分子を動き易くすることで切り換え特性と光学的動作を改善する。束縛エネルギーの減少はオリゴマーまたは短鎖ポリマーを基板の表面に塗り広げるか液晶材料に添加することで達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は液晶装置の配向に関する。
【０００2】 （背景技術） 液晶装置は標準的にセル壁または基板の間に封入された液晶材料の薄膜を包含
する。壁上の光学的に透明な電極構造体が層を横切って電界を適用することを可
能にして、液晶分子の再秩序を引き起こす。
【０００３】 液晶装置の数多くの異なる形式が技術的に周知であり、例としては、捩じれネ
マチックセル形式、コレステリック相変化装置、動的散乱装置、超捩じれネマチ
ック装置および表面安定化強誘電装置形式がある。これらの形式の装置全てにお
いて、装置内壁上に液晶流体の配向を表面の極近位に制御する表面を設けること
は周知である。液晶装置の多くの用途では、このような処理は装置全体に液晶流
体の配向に特殊な配位を取らせるために、および／または見かけ上光学的欠陥の
ない装置に光学的外観を付与するために必要であると思われる。異なる種類の液
晶装置につき、この要素に関する特別な意義を以下に詳細に説明する。
【０００４】 本明細書で使用する「方位角」または「方位の」なる用語は基板面の平面にお
ける分子（または配向ベクトルｎ）の配向角運動またはエネルギーを意味する。
本明細書で使用する用語「天頂」または「天頂の」は基板面に垂直な平面における
分子の配向角運動またはエネルギーを言う。
【０００５】 捩じれネマチック液晶装置として知られる装置のネマチックおよび長ピッチコ
レステリック材料の利用に関し、配向の妥当性およびそれに関連する問題は次の
通りである。 アドレッシング可能素子の数が多いディスプレイを提供するために、電極を片
方のセル壁上で横列に、他方の壁上で縦列にするのが普通である。これは標準的
なアドレッシング可能素子または画素のｘ、ｙマトリックスを形成し、捩じれネ
マチック型の装置ではrmsアドレス法を用いてアドレスされるのが普通である。 捩じれネマチック(TN)装置および相変化装置は適切な電圧を印加することでON
状態に切り換わり、印加電圧が低電圧レベル以下に降下したときにOFF状態に切 り換わる、すなわちこの装置は単安定である。捩じれネマチック型の装置(米国 特許第４,５９６,４４６号記載の９０°または２７０°捩じれ)では、rmsアドレ
スされる素子数は電圧曲線に対する装置の透過の峻度によって制限される〔アル
ト(Alt)およびプレシュコ(Pleschko)、IEEE Trans ED volED21、(1974)P.146−1
55に記述がある〕。画素数を改善する一方法はそれぞれの画素に隣接して薄膜ト
ランジスタを併合させることである。このようなディスプレイは能動マトリック
スディスプレイと呼ばれる。
【０００６】 ネマチック型装置の利点は必用電圧が相対的に低いことである。この装置は機
械的に安定であり、温度操作範囲が広い。そのために小型でポータブルなバッテ
リー動力ディスプレイの構築が可能になる。別の捩じれネマチック装置は英国特
許第９，６０７，８５４．８号に記載があるゼロボルトでの非捩じれ状態から高
電圧での捩じれ状態へ切り換わる装置であり、本特許ではＶＣＴ装置と呼称する
。 捩じれネマチック装置の問題の一つは、電圧が閾値電圧よりもかなり高い値に
増加するまで、通常は白色ディスプレイのコントラスト比が低い値に留まること
である。これは表面の配向層による強い天頂束縛のために、加えられた電界中で
完全に再配向しないセル壁に近接するネマチック材料が原因である。この表面の
再配向の欠失がＶＣＴ装置における高電圧操作をもたらしている。
【０００７】 双安定ネマチック液晶装置として知られる装置にネマチックおよび長ピッチコ
レステリック材料を利用するに際し、配向の妥当性およびそれに関連した問題は
次の通りである。 既に説明したように、捩じれネマチックおよび相変化型の液晶装置は適切な電
圧の印加でオン状態へ切り換わり、印加電圧が低電圧レベル以下に降下したとき
に、オフ状態に切り換わる、すなわちこの形式の装置は単安定である。ネマチッ
ク形式の装置の利点は必用電圧が相対的に低いことである。この装置は機械的に
安定であり、温度操作範囲が広い。そのために小型でポータブルなバッテリー動
力ディスプレイの構築が可能になる。このような装置の欠点はこの単安定性切り
換え特性がマルチアドレッシングできる回線数を限定していることである。
【０００８】 大きなディスプレイをアドレスする別の方法は双安定液晶装置を利用すること
である。強誘電性液晶ディスプレイはスメクチック液晶材料と適切なセル壁の表
面配向処理の使用で双安定装置にすることができる。このような装置はユー(L.J
.Yu)、リー(Ｈ.Lee)、バク(C.S.Bak)、ラベス(M.M.Labes)ら（Phys.rev.Lett：3
6,7,388(1976)）、メイヤー（R.B.Meyer）（Mol.Crydt.Liq.Cryst：40,33(1977)
）およびクラーク(N.A.Clark)、ラガーウォール(S.T.Lagerwall)ら（Appl.Phys.
Lett：36,11,899(1980)）が記述した表面安定化強誘電性液晶装置(SSFELCD)であ
る。強誘電性装置の欠点の一つは材質の切り換えに比較的大きな電圧を必要とす
ることである。この高電圧のために、小型でポータブルなバッテリー動力ディス プレイが高価になる。このディスプレイもまた耐衝撃性の欠失、温度範囲の制約
などほかの問題やニードルズ（needles)など電気的に引き起こされた欠陥を持つ
。
【０００９】 ネマチック液晶を使用して双安定切り換え特性を達成することができれば、既
に説明した方法の両方の長所を持ち、それらの問題の無いディスプレイを製作す
ることができる。 ネマチックは、キラルなイオンまたは撓電カップリングを用いることで、二つの
配向状態の間で切り換わることがデュランド（Durand）らによって既に示されて
いる；チャルビ(A.Charbi)、バルベリ(R.Barberi)、デュランド（G.Durand）、 マルチノ・ラルガルデ（P.Martinot−Largarde）らの特許出願番号WO９１／１１
７４７号(１９９１)「電子キラル制御双安定液晶光学装置（Bistable electochi
rally controlled Liquid Crystal Optical device）」、デュランド（G.Durand
）、バルベリ(R.Barberi)、ギオコンド(M.Giocondo)、マルチノ・ラルガルデ（P
.Martinot−Largarde）らの特許出願番号WO９2／００５４６号(１９９１)「撓電
効果制御表面双安定化ネマチック液晶ディスプレイ（Nematic liquid crystal d
isplay with surface bistability controlled by a flexoelectric effect）」
。
【００１０】 米国特許第４,３３３,７０８号は多重安定液晶装置を記述し、そのセル壁は単
一点アレイを与える輪郭を有する。このような基板配位は、安定な配位間で切り
換わるために転傾が移動しなければならないので、配向ベクトルの多重安定配位
を与える。切り換えは電界の適用で達成される。
【００１１】 特許出願番号WO９７／１４９９０、（PCT９６／０２４６３号、英国特許出願９
５ ２１１０６．６号）は双安定ネマチック装置を記述し、この装置は少なくと も片方のセル壁に格子表面処理を施して、ネマチック液晶分子が同じ方位角平面
で二つのプレティルト角のどちらかを採れるようにしてある。セルはこれら二つ
の状態の間で電気的に切り替わることができ、動力を取り除いた後に残像する情
報の表示を可能にする。
【００１２】 その他の双安定ネマチック装置は英国特許第２,２８６,４６７−Ａ号に記述が
ある。この装置は少なくとも片方のセル壁上に正確に形成された複格子を使用す
る。この複格子の故に、適切な電気信号がセル電極に加えられたときに、液晶分
子が二つの異なる角配向方向を採れるようにする（例えば、特許出願番号WO９２
／００５４６号に記載のように撓電分極への直流カップリング）。二つに広がっ
た状態では、配向ベクトルは層平面で極めて近位に存在するので、配向ベクトル
と撓電要素との間のカップリングは小さく、これが或る状況での切り換えを妨げ
る。 英国特許第２,２８６,４６７−Ａ号に記述の双安定ネマチック装置も強誘電体
装置に存在しないさらなる問題を有する。すなわち、像固着効果を除くために分
子の表面層を切り換える必用がある。表面層の切り換えは通常、高電圧を必要と
し、結果的に大きな消費動力とカストマイズされたドライバ回路が必要になる。
【００１３】 スメクチック材料を用いる装置に関し、配向の妥当性およびそれに関連した問
題は次の通りである。 次に示すスメクチック液晶材料に基づく装置は幾つかの種類が存在する。
【００１４】 Ａ．強誘電性液晶（通常、SmC*） この一例は双安定であり、表面安定化FLC装置(SSFLC)と呼称されることが多い〔
クラーク(N.A.Clark)、ラガーウォール（S.T.Lagerwall）:Appl.Phys.Lett., 36
,899(1980)参照〕。この装置では、プラナールに配向した表面が平行または反平
行な選好方向で配位する。装置は重なったスメクチックＡ相から冷えてスメクチ
ック層のブックシェルフ配位になる、すなわち材料が書棚上の書籍のようにセル
壁に垂直に配位したミクロ層を形成する。 本来の教示では、装置はラビングしないポリマー表面配向処理を用いて、液晶配
向ベクトルｎが表面平面に対し優先して実質的に平行に確実に位置するようにし
た（すなわち、表面垂線ｓに対し⊥）。好ましい方向はスメクチックＡ相に加熱
して層を所望方向に剪断することで付与した。層は冷えてもSmC*相に固定したま
まであった。表面エネルギーはｎ⊥ｓにつき最小であり、適切な直流電界で選択
される二つの極小エネルギー状態が発生した。
【００１５】 ブラッドショウ(Bradshaw)とレーネス(Raynes)は、ピッチが転移温度以上の有
意な温度範囲で自発性螺旋構造の巻き戻しを引き起こす表面力に対して充分長い
SmAの上に、キラルなネマチックN*相を重ねて得られた装置につき、SmA配向が改
善されることを認めた。彼らは好ましい方向を付与するために、多くの場合ポリ
イミドまたはポリイミド層の平行または反平行ラビングを用いる表面の前処理が
必用であることを認めた（英国特許第２,２１０,４６９号、米国特許第４,９９ ７,２６４号、英国特許第２,２０９,６１０号、米国特許第５,０６１,０４７号 、英国特許第２、２１０,４６８号）。
【００１６】 後になって、ブックシェルフ状に配向（層垂線は装置平面に対し平行、すなわ
ちδ=０）したSmAを冷却してSmC*にすると、層はシェブロン型配位に傾き始める
ことが見出された。シェブロン型は二種類あり、それぞれＣ1およびＣ2型と定義
される〔カンベ（J.Kanbe）ら、Ferroelectrics(1991)、vol114、pp3参照〕。図
１８にこれらを示す。これはスメクチック層配置の収縮および表面での層のピン
止めの複合効果に基づくとされてきた。得られるシェブロン構造はセルの中間に
おける配向ベクトルが全錘角に有意に満たない二つの配向の一つに（大雑把に）
固定されていることを意味する。これは電界が無い状態で、二つの「表面安定化
」状態の光軸間の角が著しく低下して、ディスプレイ輝度の低下をもたらすこと
を意味する。光学的輝度を改善する幾つかの方法が実用装置に提案されている。
【００１７】 1．交流電界安定化 不十分な時間と電圧（τV）で与えた交流電界パルスが二つの状態をラッチし て誘電テンソル（主として誘電二軸性）に連結し、状態の間の角を増加させて輝
度を向上させる。この種のアプローチの主たる問題は、所定の輝度を維持するた
めに、高周波数電圧が定常的に必要なことである。それが動力消費を増加させ、
特に適用周波数の高い複合ディスプレイで問題である。通常は適切な低交流電圧
を用いて輝度を犠牲にする。C２U型配向を用いると、表面切り換えを必要としな
い利点があり、したがって表面記憶効果が最小であり、表面での遅い切り換えは
装置に影響を与えない。
【００１８】 ２．高いプレティルト平行 この幾何学的な配置はシェブロン界面での配向ベクトルがラビング方向に対し
低位角であるシェブロン構造とほぼ同じである。しかしながら、表面での配向ベ
クトルは、SmC*錐体上の位置と選好された配向プレティルトとの競合効果のため
に、平面内捩じれ角が遥かに大きい。この形式の装置は輝度が良好であるが、表
面切り換えを含むために応答が遅く、表面記憶の問題があり像の固着をもたらす
。
【００１９】 ３．準ブックシェルフ 層の傾き角を減少させるために二つの方法が用いられ、それによって装置の輝
度を増加させる。充分な大きさの低周波数電界で装置を前処理するか、或いはス
メクチック相からの冷却の際における層収縮を減少させる特定材料を選択して（
材料によっては冷却時の層間隔が実際に増加する）、装置の前処理を行なう。こ のような装置は高プレティルト配位と同じ利点と欠点を有する。
【００２０】 ４．均一傾き層（高いプレティルト反平行）配位 前述した二つの幾何学的配位に類似であるが、シェブロン構造はなく(したが って、セル中心での配向ベクトルの制約はない)、双安定状態の間の高位な角は 表面によってのみ安定化される。
【００２１】 Ｂ．電傾光シャッター キラルな材料のスメクチックＡ（またはその他の直交スメクチック）相に直流
電界をかけると、配向ベクトルの傾きおよび架けた電界に直角な光軸が誘起され
る。基板表面に電極を持つ（ほぼ）プラナール配向液晶セルでは、電傾効果が架
けられた電界Ｅに比例する角による光軸の回転を誘起する。したがって、完全な
アナログ振幅または相変調を持つ光シャッターが得られる。 このような装置に共通な問題はスメクチック層の適宜に均一で、プラナールな
配向を得ることである。余り重要でない問題は誘起された切り換えが表面で選好
された配向方向から離れた配向ベクトルの回転を幾らか包含することである。こ
の運動は装置の切り換え時間を遅らせる表面粘性およびある種の表面記憶効果を
必用とする。
【００２２】 Ｃ．反強誘電性スメクチック液晶(AFLC) ある種の材料は能動マトリックスまたは直接駆動装置に用いられる反強誘電性
相を形成する。これらの装置は、充分な直流電圧が印加されるまで、スメクチッ
クＡ相と類似な外観を効果的に有し、電圧が印加されると（加えられた信号の極
性に依存して）、正常な強誘電性相に類似な二つの状態のいずれかの状態にある
。 この相 (特に広範囲な温度範囲で) を形成する材料の数は限られていて、これ
まで見出された材料は全てスメクチック相に直接な等方性相を有する（すなわち
、重なるキラルなネマチック相はない）。これは材料がさらに配向しにくいこと
を意味し、この転移でスメクチックのバトネを生成する〔グレイ(Gray)およびグ
ットバイ(Goodby)の著書を参照されたい〕。 このメカニズムはスメクチック相構造が等方性液体の中で限定数の「コールド
スポット」に凝集することである。次に層はこの点の周りに屈曲し、層垂線の広
がりと湾曲を最小にする。層が表面と出会う所で、層はピン止めされて動きにく
くなる。したがって、バトネ構造が予備形成した後では、所望の層配位(例えば 、プラナールまたはブックシェルフ)を得ることは難しい。AFLC相へ冷やす際に 、加えた電界が表面で配向ベクトルの捩じれを誘起する傾向があり、低速、表面
記憶効果などの表面の切り換えに関連した問題を招く。
【００２３】 Ｄ．SmC*光シャッター ブラッドショウ(Bradshaw)およびレーネス(Raynes)もこの形式の装置を記述し
、平行にラビングした装置の中で、好適には相転移時に直流電界を与えて、巻か
れていないＮ*相から直接冷却してFLCを得た。巻かれていないＮ*相はラビング 方向に配向ベクトルを有し、SmC*への冷却に際しこの配向が維持され、層垂線は
角Θによって捩じれる。層垂線が配向している方向の縮退は直流電界を架けるこ
とで取り除かれる。 電界が除かれると常に表面安定化状態（ｎ‖ｓな）へ弛緩するので、これは単
安定装置であり、電界が保持されている場合に、交流安定化、或いはTFTまたは 類似な非線形電気素子をそれぞれの画素に包含することのいずれかによって装置
に用いられる。しかしながら、それは（Ｐ故に）早い。主たる切り換えはセル本
体で起こり、表面では切り換えは殆ど起こらないか、全く起こらない。しかしな
がら、これは配向ベクトルの捩じれが大きく、不均一な構造となることを意味す
る。これは光学的外観が(特に初期の日立の研究で行なわれたように、染料と一 緒に用いられると)貧弱であることを意味し、それゆえに性能の改善に表面切り 換えが要請される場合である。層収縮は多くのＮ−SmC*材料で起きるので、広い
温度範囲にわたる配向は難しく、シェブロン構造および関連した欠陥をもたらす
。
【００２４】 したがって、表面上での液晶の配向はこの形式の装置の全てに関する重要な問
題である。液晶流体を表面に配向させることができる種々異なる手段が知られて
いる。基板平面から少なくとも３０°の方向から一酸化ケイ素を蒸着させると、
蒸着方向に垂直な軸に沿って、ネマチック液晶を基板平面に配向する表面が得ら
れる。対照的に、蒸着を基板から５°以下の角度の方向から行なうと、得られる
表面はネマチック液晶を基板平面から蒸着源の方向に約２０°傾いた方向に沿っ
て配向する。
【００２５】 市販の多くの液晶装置はラビングしたポリマー配向層、特にラビングしたポリ
イミド配向層を用いて製作される。標準的には、このような層は溶液スピン沈着
法でアミド前駆体ポリマーとして沈着される。溶媒を除去した後に、ポリマー被
膜を高温でベークしてイミド化し、次に布で一方方向にラビングする。得られる
表面は液晶材料を、ラビング方向に沿ってラビング方向における表面の平面の外
側に傾けて配向する。傾き角の大きさは標準的に１から２°であるが、より大き
なプレティルトを与える特殊なポリイミド配合および処理も利用可能である。あ
るポリマー層は、直線偏光した光に曝露させて架橋したときに、液晶材料を配向
することができる（WO９５/２２０５７号、英国特許９４４４４０２５１６号） 。この場合はラビングの必要がなく、基板が能動マトリックスディスプレイ一部
として薄膜トランジスタを担持している場合に有用である。配向したポリマーは
以下に述べるように格子と一緒に用いることもできる。
【００２６】 液晶材料に表面配向を与えるさらなる手段は異なる界面活性剤を溶液から基板
に沈着させることで得られる。異なる界面活性剤の種類が用いられ、第四級アン
モニウム塩、アルキル化シラゼン、塩基性クロムアルカン酸エステルが含まれる
。表面処理は通常、界面活性剤の稀釈溶液での浸漬またはスピン被覆を必要とし
、通常は基板平面に直交した液晶配向となり、垂直配向と呼ばれる。二核クロム
アルカン酸エステルおよびその他の二核界面活性剤も平面における配向を選ぶこ
となく基板平面に方向を付与する。
【００２７】 表面で液晶の配向を実現するさらなる方法には、表面上のレリーフ格子などの
レリーフ構造を製作することが含まれる。このような構造はフォトリソグラフ手
段、ポリマーなどの可撓性表面層を例えば金属シート上に製作したマスター構造
に対しエンボスすること、表面を機械的に刻むこと、或いはその他の手段、によ
って得られる。格子構造はネマチック液晶を格子の谷と頂きの方向に沿って配向
する。さらに複雑なレリーフ構造では、傾きを持たせるかあるいは双安定の配向
が可能になる。
【００２８】 周知な技術の配向方法には数々の欠点があり、これらの方法に拠って製作され
た液晶装置はその潜在的な利用性を完全に達成していない。 このような欠点の一つは、周知な方法では、液晶配向が表面の平面でいかなる
配向方向でも自由に取り得るような表面配向処理を提供することが難しいことで
ある。プラナールな配向は実質的に垂直な入射角から無機材料を基板に蒸着する
こと、或いは機械的なラビングをしないでポリイミド材料などの周知なポリマー
材料で基板を被覆することを含む種々の方法で得られる。これらの場合、表面上
での液晶の配向は表面の調製中に固定しないが、最初に接触する液晶相の配向に
よって固定して安定化する。 このような表面では、配向方向は液晶相が最初に表面に接触する時点での流動
方向、温度勾配、或いは電界の方向などのファクタによって決定される。液晶の
配向方向が表面の平面で自由に、かつ繰り返して回転することを可能にする表面
処理を施すことが望ましいが、それは周知な表面処理では入手できない。
【００２９】 周知な液晶配向方法の第二の欠点は基板と液晶配向ベクトルとの間の天頂角を
変えるのに必要なエネルギーが一般に電圧の印荷で発生する液晶自体の弾性歪み
エネルギーよりも遥かに大きいことである。これは周知な配向方法を用いる液晶
装置では、液晶配向ベクトルがセル壁での傾き角に実質的に固定されたままであ
り、光学的効果を与える装置の切り換えが印加電界の大きさに依存する距離だけ
セル壁から離れた装置の部品においてのみ起こることを意味する。
【００３０】 （発明の開示） 本発明人は上述した問題がセル壁、或いはセル壁の極近位で液晶分子の移動を
可能にする、したがってセル壁に接触している液晶配向ベクトルが電界の低い値
、例えば電場の強さがミクロン当たり１ボルト未満の大きさの電界で、その配向
を可逆的に変えることを可能にする表面配向処理によって低減することを見出し
た。このような表面処理の利点には、装置の操作電圧の低減、および／または周
知なRMSマルチプレックスドライブ方式により電子−光ディスプレイに書き込ま れた情報量を決定する装置の電子−光閾値の峻度など、装置の切り換え挙動の改
善が含まれる。
【００３１】 したがって本発明の第一の態様では、電極構造を保持する二つの間隔をおいて
配置するセル壁の間に封入された液晶材料の層と、少なくとも片方の壁上での配
向処理とから成り、片側または両側のセル壁上の表面配向での束縛エネルギーを
低減させる手段を特徴とする液晶装置が提供される。
【００３２】 低減された束縛エネルギーは一種類以上であり、方位束縛エネルギー、天頂束
縛エネルギーおよび並進束縛エネルギー（配向処理表面に沿った移動）である。
形式の異なる装置の状況における束縛エネルギーの重要性を以下でさらに考察す
る。特殊な形式の装置に関連した本発明のさらなる態様も後で考察する。
【００３３】 束縛エネルギーは溝または格子などの表面の地勢模様、化学結合の相互作用か
ら発生する。本発明は化学結合を変えることで束縛エネルギーを低減させる。さ
らに、例えば溝または格子の寸法を小さくする等、表面の地勢も変えることがで
きる。エネルギーを低減させる手段は表面上に塗り広げられるか、或いは液晶材
料に添加されるかのいずれかのオリゴマーまたは短鎖ポリマーであってもよい。
オリゴマーまたは短鎖ポリマーの大きさはセル壁に所望量の好適な沈着と液晶母
材からの僅かな分離を与えるように選択される。 束縛エネルギーを低減させる手段はエステル、チオール、および／またはアク
リレートモノマーを含有するオリゴマーであってもよく、それらを表面に塗り広
げても、或いは液晶材料に添加してもよい。
【００３４】 配向処理と束縛エネルギーを低減させる手段は二重層処理によっても提供され
、以後基板層及びポリマー層と呼称する。基板層はセル壁の表面に、例えば表面
の機械的ラビングによって形成しても、或いは（好適に）セル壁上の被膜でもよ
い。この被膜は配向液晶相を被膜と接触して、或いは被膜の極近位に位置させる
ように機能する異方性特徴を包含する。このような特徴はプレーン格子またはブ
レーズト格子または複格子構造を含む表面レリーフ特徴、或いは非限定的に円柱
、傾いた円柱、小板、結晶を含む規則的または不規則な表面の特徴を包含し、そ
れらは、例えば無機物の垂直または傾斜した表面への蒸着、表面の機械的磨耗ま
たは加工によって形成される。このような特徴は基板での実質的な異方性も包含
し、例えば基板層の機械的な延伸またはラビング、或いは基板層を分極した化学
線放射に曝露することで形成される。
【００３５】 ポリマー層（基板層上に形成された）は装置に使用される液晶材料中で不完全
な溶解性を有し、基板表面への物理的親和性を有し、かつポリマー／液晶界面で
実質的に液体様表面を保持することを特徴とする。 ポリマーは種々な方法で装置に適用される。一つの方法では、ポリマーは液晶
流体溶液内での反応性低分子量材料の重合によって生成する。得られる溶液また
は液晶に分散したポリマーをセル内に充填し、ポリマーを基板表面に被覆させる
。液晶中に分散したポリマーはディスプレイセルに充填される前に、随意に濾過
または遠心分離などの中間工程を経由してもよい。
【００３６】 ポリマーを装置に適用するさらなる方法では、反応性低分子量材料を液晶に溶
解させてからディスプレイセルに充填する。次に、加熱または反応開始剤の存在
下で短波長光放射などの周知の手段で重合を開始させる。重合の後に、ポリマー
を拡散させて基板層を被覆させる。
【００３７】 装置にポリマーを適用するさらなるまたの方法は不活性溶媒の存在下、或いは
不存在下における反応性材料の重合によって提供される。溶媒が存在する場合、
溶媒を除去して得られるポリマーを液晶に溶解させ、ディスプレイセルに充填す
る。
【００３８】 装置にポリマーを適用するさらなる方法は、反応性低分子量材料の薄膜を溶媒
溶液中でスピニングするなどの周知な手段で、それぞれの化学量論量を基板に適
用することによってポリマーを基板上に生成させる。溶媒を除去した後に、加熱
または重合開始剤の存在の下で露光することで重合を開始させる。次に処理した
基板をセルに組み立てて液晶を注入する。
【００３９】 ポリマーは液晶の存在下で実質的に非結晶性であり、装置の操作温度範囲より
も低いガラス転移温度を持つことを特徴とする。ポリマーはその分子構造が実質
的に直鎖状であるか、或いは分枝点を含んでいてもよい。ポリマーは液晶からの
相分離および基板への沈着を促進するために低度に架橋していてもよいが、架橋
の程度は流体、ガム様または弾性特性を保持するレベルであり、加熱時に硬いガ
ラスまたは固形状を呈しない程度である。
【００４０】 好適な重合性材料はチオール／エンポリマーを包含し、これは連鎖移動反応に
よって生成物の分子量を限定する働きをするチオール化合物を添加存在させ、周
知なモノマーのフリーラジカル重合で合成することができる。適宜な材料の詳細
は後に列記する。
【００４１】 捩じれネマチック装置に関連して、本発明人は表面の天頂束縛エネルギーを減
少させ、それによって近表面ネマチック相の電界誘起再配向を可能にする付加的
な表面処理を用いることで、捩じれネマチック装置のコントラスト比が改善され
ることを見出した。このような処理は閾値電圧の低下に繋がる付加的な利点を有
する。低電圧操作はそれがディスプレイを低電力消費で操作可能にするので、受
動マトリックスおよび能動マトリックス捩じれネマチック装置の双方にとって好
ましい。
【００４２】 したがって本発明の第二の態様では、捩じれ状態から非捩じれ状態に切り換え
られる捩じれネマチック液晶装置が提供され、この捩じれネマチック液晶装置は
ネマチック液晶材料層を封入する二つのセル壁と、液晶層を横切って電界を加え
るための両方の壁に位置する電極構造と、液晶分子に配向方向を付与し、ゼロボ
ルトまたは高電圧でも捩じれネマチック構造が液晶層を横断して生成するように
手配した両方のセル壁の表面配向と、液晶材料の異なる二つの光学的状態を識別
するための手段とから成り、セルの片方または両方の壁の表面配向における天頂
束縛エネルギーを低減させる手段によって特徴付けられる。
【００４３】 さらに方位束縛エネルギーも低減することができる。 方位束縛エネルギーおよび天頂束縛エネルギーを減少させる手段は液晶材料の
表面に塗り広げた、或いは液晶材料に添加したエステル、チオール、および／ま
たはアクリレートモノマーを含有するオリゴマー、例えば、材料N６５およびMXM
０３５である。
【００４４】 オリゴマーは表面の自由エネルギーを最小にするために優先的に表面へ移動す
る。これが表面での液晶の量を稀釈し、効果的に秩序パラメータＳを減少させる
ことになる。パラメータSはドゲネス（P.G.deGennes、「液晶物理学（The Physi
cs of Liquid Crystals）」、Clarendon Press、Oxford 1974によって次式で定 義される。 S=1/2〈(3cos2θ−1)〉 秩序パラメータは分子のセル内での配向の程度を示す指標である。さらに、表
面における液晶材料の相はオリゴマーによって、例えばネマチックまたは長ピッ
チコレステリックから等方相へ変化する。
【００４５】 表面処理は単安定性プレティルトネマチック配向を誘起する表面と共に用いら
れる。
【００４６】 配向層はイシハラ（S.Ishihara）らが記述したラビングしたポリマー表面〔Li
q. Cryst., vol.４, no.６, P.669−675 (1989)〕でも、ウルバッハ（W. Urbach
）、ボイクス(M. Boix)およびグヨン（E. Guyon）らが記述した斜め蒸着無機物 〔Appl. Phys. Lett., vol.25, no.9, 4７9 (1974)〕でも、或いはシャド（M. S
chadt）らの分極光の照明で面内異方性が実現したポリマー表面〔Jpn. J. Appl.
Phys., vol.31, no.7, P.2155 (1992) 〕でもよい。 別の選択肢として、配向層はブライアン−ブラウン（G. P. Bryan−Brown）お
よびトウラー（M. J. Towler）が記述した非対称溝輪郭を持つ表面単格子でもよ
い（「液晶装置の配向（Liquid crystal devise alignment）」、英国特許第２ ，２８６，４６６A号（英国特許第９４０２４９２．４号））。
【００４７】 二つの表面上の配向方向は実質的に垂直である。
【００４８】 ネマチック液晶は小量(＜５%)のキラルなドーパント材料、例えばR１０１１,C
B１５ Merckを含むこともある。
【００４9】 セル壁は実質的に硬質な、例えばガラス、或いは例えばポリオレフィンのよう
な可撓性材料である。
【００５０】 電極は縦列および横列に配置され、アドレッシング素子またはディスプレイ画
素のｘ、ｙマトリックスを形成する。標準的には、電極は幅２００μｍ、２０μ
ｍ間隔で配置する。 別の選択肢として、電極は他のディスプレイ方式、例えばr−θマトリックス 、或いは８または７バーディスプレイに配置することもできる。
【００５１】 双安定性ネマチック装置に関し、本発明人は表面層切り換えに関する問題が表
面近傍における液晶特性を変え、液晶と表面との間の束縛エネルギーを低減させ
ることに繋がる表面処理を用いることで改善されることを見出した。これでその
他の装置パラメータを犠牲にすることなく、操作電圧を下げることが可能になる
。
【００５２】 したがって、本発明の第三の態様は双安定性ネマチック液晶装置を提供し、こ
の装置はネマチック液晶材料層を封入する二つのセル壁と、両方の壁に位置する
電極構造と、液晶分子に配向方向を付与する両方のセル壁の表面配向と、液晶材
料の切り換えられた状態を識別するための手段とから成り、セルの片方または両
方の壁の表面配向における非弾性方位記憶束縛エネルギーを低減させる手段によ
って特徴付けられる。 非弾性方位記憶束縛エネルギーは、理想的には、ゼロに減少させることができ
る。天頂束縛エネルギーも減少させることが好ましい。
【００５３】 エネルギーを低減させる手段は液晶材料の表面に塗り広げた、或いは液晶材料
に添加したオリゴマーまたは短鎖ポリマーである。 オリゴマーまたは短鎖ポリマーはプレティルトの大きさを相当量、例えば5° を超える大きさで変化させないことが好ましい。
【００５４】 表面処理は双安定性ネマチック配向を誘起する表面と共に用いられる。
【００５５】 双安定表面は液晶分子が異なる二つの方位配向方向を採ることを許容する少な
くとも片方のセル壁上の表面配向複格子でもよく、特許出願WO９７／１４９９０
号、（PCT９６／０２４６３号、GB９５２１１０６．６号）に記述がある。 配向方向の間の角は９０°またはそれ未満である。
【００５６】 格子は、例えばハトレー(M.C.Hutley)が「回折格子(Diffraction Grating)」（A
cademic Press, London 1982）ｐ.95−125に、ホルン（F.Horn）が「Physics Wo
rld」（March 1982）に記載したフォトリソグラフプロセスによって生成した感 光性ポリマーの輪郭層でもよい。別の選択肢として、複格子はエンボス〔ゲール （M.T.Gale）、ケイン(J.Kane)およびノップ（K.Knop）、J App. Photo Eng. 4,
2, 41 (1978) 〕、或いは罫線引き〔ローエン（E. G.Loewen）およびウィーリ ー（R. S. Wiley）、Proc. SPIE, 88 (1987)〕によって、或いはキャリア層から
転送によって作製することができる。 複格子は対称または非対称な溝輪郭を有する。非対称な溝の場合、表面は英国
特許第２２８６４６７−A号に記載のように配向とプレティルトの両方を誘起す る。 格子は両方のセル壁に適用することができ、それぞれの壁で同じ形状または異
なる形状であってもよい。
【００５７】 双安定性表面は別の選択肢として、特許出願WO９２／００５４号（G. Durand,
R. Barberi, M. GiocondoおよびP. Martinot−Largarde, 1991）記載のように 斜め蒸着材料を用いて作成することもできる。
【００５８】 セル壁は実質的に硬質な、例えばガラス、或いは例えばポリオレフィンのよう
な可撓性材料である。
【００５9】 電極は縦列および横列に配置され、アドレッシング素子またはディスプレイ画
素のｘ、ｙマトリックスを形成する。標準的には、電極は幅２００μｍ、２０μ
ｍ間隔で配置する。 別の選択肢として、電極は他のディスプレイ方式、例えばr−θマトリックス 、或いは８または７バーディスプレイに配置することもできる。
【００６０】 スメクチック装置に関連して、本発明人はこのような装置での問題が、セル壁
の表面とスメクチック相の液晶との間の相互作用、或いは全ての操作温度でセル
が冷えてネマチック相からスメクチック相になる上に重なっているネマチック相
における相互作用を低下させる界面活性剤を使用することで減少することを見出
した。
【００６１】 したがって本発明の第四の態様では、電極を具備する二つの壁との間に封入さ
れたスメクチック液晶材料の層を含む液晶セルと、液晶分子に配向と表面の傾き
の両方を与えるように処理された表面とから成り、片方または両方の壁上の表面
配向での束縛エネルギーを減少させる手段で特徴付けられるスメクチック液晶装
置を提供する。 束縛エネルギーを減少させる手段は液晶材料の表面に塗り広げた、或いは液晶
材料に添加したエステル、チオールおよび／またはアクリレートモノマーを含有
するオリゴマーである。
【００６２】 その最も基本的な形態では、界面活性剤は液晶分子間の相互作用とセル壁(或 いは配向層表面)の相互作用とを減少させる滑らかな表面を提供する。したがっ て、この滑らかな表面は表面に最も密接した液晶分子の並進移動および回転運動
に関する自由度を増していると考えることもできる。界面活性剤で調節すること
ができ、妥当性がある項目は五個ある（参照：Int. Ferroelectric Liquid Crys
tal Conf (FLC95)、 Cambridge, UK, 23−27 July 1995, vol.178 No.1-4 C.Jone
s, pp155-165）. ）。 (１)天頂束縛エネルギーα。如何に容易に配向ベクトル表面傾き角が変化するか
（すなわち、回転エネルギー）。 (２)位相束縛エネルギーβ−配向ベクトルの表面捩じれ角が変化する場合(すな わち、回転エネルギー)。 (３)γ、表面での配向ベクトルのプレティルト角に関係する。 (４)層のピン止め項−層が如何に容易に表面を横切って移動するか（すなわち、
並進エネルギー）。これは液晶分子の表面層への(部分)吸着の巨視的な効果であ
り、分子のしたがってスメクチック層の並進移動を減少させる。 (５)極表面エネルギー−強誘電(または撓電)では、表面でのPの特殊な配向につ き最小である項。
【００６３】 本発明のこの態様では、このそれぞれのファクタは、表面に近い液晶の秩序の
変化が誘起されたことによって、固相と液晶領域を分離する機能を果たす滑らか
な界面活性剤の存在によって影響を受ける。例えば、ネマチック秩序がスメクチ
ック装置の表面層の近位に存在すると、層のピン止めは大きく減少する。錐体角
が小さければ、極表面項が減少するので表面切り換えは減少する。
【００６４】 この態様によって得られる利点は次の通りである。 (１)層ピン止めの減少、したがってスメクチック相の制御が容易になる。 (２)ネマチック様表面エネルギーの減少、したがって表面での配向ベクトルの配
向変化が増強される。 (３)表面での液晶分子吸着の減少、したがって表面記憶効果が減少し、かつ表面
の粘性が減少する。 (４)表面での分極の減少、したがって強誘電性液晶系での自発分極係数(P)への カップリングが少なくなり、T状態の生成が減る。
【００６５】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明の具体的な実施形態を添付した図面を参照して、例示として説明する。 本発明の態様の捩じれネマチック装置、双安定性ネマチックおよびスメクチッ
ク装置への適用を例示によってグループ毎に分けて説明する。
【００６６】 捩じれネマチック装置 図１,２のディスプレイはガラス壁３,４の間に封入されたネマチックまたは長
ピッチコレステリック液晶材料の層2によって形成された液晶セル1を包含する。
スペーサリング5は壁間隔を標準的に２〜１０μｍに保持する。さらに、同じ寸 法のビーズを多数液晶に分散させて、壁の間隔を正確に保持してもよい。帯状の
横列電極６、例えばSnO2またはITOが壁3上に形成され、類似な縦列電極7が壁4上
に形成される。横列電極ｍと縦列電極ｎとでアドレス可能素子または画素のｍ×
ｎマトリックスが形成される。それぞれの画素は横列電極と縦列電極との交点で
形成される。横列ドライバ8はそれそれの横列電極6に電圧を供給する。同様に縦
列ドライバ９が電圧を縦列電極７に供給する。印加電圧の制御は論理制御１０か
ら行なわれ、論理制御器１０は電源１１から動力を、時計１２からタイミングを
受けとる。
【００６７】 セル１のいずれかの側面は偏光子１３,１３'であり、その偏光軸は相互に実質
的に交差するように配置している。延伸プラスチックフィルムなどの付加的な光
補償板を液晶セルと片方の偏光子との間に加えてもよい。部分反射鏡１６をセル
１の背後の光源１５と共に配置する。こうして、ディスプレイが反射で見えるよ
うになり、薄暗い周囲照明で背後から照らすことができる。透過装置の場合には
反射鏡を省くことができる。
【００６８】 組み立ての前に、セル壁3,4を配向処理で処理して単安定プレティルト配向を 付与する。配向方向R1,R2は９０°または２７０°の捩じれセルを与えるように 垂直に示してあるが、４５°など他の角でもよい。最後にネマチック材料をセル
に充填する。ネマチック材料は、例えばE７、ZLI２２９３またはMLC６６０８(Me
rck)でもよく、CB１５またはＲ１０１１(Merck)などのキラルな添加物を含有す るものでもよい。
【００６９】 ディスプレイの利用は各横列に横列波形を順に適用し、一方で全ての縦列に波
形を適用する普通の方法でのマルチプレックス式アドレッシングである。このよ
うなアドレッシングはそれぞれのｘ、ｙ交点で二種類のrms値が異なる波形を適 用することができる。一方の波形は切り換え閾値を超えるrms値を有し、液晶材 料をオン状態に切り換える。他方の波形は切り換え閾値を下回るrms値を有し、 液晶材料を切り換えない。
【００７０】 rmsアドレッシングできるx、y画素の素子数は電圧に対する装置の透過峻度で 制約される（AltおよびPleshko、IEEE Trans ED vol. ED 21, (1974) p.146−15
5）。したがって、透過-電圧曲線の峻度の改善が特に望まれる。さらに、切り換
えることができる材料が多いほど（層中心での切り換えよりも、壁表面近傍の分
子の切り換え）、オン／オフ状態の間で高いコントラストが得られる。
【００７１】 本発明の形態でのこれらネマチック材料は束縛エネルギーの低下をもたらす処
理または処理前駆体を含む。
【００７２】 一般的に、表面上のネマチック液晶の束縛はプレティルト、天頂束縛エネルギ
ーおよび方位束縛エネルギーの三個の巨視的パラメータで説明することができる
。セル壁に平行な平面x−y内に表面を考える。プレティルト（θp）はx−y平面 を基準にしてネマチック配向ベクトルの選好された傾き角で定義する。表面配向
ベクトルの傾きをθpから任意の傾き角θに変えるためには、単位面積当たり次 の(１)式のエネルギーＷを系に与える必用がある〔ラピニ(A.Rapini)およびパポ
ーラー（M.Papoular）、J. Phys. (Paris) 、36, C−1, 194(1975) 〕。 Ｗ＝ＷΘsin2（θ−θp） (１) 上式中、ＷΘは天頂束縛エネルギーを表わし、表面配向ベクトルの傾きを９０° だけ変えるのに必要なエネルギーである。配向ベクトルが選好された面内配向、
ｘ軸に沿った配向とすると、この配向を変えるためには系にエネルギーを与えな
ければならない。このエネルギーは(２)式で与えられる。 Ｗ＝ＷΦsin2Φ (２) 式中、Φは平面内配向の変化を表わし、ＷΦは方位束縛エネルギーである。
【００７３】 プレティルトおよび天頂束縛は殆どの固体表面から実現することができるが、
片方方位束縛では、異方性ポリマー、斜め蒸着フィルムまたは表面格子などの選
好された面内方向を得るためには通常さらなる処理が必要である。殆どの表面で
は、ＷΘおよびＷΦが大きいので、表面での配向ベクトルの再配向は高電圧にお
いてのみ起こる。
【００７４】 捩じれネマチック装置における弱い天頂束縛の効果を次に考察する。 弱い表面束縛を持つ９０°捩じれネマチックセルの操作の改善を最初に理論的
に解析した。セルの静的配置は、本体におけるオイラーラ・グランジュ方程式お
よび表面での式(１)および(２)で決まる自由エネルギーの合計を最小化して計算
した。次に、天頂束縛エネルギーＷΘを通常の大きな値から弛緩して、静的配置
に及ぼす効果を計算した。図３に種々の表面補外長Ｌにつき計算した曲線を示す
。Ｌは次式で表わされ、全ての曲線に共通なパラメータを以下に示す。 Ｌ＝ｋ11／ＷΘ・ｄ ｋ22／ｋ11＝０．６、ｋ33/ｋ11＝１．５、εpara＝１４.０、εper＝４.０、 セルの捩じれ＝９０°、表面プレティルト＝５°
【００７５】 換算電圧はFrederriskz閾値電圧〔＝√（k11／ε0Δε）〕で規格化された電 圧で定義した。図11は表面傾き角を印加電圧の関数として示す。無限天頂束縛エ
ネルギー (L＝０．０)では、傾きはゼロボルトプレティルトの値に固定したまま
である。しかしながら、有限束縛(L＞０)では、全ての曲線は表面配向ベクトル が印加電圧によって再配向され、電圧で傾き角が増加することを示す。この電圧
誘起傾きが標準的な常時白色捩じれネマチック装置における良好なコントラスト
比をもたらすことが期待される。
【００７６】 図１２は図１１と同じパラメータで計算したものであるが、ネマチック層の中
間における電圧依存性傾きを示す。この傾き角が捩じれネマチック装置の光透過
を決定する支配的なパラメータである。したがって、有限なLを提供する表面は より低い電圧、急峻な電子光学応答をもたらすことは明白に予見される。
【００７７】 したがって、上述のモデル化はＷΘを低下させる表面処理が電圧閾値の低い、
電子光学応答が急峻で、所定電圧でのコントラストの高い捩じれネなチック装置
ををもたらすことを示した。
【００７８】 （実施例） 実施例TN１ 捩じれネマチックに適用した弱い束縛処理の例をここに示す。この例に用いた
プレティルト配向表面は英国特許９４０２４９２.４号、英国特許出願Ａ２,２９
６,４６６号、WO９５／２２０７８に記載の非対称単格子である。
【００７９】 処理は小量(１〜１０%)のUV硬化接着材をセルに充填する以前にネマチックに 添加することからなる。適切な材料の例には、N６５,N６３またはN１２３(全てN
orland Products Incorporated, North Brunswick, NJ, USA製)が含まれる。こ の実施例では、これらの材料の一つ(N６５)をネマチックE７(Merck)の添加物と して用いた。この材料はUV放射の下で重合するエステルとアクリレートモノマー
の混合物を含有する。
【００８０】 捩じれネマチック装置にN６５添加物を使用する前に、天頂束縛エネルギーＷ Θ に与えるＮ６５処理の効果を示すために一組の実験を行なった。その効果の大
きさは飽和電圧Vsを測定することで定量した。すなわち、配向ベクトルのセル内
での傾きがセルの厚み全体にわたって表面に対し直角となる電圧である。これは
表面が選好された配向方向を持たないセル内で測定することができる。この場合
では、ハードベークしたフォトレジストのフラットな表面を使用した(Shipley１
８０５)。この材料をITO被覆ガラスにスピンコートして肉厚が０.５５μmの層を
作成した。１６0℃で４５分間ベークして液晶中で完全不溶性であることを確実 にした。N65／E7混合物に充填すると、このセルはランダムなシュリーレン組織 を示す。シュリーレン組織の透過強度が交差偏光子の間で見たときにゼロに降下
するときを観察することで、飽和電圧を測定した。こうして、ＷΘは次の式(４)
で与えられる。
【００８１】
【数１】
【００８２】 上式中、ｄは液晶の肉厚を表わし、ｋ11は液晶の広がり弾性定数、Δεは液晶
の誘電率異方性を表わす。
【００８３】 結果を表１に示す。純粋なＥ７はセルが破壊する前にブラック状態を示さなか
ったので、ＷΘの低限界だけを示した。Ｎ６５を含有するＥ７の場合、混合物を
別の測定セルに移送する前に、溶融シリカセル内で１０分間硬化させた。露光は
温度を６５℃に上げ、光出力２.０mW／cm2でフィルタ未装着水銀灯を用いて行な
った。
【００８４】
【表１】
【００８５】 表の結果はN６５がフラットな表面を持つセルで、ＷΘの値を低下させること を明らかに示す。次のステップは捩じれネマチック装置に与えるこの添加物の効
果を調べることである。
【００８６】 このようなネマチック装置はプレティルトした配向を誘起する非対称な単格子
を用い、図３に示すように以下の方法で製作することができる。ITO被覆ガラス ２１にShipley１８０５フォトレジスト層２０を３０００rpmで３０秒スピンコー
トした。次に、フォトレジスト層２０を９０℃で３０分ベークして、溶媒を除い
た。マスク２２を通して軸ずれハードコンタクト・リソグラフを用いてフォトレ
ジストを露光した。マスク２２はピッチが１μm（間隔０.５μm、クロム細片０.
５μm）のガラス上のクロム模様からなる。露光時間を水銀灯からの入射力０.１
５mW／cm2で５４０秒に設定した。次に、Shipley MF３１９中で１０秒間現像し て、水洗した。最初に遠紫外線露光（２５４nm、３．３６J／cm2）でフォトレジ
ストをプレ硬化させ、最終的に試料を１６０℃で４５分ベークした。
【００８７】 上述のプロセスで、ピッチが１μm、溝の頂きから谷までの深さが０．５μｍ の表面格子が得られた。輪郭は非対称(殆ど鋸の歯状)で、ネマチックが体積捩じ
れトルクの影響下にあれば、プレティルト配向をもたらす（英国特許出願A−２,
２９６,４６６号、WO９５／２２０７８参照）。この表面でセルを構築し、片方 の表面の溝方向を他方表面の溝方向に直行させた。E７と共に用いるときに、セ ルの間隔を第１GoochおよびTarry極小に対応する２．０５μmに設定した〔J. Ph
ys. D. Appl. Phys. Vol.8, p. 1575(1975) 参照〕。次に、等方相でＥ7を用い て充填し(６５℃)、室温に徐々に冷却した。
【００８８】 次に、捩じれネマチックセルを隣接した格子配向方向に平行に配向した交差偏
光子の間に配置することによって、異なるＮ６５／Ｅ７混合物を含有するセルの
電子光学応答を記録した。1kHzの正弦駆動波形の適用時にフォト−光学応答を持
つフォトダイオードを用いて透過を測定した。図4は片方のセルを処理して弱い 束縛を与えた二つのセルのrms電圧に対する透過を示す。弱い束縛処理はE７に２
%のN６５を添加し、試験セルに移送する前に予備セル内で１０分間硬化させて行
なった。データは弱い束縛処理が操作電圧を降下させたことを明白に示している
。ゼロボルト値の５０%透過は束縛が弱い表面で１．８３V、束縛の強い表面では
２．１３Vで到達している。ディスプレイの電力消費は、最も単純な場合でコン デンサを充電または放電するのに必要な電力として考えることができる。したが
って、束縛の弱い表面では略３５%の電力の節約が期待される。
【００８９】 束縛の弱いセルの第二の改善は、図５に示すように、光学コントラスト比の改
善である。弱い束縛セルは５Vでコントラスト比が１２６であり、一方束縛の強 いセルではコントラスト比は４９である。電圧８Vでは差はさらに大きい（それ ぞれ４１０および７４）。したがって、或るコントラスト比が要求される特定用
途の場合、その要求は束縛の弱い表面でより低い電圧で達成される。弱い束縛は
電子光学応答の峻度を僅かに増加させる。束縛の弱い表面のV90−V50は０．４５
４V、一方強い表面ではこの大きさは０．５１０Vである。V90およびV50は、それ
ぞれゼロボルト透過値の９０%透過および５０%透過の電圧である。
【００９０】 纏めると、上記の実験結果は理論的解析と定量的な一致を示し、ＷΘを低限さ
せるべく処理された表面が捩じれネマチック装置を改善することを実証した。こ
の改善は電圧閾値の低下、より急峻な電子光学応答および高いコントラスト比を
包含する。
【００９１】 実施例TN２ この実施例では弱い束縛処理としてMXM０３５(Merck)を用いた。配向表面はTN
1の例で説明した非対称単格子である。
【００９２】 MXM０３５は等量で混合される二つの部からなる。この混合物をE７ネマチック
に添加して試験セルに移す前に溶融シリカセル内で硬化させる４%溶液にした（ 実施例TN１に説明したように）。この４%溶液のＷΘ測定値は３．８５ｘ１０-4J
／ｍ2であった。これはＮ６５(実施例TN１)の測定値よりも１６倍小さい。した がって、MXM０３５ 処理はTN装置の操作挙動に大きな影響を及ぼすことが期待さ
れる。
【００９３】 非対称単格子を配向表面として用いてセルを構築した。片方の表面上の溝方向
を他方の表面の溝方向に直行させて、液晶の捩じれが略９０°の捩じれ配置にな
るようにした。セルの間隔を２．０５μmに設定した(第１GoochおよびTarry極小
)。図１３は二つのセルのrms電圧に対する透過を示し、片方のセルは4％MXM035 で処理して弱い束縛を与えてある。この場合では、弱い束縛処理が極めて大きな
操作電圧の減少をもたらした。ゼロボルト値の５０％透過は弱い束縛表面で電圧
０．８Vに到達し、強い束縛表面での１．９３Vと対比される。したがって、弱い
束縛のTNは通常のTNで使用される操作電力の１７％であると期待される。
【００９４】 弱い束縛処理はセル間隔が大きい場合に性能の改善をもたらす。これを実証す
るために、セル間隔をE７の第二GoochおよびTarry極小に対応する４．６μmで構
築したさらなる二個のTNセルからデータを採った。片方のセルには純粋なE７を 充填し、他方のセルには既に説明したように予め硬化させたE７中４％のMXM０３
５を充填した。図１４はこれら二つのセルの電子光学応答を示す。この場合にお
いても、弱い束縛のセルは極めて低い電圧で応答を示した。５０％透過は束縛の
弱いTNでは１．０７Vで起こり、通常のTNの２．１６Vと対比される。弱い束縛処
理はTNの動的応答を変化させると期待されるので、０ボルトと４ボルトとの間の
切り換えをこれらのセルにつき測定して表２に示した。MXM０３５の添加がスイ ッチオン時間（τon）を減少させ、スイッチオフ時間(τoff)を増加させること が分かる。この挙動は弱い表面束縛と合致する。
【００９５】
【表２】
【００９６】 実施例TN３ 弱い束縛処理はほかの表面配向と共に用いられて、TN性能を改善することがで
きる。この実施例では、MXM０３５をラビングポリマー配向と共に用いた。
【００９７】 ITO被覆ガラスにProbomide３２(Ciba Geigy)をスピンコートし、基板を３００
℃でベークしてラビング表面配向を作成した。次に、表面を回転ローラに付着し
たナイロンクロスで一方方向にラビングした。最後に、セルを構築し、表面のラ
ビング方向を他方の表面の方向と直行させた。セル間隔をエッジシールに単分散
させたスペーサビーズを用いて４．６μmに設定した。図１０は一方にE７を充填
、他方にE７＋４％MXM０３５を充填した二つのTNセルで記録した電子光学応答の
比較を示す。この場合においても、弱い束縛処理の付加が操作電圧の低減をもた
らす。
【００９８】 実施例TN４ 捩じれネマチック装置の特殊タイプの一つがVCT装置であり、これは電圧を印 加すると、実質的に捩じれのない状態から捩じれた状態に切り換わる。この実施
例では、VCT装置の操作が弱い束縛処理の付加によって改善される。この実施例 の表面配向は実施例TN１で説明した非対称格子表面で付与した。
【００９９】 弱い束縛処理は１０％のA部と９０％のB部とを混合したMXM０３５である。こ の混合物の４％を負の誘電異方性を持つネマチックMLC６６０８に加えた。次に 、MXM０３５／MLC６６０８混合物をガラスセルに入れ、UV放射（２．０mW／cm2 で１０分、温度６５℃）に露光してMXM０３５を硬化させた。硬化した後に、混 合物をVCT試験セルに充填して用いた。
【０１００】 一方の表面の格子溝が他方の面の方向に直行するようにVCTセルを構築した。 構築する前に、垂直配向の界面状態（分子が壁表面に垂直）を誘起させるために
、表面の格子をクロム錯体界面活性剤で処理した。他方の面の格子はプラナール
な界面状態を誘起させるために、未処理のままにした。セル間隔はエッジシール
のスペーサビーズを用いて５．３μmに設定した。図６は二種のVCT装置の電子光
学応答を示し、片方の装置は弱い束縛処理を含む。純粋なMLC６６０８を含むVCT
は電圧２．９１Vで５０％透過を示し、MLC６６０８に４％MXM０３５を含有するV
CTは電圧１．５２Vで５０％透過を示した。したがって、弱い束縛状態が操作電 圧の劇的な低減をもたらす。
【０１０１】 この二種のセルにつき、０ボルトと５ボルトとの間の切り換えに関するVCTの 動的応答時間を測定して、表３に示した。MXM０３５の添加がスイッチオン時間 （τon）を減少させ、スイッチオフ時間(τoff)を増加させることが分かる。
【０１０２】
【表３】
【０１０３】 上述した実施例はオリゴマー様材料（Norland６５,MXM０３５）を格子表面か ラビングポリマー表面のいずれかを持つセルに加えることが捩じれネマチック装
置の操作電圧の減少をもたらすことを示した。
【０１０４】 双安定性ネマチック装置 この種の装置は或る程度の違いはあるが、実質的に図１および２に示したよう
な基本構造を持つ。入力偏光子は、配向状態が方位角で９０°異なる場合につき
、一方の配向状態に平方している。最も顕著な実際面での違いはセル壁３,４の 少なくとも片方が配向格子で処理されて（捩じれネマチックの場合の単安定配向
ではなく）双安定配向、すなわちR,R'で示すように４５°(９０°のこともある)
離れた二つの安定な配向、を与えることである。例として、配向は対称および非
対称輪郭を持つ複格子によって付与され、配向と必要量のプレティルトの両方を
与える。双安定ネマチック装置を与える複格子の製造方法は英国特許出願A−２,
２８６,４６７号（PCT−WO９５／２２０７７号）およびWO９７／１４９９０号、
(PCT９６／０２４６３号、英国特許９５２１１０６．６号)に記載されている。
【０１０５】 セルの第二の表面は(複格子によって提供されていなければ)プラナールまたは
垂直配向な単格子表面であってもよい。
【０１０６】 充分な束縛エネルギーを持つプレティルト(天頂の)および配向方向(方位の)は
通常の方法で得られる。このことは電界の影響下にある装置の切り換えが殆ど層
の中心での液晶分子の移動の原因となり、壁表面近傍での移動の原因とならない
ことを意味する。プレティルトおよび配向方向の両方が装置の良好な性能に必用
である。必用なのはセル壁またはセル壁近傍で分子が正常な電圧印加の下で移動
することができるようなプレティルト値と配向および減少した束縛エネルギーで
ある。
【０１０７】 本発明の実施形態はこのような必要なプレティルトと配向を減少した表面束縛
エネルギーと共に提供する。本発明は一つの実施形態において、液晶層２にオリ
ゴマーユニットを含有させ、かつオリゴマーが優先的にセル壁表面へ移動するこ
とでこれを実施する。
【０１０８】 双安定ネマチック切り換えは表面配向ベクトルの再配向に依存し、低電圧切り
換えを実現するためには、天頂及び方位両方の束縛エネルギーを減少させる必要
がある。
【０１０９】 さらに、第１ネマチック相の表面への微視的な吸着に由来する全ての付加的な
非弾性記憶方位束縛〔ベッター(p. Vetter)ら、Euro Display 199３, SID, p.９
〕は排除されなければならない。この束縛記憶は分子を所与の位置(例えば、二 つの切り換えられた状態の間)にピン止めする効果があり、分子は電圧が除かれ たときに所与の位置に復元する。理想的には、この記憶は分子が電圧を除いた後
にその切り換わった位置に留まるように完全に排除されるべきである。実際には
、完全な除去でなく減少で充分である。
【０１１０】 双安定表面に適当された弱い束縛処理の三実施例を説明する。
【０１１１】 実施例BN１ この処理は小量(１〜１０%)のUV硬化性接着剤をセルに充填する前のネマチッ クに添加することからなる。適切な接着剤の例はN６５,N６３、N６０またはN１ ２３(全てNorland Products Incorporated, North Brunswick, NJ, USA製)を包 含する。この具体的な実施例ではこれらの材料の一つ(N６５)を使用する。
【０１１２】 第一の実験では、この材料をネマチックE７に１%、２%、４%および６%の濃度 で添加した。次に、混合物を内壁がフラットなポリマー層で被覆され、配向方向
を持たないセルに充填した。この実験の目的はN６５の添加で表面の束縛が弱く なることを確認することであった。１６０℃でハードベークして液晶中に溶解し
ないようにしたフォトレジスト(Shipley１８０５)層を用いて表面を作成した。
【０１１３】 この表面を用いて間隔が１０μmの複数のセルを製作した。それぞれのセルに 異なる濃度のN６５を充填し、純粋なE７を充填した対照サンプルを作成した。充
填は等方相(６５℃)で行ない、UV光に露光しないで室温に徐冷した。全てのセル
はネマチックのシュレリーン組織と呼ばれるランダムなプラナール配向を示した
。純粋なE７,１%N６５および２%N６５の場合では、組織は指圧をかけることでセ
ル表面へ移動できなかったが、４%組織と６%組織では、組織は極めて移動しやす
く、領域壁は僅かな圧力の適用で容易に移動した。領域壁は移動した後では元の
位置に復帰することなく、数日以上にわたって新しい位置に留まった。したがっ
て、４%および６%混合物は記憶束縛の喪失をもたらす。
【０１１４】 第二の類似な実験を行ない、この実験では充填後のセルを室温に冷却する前に
UV放射に露光した。この場合、４%、６%および２%混合物も室温で領域壁の移動 を示した。２%混合物での改善は次のように説明することができる。N６５材料は
UV放射の下で重合してオリゴマーユニットを生成するエステルおよびアクリレー
トモノマーの両方を含有し、このオリゴマーユニットが結合して大きなポリマー
の鎖を形成する。２%溶液が単時間で硬化すれば、オリゴマーユニットの生成時 点で反応は終結する。オリゴマーは液晶から相離脱しないが、表面の自由エネル
ギーを最小にするために表面へ優先的に移動する。これが表面での液晶の量を稀
釈する効果を有し、次式〔ドゲネス（Ｐ. G. DeGennes）、The Physics of Liqu
id Crystals, Clarandon Press, Oxford 1974〕で定義される秩序パラメータSの
効果的な減少をもたらす。 S＝1／2〈(３cos2θ−１)〉 (３)
【０１１５】 オリゴマー濃縮によるネマチック秩序の減少は記憶束縛を除く表面からの液晶
のスクリーニングと弾性束縛エネルギーWΘの減少という二重の効果をもつ。未 硬化の材料もこの効果を有するが、アクリレートモノマーが表面方向に優先的に
移動しないので高い大濃度(＞４%)で添加しなければならない。
【０１１６】 次に、N６５を２%含有する硬化した材料をセルから取り出して、別のセルに充
填した。この第二のセルも高度に移動性なシュレリーン組織を示し、弱い束縛の
効果は硬化中に生じた表面層でなく、本体中の添加物に由来するものであること
を実証した。
【０１１７】 次の一組の実験は天頂束縛エネルギーWΘに及ぼすN６５処理の効果を示すべく
計画された。この大きさは実施例TN１で説明した飽和電圧Vsを測定することで定
量的に計算した。 結果を表４に示す。純粋なE７セルはセルが破壊する前にブラック状態を示さ なかったので、WΘの低限界だけを示した。N６５を含有するE７の場合、混合物 を別の実験セルに移送する前に溶融シリカセルに中で硬化させた。露光はフィル
タ未装着水銀灯を用い、光出力２．０mW／cm2で行なった。
【０１１８】
【表４】
【０１１９】 硬化時間が長い程、束縛が強いことが判明し、これは表面の秩序パラメータを
低下させるよりもネマチックから相を分離する傾向のある長いポリマー鎖の生成
と一致している。一連のデータは束縛エネルギーがE７中のN６５／E７混合物の 稀釈で制御できることを示す。全ての場合において、硬化過程のN６５の割合を ２%に保って、反応速度の一貫性を図った。
【０１２０】 上記の結果はN６５処理が面内記憶束縛を喪失させると共に、天頂束縛エネル ギーを（約一桁の大きさで）低下させることを確認するものである。次のステッ
プで、双安定ネマチック装置の切り換えに及ぼす処理の効果を試験する。
【０１２１】 双安定ネマチック配向を提供する表面の一例は図７の例示と類似な方法で作成
した表面複格子である（英国特許２２８６４６７−A号に記載がある）。この場 合、ITO被覆ガラス２１上に１８０５フォトレジスト２０をスピン速度３０００r
pmで肉厚が０．５５μmになるようにスピンコートして試料を作成した。試料を ９０℃で３０分ソフトベークした。マスク２２を介してハードコンタクト・リソ
グラフを用いて（すなわち、図７に示した６０°でなく、マスク２２に垂直に）
複格子を標準的な露光時間である２５０秒(０．３mW／cm2) 露光した。マスク２
２はそれぞれの方向に間隔０．５μm、ピッチ１．４x１．４μmで隔てられた０ ．９μmのクロム製正方形の複格子模様パターンを包含した。現像はShipley MF ３１９中で１０秒間行なって、次に水洗した。最後に、遠紫外線露光(２５４ｎ ｍで３．３６J／cm2)でフォトレジストを前硬化させる前に、試料を１６０℃で ４５分ベークした。このプロセスで、それぞれが対称な輪郭を持つ二つの全く同
じ変調の複格子を創生することができた。したがって、この試料上のネマチック
配向は方位角９０°で隔てられた二つの傾きのない配向状態（配向、ただし、表
面の傾きの無い）から構成されていると期待される。このような配向は通常、デ
ィスプレイ装置に使用されないが、試験および比較のために作成した。
【０１２２】 次に、この(ゼロプレティルト)複格子を片方の表面上の溝方向が他方の面上の
溝方向に一致するように両方の内表面上に配置して、セル間隔０．９５μｍを持
つ複数のセルを作成した。これらのセルに異なる濃度のＮ６５をその等方相に含
有するＥ７を充填した。室温に冷却すると、全てのセルは予想された二つの配向
方向を示した。この状態は表面プレティルトを持たない、したがって広がりが無
いので、電気的パルスを与えて一つの状態だけを選択させる（広がった配位にお
ける撓電カップリングのような）方法はない。しかしながら、状態の間のランダ
ムな切り換えは起こり、それはパルス誘起領域壁の移動でみられた。
【０１２３】 パルスの長さが異なる矩形単極子パルスをそれぞれのセルに与えた。それぞれ
のパルスは先行パルスから交番して直流平衡を維持した。パルス長さの１００倍
の時間間隔でパルスを分離した。それぞれのパルス長さにつき、それを超えると
領域壁移動が起きる電圧が存在した。図8に純粋なE７を充填したセルと前硬化し
たE7と２%N６５の混合物を充填したセルの両方につき、この閾値電圧と時間との
関係を示す。N６５は明らかに１０．８msパルスで電圧閾値を５．０V／μmまで 低下させた。対照的に、E７セルは遥かに高い電圧切り換え(１５．０V／μm)を 示し、実際に低いパルス長さで絶縁破壊を起こした。
【０１２４】 上記の結果はN６５処理が低電圧の双安定性切り換えをもたらすことを示し、 これは複格子によって強いられた弾性WΦにほかならない面内記憶束縛を兼ね備 えた低い天頂束縛エネルギーと一致する。
【０１２５】 完全に選択的な双安定切り換えを得るためには、パルスの適用によって一つの
状態が優先されなければならない。これは、二つの双安定状態が適切なプレティ
ルトを持っていれば、直流カップリングを撓電分極に用いて実現することができ
る。WO９２／００５４では、プレティルトは斜め蒸着SiOで得られる。
【０１２６】 英国特許２２８６４６７−A号記載のさらに制御可能な方法では、両変調が非 対称輪郭を持つ複格子を用いてプレティルトを実現する。この方法は双安定状態
の一方の状態に０°のプレティルトを維持子ながら、他方の状態に代表的な１７
°のプレティルトを可能にする。図７に示した以下の製作プロセスを用いて、N ６５処理と共にこれらの表面を試験した。
【０１２７】 １８０５フォトレジストの薄層２０'を既に説明したようにITO被覆ガラス２１
'上にスピンコートした。ソフトベークの後に、図７に示した軸ずれ斜め露光配 置 (すなわち、表面垂線に対し６０°、正方形画素のマスクアレイに対し約４５
°からの露光) を用い、ピッチが１．４ｘ１．４μmのマスク２２'を通して層２
０'を露光した。露光時間は５４０秒(０．１５ｍＷ／ｃｍ2)にセットした。現像
および加工の後に、複格子表面で表面プレティルトの測定を可能にする１０μｍ
のセルスペーサを用いて、フラットなフォトレジスト表面(すなわち、格子の無 い、したがってゼロプレティルト)に対抗させて複格子を構築した。
【０１２８】 表５は種々の混合物を充填したセルにつき、結晶回転法〔シェファー（T. J.
Scheffer）およびネーリング（J. Nehring）、J. App. Phys., vol.48, no. 5,p
.1783 (1977) 〕で測定した傾いた状態のプレティルトを示す。全ての場合にお いて、傾きの無い状態のプレティルトは０．１°未満であった。
【０１２９】
【表５】
【０１３０】 純粋なE７は予想通りプレティルトが高かったが、N６５(前硬化)２%添加は大 幅なプレティルトの喪失をもたらし、この処理は直流感度を達成するためにかな
りのプレティルトを必用とする撓電カップリング装置に不適であることを意味す
る。しかしながら、純粋なE７の添加で２%混合物をさらに稀釈して、プレティル
トの値を純粋なE７セルに近づけることが可能である。
【０１３１】 表４と表５のデータの比較から、弱い天頂束縛を与え、一方で表面プレティル
トを維持している混合物の処方を得ることは可能であることが判る。E７中２%N ６５のプレティルト喪失は、ネマチックに局所的表面を持つ非正弦配向を採らせ
るWΘがさらに弱くなることで理解することができる。これが低いプレティルト 状態に比較してプレティルトの高い状態の安定性を奪っている。このような状態
は英国特許９５０２６３５．７、「液晶装置配向(Liquid Crystal Device Align
ment)」〔ブライアン−ブラウン（Bryan−Brown）、ブラウン（C. V. Brown）お
よびマクドーネル (D. G. McDonnell) 〕に記述がある。
【０１３２】 上記の結果はオリゴマー様添加物(N６５)が標準的なネマチック(例えば、E７)
と混ぜ合わさって、プレティルトなどのほかの表面に関するパラメータを犠牲に
することなく、双安定性ネマチック装置の電圧応答を改善することを示す。
【０１３３】 実施例BN２ 弱い束縛処理の別の実施例はチオールとビニルエーテルの塊重合を用いて以下
に示す構造Aの化合物を合成することである。添え字のｎは鎖の反復数を表わす 。 −［S(CH2)6CH2CH2O(CH2)6OCH2CH2］n− A
【０１３４】 実施例BN１のように、前駆体材料をE７に添加してから溶融シリカ予備セルの 中で硬化させた。硬化した材料を内表面がハードベークフォトレジストで被覆さ
れた第二のセルに移した。充填を６５℃で行ない、室温まで徐冷した。特定な一
つのセルをE７に前駆体材料５%を添加した溶液から硬化させた混合物で充たした
。このセルは極めて移動性な領域壁を持つシュレリーン組織を示し、全ての面内
記憶束縛を喪失していたことが確認された。
【０１３５】 飽和電圧の測定から、天頂束縛エネルギーの値が１．２x１０-3nm-1に低下し たことが明らかになった。この値は表４に示した値よりも低く、この場合に生成
したオリゴマーユニットがネマチック相の表面の秩序パラメータを低下させるの
にさらに有効であることが示された。この場合でも、５%溶液を純粋なE７中で稀
釈することで、弱い天頂束縛エネルギーと高い(＞１５°)プレティルトとを兼ね
備えた格子表面の処方が明らかにされた。 したがって、構造Aはプレティルトなどのほかの表面パラメータを犠牲にしな いで、双安定ネマチック装置の電圧応答を改善するネマチック(例えば、E７)に 添加することができるオリゴマーの別の成功例である。
【０１３６】 実施例BN３ 次の構造Bは弱い束縛処理を創出するのに用いられるモノマーの例のリストで ある。 CH2＝CHO(CH2)6OCH=CH2 HDVE(ヘキサン-1,6-ジオールジビルエーテル) B CH2=CHOC4H9 BVE（ブチルビニルエーテル） B HSCH2CO2(CH2)2OCOCHS2H EGTG(エチレングリコールビスチオグリコレート) B HS(CH2)9SH NDT（ノナン-1,9-ジオール） B
【０１３７】 前の実施例では、低電圧双安定ネマチック切り換えはWqが低下するときに起こ
ることが示された。したがって、Bの材料を調査してWΘに及ぼすその効果を確定
した。 これらの材料を液晶に添加する前に硬化させ、最終混合物を実施例BN１で説明
したように内表面上にフラットなハードベークフォトレジストを含有するセルの
中で試験した。次に、実施例BN１で説明した方法を用いてWΘの値を得た。
【０１３８】 リストに挙げた材料のうち、EGTGとNDTはチオール末端を持つモノマーで、HDV
EとBVEはそれぞれ単官能性および二官能性「エン」化合物である。
【０１３９】 調査した最初の混合物の組みを表６に示す。それぞれの場合で、鎖の終端を誘
発させて分子量の小さいオリゴマーを生成させるために、単官能性BVEを所定量 の二官能性HDVEに加えた。それぞれの場合において、引用したパーセントはHDVE
を基準にしたBVEのモル量である。さらに、各混合物中のNDTの量を変化させて、
チオール基とエン基の数を等しく保った。それぞれの混合物に光反応開始剤とし
て働くIgracure６５１(Merck) を１%加えた。それぞれの材料につき、１０分間 の水銀灯(２．０mW/cm2)照射の下で硬化を行なった。液晶としてE７(Merck)を使
用し、これに２%(重量)のそれぞれの材料を添加した。表６の結果は得られる天 頂束縛エネルギーが３．６〜８．８x１０-3Jm-2の範囲にあることを示す。した がって、全ての混合物が束縛を純粋なE７で見出された値(＞５x１０-2Jm-2)から
低下させるのに充分であると考えられる。さらにBVEを多く加えるとオリゴマー 鎖が短くなり、束縛が弱くなる。
【０１４０】
【表６】
【０１４１】 EGTG,HDVEおよびBVEを含有する混合物の組を用いて、所与の種類の材料に関し
、束縛と分子長の相関をさらに試験した。この場合、それぞれの材料の分子量を
測定するために、表７に示すようにGPC分析を行なった。Mnはそれぞれの鎖の平 均数、Mwは鎖当たりの平均分子量、WΘは天頂束縛エネルギーである。BVEの最小
部(２％)が最長分子長をもたらすことが判明し、逆も同様であった。E７にこれ らの化合物のそれぞれ１％を加えて、WΘを測定した。分子量とWΘとの相関はW Θ の測定誤差を考慮するとかなりよい。
【０１４２】
【表７】
【０１４３】 纏めると、この実施例で二組の材料を試験し、両方ともWΘの減少をもたらす ことが示された。さらに、これらの材料の試料は双安定ネマチック装置における
切り換え電圧を減少させることが判明した。
【０１４４】 スメクチック装置 図１６,１７に示したディスプレイセル１０１はスペーサリング１０４および ／または分散型スペーサによって約１〜６μmの間隔で配置した二つのガラス壁 １０２,１０３を含む。 透明な酸化スズの電極構造体１０５,１０６は両方の壁の内面上に形成される 。これらの電極はX,Yマトリックスを形成する横列および縦列として示してある が、ほかの形態であってもよい。例えば、極座標ディスプレイのための放射また
は曲線状、或いはディジタル７バーディスプレイのための扇形、光シャッターを
形成するためのプレーンシート状など。 スメクチック液晶材料の層１０７は壁１０２,１０３とスペーサリング１０４ との間に含有される。 偏光子１０８,１０９はセル１０１の前と後に配置される。横列および縦列ド ライバ１１０,１１１は電圧信号をセルに印加する。二組の波形が発生されて、 横列および縦列ドライバ１１０,１１１へ供給される。ストロボ波形発生器１１ ２は横列波形を供給し、データ波形発生器１１３はオンおよびオフ波形を縦列ド
ライバ１１１に供給する。タイミングの総合的制御およびディスプレイフォーマ
ットは論理制御ユニット１１４で制御される。
【０１４５】 組み立てる前に、ポリイミドまたはポリアミドなどの重合性材料の薄層スピン
コート、乾燥、適切な硬化、柔らかい布(例えばレイヨン)で一方方向R1,R2に磨 くことなどで壁１０２,１０３を表面処理する。この周知な処理で液晶分子の表 面配向が付与される。ネマチックおよびコレステリック相では、電界が架けられ
ていない場合に分子は壁１０２,１０３の表面でラビングした方向R１,R２に沿っ
て、かつ表面へのプレティルト角ξ、例えば２〜１０°で配向する。 表面配向は必用なプレティルトξ値を与えるように手配する。例えば、ポリイ
ミド材料は（例えばPolyimide３２）はラビングすると約２°の標準的なプレテ ィルトを与え、実際の値は液晶材料と加工に左右される。別の選択肢として、英
国特許出願A２,２８６号、英国特許出願A２,２８６,４６７号、英国特許出願A２
,２８６,８９４号、英国特許出願A２,２９８６,８９３号記載のように、セル壁 上にあるの範囲にプレティルト角と配向方向を付与する格子を形成させてもよい
。格子は輪郭が対称および／または非対称でもよく、所望のプレティルトξ、方
位束縛エネルギーβおよび天頂束縛エネルギーαを与える形状でもよい。
【０１４６】 装置は透過または反射形式で操作することができる。透過形式の場合、装置を
通過する光、例えばタングステン球１１５からの光は選択的に透過または阻止さ
れて所望のディスプレイを生成する。反射形式の場合、鏡１１６が第２偏光子１
０９の背後に配置されていて、周囲光をセル１０１および二つの偏光子を介して
後方に反射する。鏡を部分反射にすることで、装置を透過および反射の両形式で
操作することができる。
【０１４７】 多色染料を材料１０７に添加することもできる。この場合、偏光子は一つだけ
必用であり層の肉厚は標準的に４〜１０μmである。 スメクチック材料１０７がキラルなスメクチック、例えばスメクチックC(Sc*)
であれば、双安定性装置を作成することができる。このような装置は表面安定化
強誘電性装置(SSFLC)であり、光学的に特異な二つの双安定状態に対応する。キ ラルなスメクチック材料では、分子は図９に示した(仮想的な)錘状体の表面に沿
って位置し、移動する傾向にある。表面の配向方向R１,R２が平行であれば、こ れらの錘状体の(ｚ)軸はこの配向方向に平行であり、分子は錘状体表面上の軸の
どちら側にも位置する。
【０１４８】 切り換わった状態の一方Ｄ１では、分子は錘状体の片側に位置し、第二の双安
定状態Ｄ2では、錘状体の別の側に位置する。切り換えは材料の自発分極係数(P)
と連結している電極１０６,１０７を通して適用された適切な符合と長さの電圧 パルスを与えることで達成される。錘角Θcは材料パラメータの関数である。装 置では、二つの切り換わった位置D１,D２における分子は錘状体の先端でなく、 僅か距離だけ離れて位置する。これは双安定な位置の間の角が錘角より幾分小さ
く、材料に交流電圧信号を与えることによって僅か増加することを意味し、これ
は既に説明した交流安定化として周知である。切り換わった状態間の理想的な角
は45°である。これはセルが交差した偏光子１０８,１０９の間に切り換わった 方向の一方に沿って一方の偏光子の軸を持って配置したときに、セルのコントラ
ストが最大になるからである。これによって、切り換わった片方の状態に暗状態
が、他方の切り換わった位置に明状態が与えられる。
【０１４９】 二つの状態間の角間距離は記憶角Θmとして定義される〔Itou(N. Itoh)ら、Jp
n. J. Appy. Phys., 31, L1089 (1992) 参照〕。したがって、明状態における最
大輝度の最適記憶角は４５°である。しかしながら、殆どの材料は４５°未満の
記憶角を有し、輝度の喪失は免れない。
【０１５０】 強誘電性液晶に弱い束縛処理を施して記憶角を増加させ、したがってディスプ
レイの輝度を改善することができる。この処理で等方相からスメクチック相への
冷却時に生成したミクロ層の平行移動量も減らすこともでき、配向の改善に繋が
る。
【０１５１】 セルの作成例 Probomide３２(Chiba Geigy)をITO被覆ガラス状にスピンコートし、基板を３ ００℃でベークして配向表面を作成した。次に、表面を回転ロールに付着したナ
イロンクロスで一方向Rにラビングした。最後に、表面上のラビング方向R1を他 の面のラビング方向R2に平行させてセルを構築した。エッジシールに単分散スペ
ーサビーズを用いてセル間隔(ｄ)を１．１μmに設定した。次に、それぞれのセ ルに小量のN６５でドープした強誘電性液晶ZLI５０１４(Merck)を充填した。充 填する前に、N６５を別のセル内で硬化させた。
【０１５２】 図１０は純粋なZLI５０１４または４%N６５とZLI５０１４の混合物のいずれか
を含有する二種のセルにつき測定した記憶角を、印加電圧(５０kHz交流)の関数 として示す。結果は弱い束縛処理が全ての電圧で著しい記憶角の増加をもたらす
ことを明白に示す。したがって、この処理は交差偏光子間のオン状態の透過を増
加させることによって強誘電性装置を改善した。例えば、５Vで記憶角は１７． １°から３４．４°に増加し、装置の輝度は３．７倍になる。
【０１５３】 双安定性強誘電装置は適切な方向、振幅および長さの一方向性パルスを受けて
切り換わる。ストロボパルスは逐次的に横列の下方に与えられ、二つの異なるデ
ータパルスの一方はそれぞれの縦列に与えられる。アドレッシングの例は米国特
許５,４９７,１７３号、英国特許２,２３２,８０２号、米国出願番号０７／９７
７,４４２号、英国特許２,２６２,８３１号に記述がある。
【０１５４】 そのほかの幾つかのスメクチック装置が本発明になる配向表面で作成される。
電傾スメクチック装置の例；単安定強誘電性装置の米国特許５,０６１,０４７号
、米国特許４,９６９,７１９号、米国特許４,９９７,２６４号、色変化スメクチ
ック投影セルの米国特許５,１８９,５３４号、英国特許２,２３６,４０３号。配
向はスメクチックミクロ層配位のシェブロン型C1またはC2、或いは対向壁上のラ
ビング方向が同じ方向の傾いたブックシェルフ配位、あるいは真のブックシェル
フ配位配向を生成する。
【０１５５】 束縛エネルギーが減少することで、等方相からスメクチック相への冷却時に生
成したミクロ層に僅かな量の平行移動が起きる。 束縛エネルギーの減少は以下に説明するように種々のスメクチック装置に応用
することができる。
【０１５６】 (i)．低表面粘性で表面記憶効果の無いブックシェルフおよび準ブックシェル フ FLCに用いられる殆どの材料はSmC*を経由する冷却時に分子と層垂線との間の 角が増加するために層収縮を示す。スメクチック層の表面でのピン止め傾向がシ
ェブロン構造の形成をもたらす。 ピン止めエネルギーが層の平行滑りを阻止するのに充分高ければ(すなわち、 層の滑り関連エネルギーコストがシェブロン界面、三角配向ベクトル輪郭におけ
る配向ベクトルの弾性歪みに関連したエネルギー、および選好された配向方向に
位置することができない配向ベクトルに関連した配向表面エネルギーよりも遥か
に大きければ)、層収縮には層が表面垂線を基準にして傾いていることが必用で ある。 両方の表面が類似な高い層滑り項を持っていれば、層はセルの中心面周りで必
然的に対称なシェブロン構造へと傾くはずである。標準的な材料では、この層収
縮の程度は層の傾き角δがスメクチック錘角θの一定な分数、通常はδ／θ＝０
．８５である程度である。これが二つの双安定状態間における角の減少、したが
ってセルの光学的コントラストの減少を引き起こす。いわゆる準ブックシェルフ
配置では、高い記憶角はδを低くすることで達成される。層のピン止め項を十分
弱くできれば(例えば、相対的に高い表面濃度を用いる)、ブックシェルフ配置、
すなわちδ＝０、が得られる。方位角βを充分小さくできれば、二つの双安定状
態がラビング方向に対し±θの最適角を採る均一な配向ベクトル輪郭が得られる
。得られる高いコントラストと装置の輝度は減少した／全く無い記憶効果の利点
（記憶効果はほかのブックシェルフ装置では難題である）および速い応答（表面
の配向ベクトルが固体表面から脱カップリングして、表面粘性が本体の粘性に等
しくなることに由る）の利点に結びつく。
【０１５７】 (ii)．改善された記憶角を持つシェブロン この装置はシェブロン配置における層傾き角を小さくするために、滑り界面活
性剤を十分な濃度で使用する。これによって、記憶角が大きくなりマルチプレッ
クス式装置の輝度が改善される。しかしながら、平行エネルギー(すなわち、層 のピン止め)に強い影響を与えないで配向表面エネルギーを低下させることがで きる。したがって、シェブロン構造は大部分がそのままであるが（すなわち、δ
は不変）、表面での配向ベクトルの配向はさらに高くなる。交流電界が存在しな
いと、配向ベクトルの表面捩じれはシェブロン界面の捩じれに近づく。この状態
の光学的均一性(したがって、コントラスト)が改善される。さらに、表面エネル
ギーが低下する程、交流電界の存在する表面での配向ベクトルの角は増加する。
したがって、交流安定化ディスプレイの輝度も向上する。
【０１５８】 (iii)．等方性からスメクチックへの転移の改善 界面活性剤は層を表面で滑り易くして、表面だけの配向特性で決定される(す なわち、平行制約の無い)エネルギー状態(すなわち、均一層)を生成する。N*(コ
レステリック)が通常明白でないAFLCで特に有用であり、材料要件が厳しくN(*) 相が使用できないその他の装置(例えば、FLC)でも有用である。
【０１５９】 (iv)スメクチック装置の機械的、三年毎のまたは電気的損傷に対する安定性の
改善 機械的、電気的または熱的衝撃による良く配向したスメクチックの破壊は、破
壊状態が最低エネルギー状態でなくても、取り除くことが難しい表面での層のピ
ン止めをもたらす。ピン止めが除去されれば、システムは破壊する以前にこの最
小エネルギー状態に戻って弛緩する。
【０１６０】 (v)．高度に傾いたシェブロン装置の改善 シェブロン配置のFLC装置の表面配向が錘状体角に近づくのを確実にする、す なわち記憶角を改善するために、高い表面プレティルトが利用される（これはCA
NONによって用いられ、ジョン（Jone）、Tower Hughs reviewに記述がある）。 巻かれていないN*相では、配向ベクトルは大きな広がりおよび曲げ歪みを持つ。
スメクチックA相に冷却すると、この曲げを保持することはできない。層が存在 し、配向ベクトルが所望のプレティルトからそれて位置することを余儀なくされ
た表面に歪みを押し付けるからである。これが配向の変化、したがってSmC*相の
欠陥をもたらす（この配位に切り換わるまで、最初の冷却時に「砂状組織」を形
成することが多い）。さらに、天頂表面記憶効果によって引き起こされたプレテ
ィルトの塑性変化があることもある。これはSmC*相に冷却したときに、有効なプ
レティルトが低下して、得られる記憶角が幾らか減少することを意味する。 滑り界面活性剤によって、表面の記憶が減少し、プレティルトはそのままで変
化しない。これは滑り易い表面技術をネマチック相に用いた例であるが、結果と
してスメクチック装置の性能が改善された点に留意されたい。
【０１６１】 (vi)．電傾および反強誘電性(AFLC)装置の改善 この両装置では、配向ベクトルの捩じれが直流電界によって誘起され、スメク
チック層が収縮する傾向がある。表面にピン止めされていれば、架けられた電界
は層の傾きを誘起する傾向があり、（E‖Pi要件と矛盾するが）それは欠陥によ る光学的外観を損じ、配向ベクトルがセル平面外に傾くので視角も減少する。滑
り易い界面活性剤によって、配向ベクトルと層の両方が、表面の記憶または粘性
効果無しに、表面を横切って容易に移動することができる。
【０１６２】 (vii)．N−SmC装置の改善 利点は、シェブロン型構造の形成傾向の減少、表面記憶の減少、早い表面切り
換えに及ぶ。
【０１６３】 (viii)．FLCでのT状態形成傾向の減少 極表面相互作用に由来する。これは上記の全ての装置の光学的、電子光学的特
性を良好な状態に確保する（具体的には、シェブロンおよびブックシェルフ装置
）。
【０１６４】 (ix)．スメクチック装置の配向の改善 処理は表面の不規則性にピン止めされる欠陥（例えば、N*相に重なるピッチ線
、或いはSmC*におけるC1状態／ジグザグ）を防止する。
【０１６５】 本発明の実施例に使用したモノマー材料は、例示として示す次の化合物を包含
する。 メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアク
リレート、ペンチルアクリレート、2−メチルブチルアクリレート、ヘキシルア クリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、ノニルアクリレー
ト、デシルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート、メチルメタアクリレー
ト、エチルメタアクリレート、プロピルメタアクリレート、ブチルメタアクリレ
ート、ペンチルメタアクリレート、2−メチルブチルメタアクリレート、ヘキシ ルメタアクリレート、ヘプチルメタアクリレート、オクチルメタアクリレート、
ノニルメタアクリレート、デシルメタアクリレート、エチルヘキシルメタアクリ
レート、スチレン、エチレングリコールジアクリレート、1,2−プロピレングリ コールジアクリレート、プロパン−1,3−ジオールジアクリレート、ブタン−1,4
−ジオールジアクリレート、ペンタン−1,5−ジオールジアクリレート、ヘキサ ン−1,6−ジオールジアクリレート、ヘプタン−1,7−ジオールジアクリレート、
オクタン−1,8−ジオールジアクリレート、ノナン−1,9−ジオールジアクリレー
ト、デカン−1,10−ジオールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、
トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレ
ート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジ−ペンタエリスリトールヘ
キサアクリレート、エチレングリコールジメタアクリレート、１,２−プロピレ ングリコールジメタアクリレート、プロパン−1,3−ジオールジメタアクリレー ト、ブタン−1,4−ジオールジメタアクリレート、ペンタン−1,5−ジオールジメ
タアクリレート、ヘキサン−1,6−ジオールジメタアクリレート、ヘプタン−1,7
−ジオールジメタアクリレート、オクタン−1,8−ジオールジメタアクリレート 、ノナン−1,9−ジオールジメタアクリレート、デカン−1,10−ジオールジメタ アクリレート、グリセロールトリメタアクリレート、トリメチロールプロパント
リメタアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタアクリレート、ペンタエリ
スリトールテトラメタアクリレート、ジ−ペンタエリスリトールヘキサメタアク
リレート。
【０１６６】 ポリマーのさらなるクラスはフリーラジカル条件下で二官能性アルケンと二官
能性チオールの共重合で合成されるジ−チオール／ジエンポリマーを包含する。
単官能性および／または多官能性アルケンおよび／またはチオールはポリマーの
特性修飾、例えばポリマーの分子量を減らす、或いはポリマーに制御された程度
の架橋を導入するために、含有させることができる。以下に例示として示した化
合物は本発明の実施例に適切に使用されるポリマーに包含される。 メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアク
リレート、ペンチルアクリレート、2−メチルブチルアクリレート、ヘキシルア クリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、ノニルアクリレー
ト、デシルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート、メチルメタアクリレー
ト、エチルメタアクリレート、プロピルメタアクリレート、ブチルメタアクリレ
ート、ペンチルメタアクリレート、2−メチルブチルメタアクリレート、ヘキシ ルメタアクリレート、ヘプチルメタアクリレート、オクチルメタアクリレート、
ノニルメタアクリレート、デシルメタアクリレート、エチルヘキシルメタアクリ
レート、エチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロピレングリコールジ ビニルエーテル、プロパン−1,3−ジオールジビニルエーテル、ブタン−1,4−ジ
オールジビニルエーテル、ペンタン−1,5−ジオールジビニルエーテル、ヘキサ ン−1,6−ジオールジビニルエーテル、ヘプタン−1,7−ジオールジビニルエーテ
ル、オクタン−1,8−ジオールジビニルエーテル、ノナン−1,9−ジオールジビニ
ルエーテル、デカン−1,10−ジオールジビニルエーテル、グリコールトリビニル
エーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジビニルベンゼン、ブ
タン−1,3−ジエン、ペンタン−1,4−ジエン、ヘキサン−1,5−ジエン、ヘプタ ン−1,6−ジエン、オクタン−1,7−ジエン、ノナン−1,8−ジエン、デカン−1,9
−ジエン、エチレングリコールジチオグリコレート、1,2−プロピレングリコー ルジチオグリコレート、プロパン−1,3−ジオールジチオグリコレート、ブタン −1,4−ジオールジチオグリコレート、ペンタン1,5−ジオールジチオグリコレー
ト、ヘキサン−1,6−ジオールジチオグリコレート、ヘプタン−1,7−ジオールジ
チオグリコレート、オクタン−1,8−ジオールジチオグリコレート、ノナン−1,9
−ジオールジチオグリコレート、デカン−1,10−ジオールジチオグリコレート、
グリセロールトリチオグリコレート、トリメチロールプロパントリチオグリコレ
ート、ペンタエリスリトールトリチオグリコレート、ペンタエリスリトールテト
ラチオグリコレート、ジ−ペンタエリスリトールヘキサチオグリコレート、4,4`
−チオビスベンゼンチオール、ジ−アリルイソ−フタレート、ジ−アリルテレフ
タレート、エタンジチオール、プロパンジチオール、ブタンジチオール、ペンタ
ンジチオール、ヘキサンジチオール、ヘプタンジチオール、オクタンジチオール
、ノナンジチオール、デカンジチオール、ウンデカンジチオール、ドデカンジチ
オール、エチレングリコールジ−3−メルカプトプロピオネート、1,2−プロピレ
ングリコールジ−3−メルカプトプロピオネート、プロパン−1,3−ジオールジ−
3−メルカプトプロピオネート、スチレン、エチレングリコールジアクリレート 、1,2−プロピレングリコールジアクリレート、プロパン−1,3−ジオールジアク
リレート、ブタン−1,4−ジオールジアクリレート、ペンタン−1,5−ジオールジ
アクリレート、ヘキサン−1,6−ジオールジアクリレート、ヘプタン−1,7−ジオ
ールジアクリレート、オクタン−1,8−ジオールジアクリレート、ノナン−1,9−
ジオールジアクリレート、デカン−1,10−ジオールジアクリレート、グリセロー
ルトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリス リトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジ−ペ
ンタエリスリトールヘキサアクリレート、エチレングリコールジメタアクリレー
ト、１,２−プロピレングリコールジメタアクリレート、プロパン−1,3−ジオー
ルジメタアクリレート、ブタン−1,4−ジオールジメタアクリレート、ペンタン −1,5−ジオールジメタアクリレート、ヘキサン−1,6−ジオールジメタアクリレ
ート、ヘプタン−1,7−ジオールジメタアクリレート、オクタン−1,8−ジオール
ジメタアクリレート、ノナン−1,9−ジオールジメタアクリレート、デカン−1,1
0−ジオールジメタアクリレート、グリセロールトリメタアクリレート、トリメ チロールプロパントリメタアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタアクリ
レート、ペンタエリスリトールテトラメタアクリレート、ジ−ペンタエリスリト
ールヘキサメタアクリレート、エチレングリコールジアリルエーテル、1,2−プ ロピレングリコールジアリルエーテル、プロパン−1,3−ジオールジアリルエー テル、ブタン−1,4−ジオールジアリルエーテル、ペンタン−1,5−ジオールジア
リルエーテル、ヘキサン−1,6−ジオールジアリルエーテル、ヘプタン−1,7−ジ
オールジアリルエーテル、オクタン−1,8−ジオールジアリルエーテル、ノナン −1,9−ジオールジアリルエーテル、デカン−1,10−ジオールジアリルエーテル 、グリセロールトリアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテ
ル、ジ−アリルマロネート、ジ−アリルスクシネート、ジ−アリルグルタネート
、ジ−アリルヘキサン−1,6−ジカルボキシレート、ジ−アリルヘプタン−1,7−
ジカルボキシレート、ジ−アリルオクタン−1,8−ジカルボキシレート、ジ−ア リルノナン−1,9−ジカルボキシレート、ジ−アリルデカン−1,10−ジカルボキ シレート、ジ−アリルウンデカン−1,11−ジカルボキシレート、ジ−アリルドデ
カン−1,12−ジカルボキシレート、ジ−アリルフタレート、ブタン−1,4−ジオ ールジ−3−メルカプトプロピオネート、ペンタン−1,5−ジオールジ−3−メル カプトプロピオネート、ヘキサン−1,6−ジオールジ−3−メルカプトプロピオネ
ート、ヘプタン−1,7−ジオールジ−3−メルカプトプロピオネート、オクタン−
1,8−ジオールジ−3−メルカプトプロピオネート、ノナン−1,9−ジオールジ−3
−メルカプトプロピオネート、デカン−1,10−ジオールジ−3−メルカプトプロ ピオネート、グリセロールトリ−3−メルカプトプロピオネート、トリメチロー ルプロパントリ−3−メルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールトリ−3
−メルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラ−３−メルカプトプ
ロピオネート、ジ−ペンタエリスリトールヘキサ−3−メルカプトプロピオネー ト、NorlandおよびMerckから市販されているポリマー、例えばNorland65,Norlan
d63およびMerckMXM033など。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マルチプレックス式アドレス液晶ディスプレイの平面図。
【図2】 図１のディスプレイの断面図。
【図３】 捩じれネマチック装置に有用な非対称単格子の形成を導くフォトグラフ露光の
配置。
【図４】 二種の捩じれセルに関する透過と電圧との関係を示すデータ。その片方(点線)
は非対称格子に弱い束縛を与えるために添加物(Norland 65)で処理した。
【図５】 二個の捩じれセルに関する光コントラスト比と電圧との関係を示すデータ。そ
の片方(点線)は非対称格子に弱い束縛を与えるために添加物の処理を施した。
【図６】 電圧を制御した二種の捩じれ形式セルに関する透過と電圧との関係を示す曲線
。片方のセルは標準配向、他方のセルは弱い束縛エネルギー処理。
【図７】 垂直格子変調で複格子の形成を導くフォトグラフ露光の配置。
【図８】 二種の双安定性セルの切り換え特性。一つのセルは標準配向、他方のセルは弱
い表面束縛エネルギーを持つ。
【図９】 スメクチック液晶分子と強誘電性液晶装置において双安定状態に切り換わった
ときにスメクチック液晶分子が層内を移動する様子を示す線図。
【図１０】 二種の双安定強誘電性液晶装置に関する印加電圧に対する記憶角の変化。セル
の一つは標準配向、他方は弱い表面束縛エネルギーを持つ。
【図１１】 表面補外長Lに関する電圧に対する表面配向ベクトルの理論的ティルト。
【図１２】 表面補外長Lに関する電圧に対する中間層配向ベクトルの理論的ティルト。
【図１３】 二種のセルの透過と電圧との関係を示すデータ。そのうちの一つ(点線)は弱い
束縛を与えるために添加物(MXM035)で処理した。両方の表面に配向のために格子
を用いてある。セル間隔２．０５μｍ。
【図１４】 二種のセルにつき、透過と電圧との関係を示すデータ。片方のセル(点線)は弱
い束縛を与えるために添加物(MXM035)で処理した。両方の表面に配向のために格
子を用いてある。セル間隔４．６μｍ。
【図１５】 二種のセルにつき、透過と電圧との関係を示すデータ。そのうちの一つ(点線)
は弱い束縛を与えるために添加物(MXM035)で処理した。両方の表面に配向のため
にラビングしたポリマーを用いてある。セル間隔４．６μｍ。
【図１６】 ｘ、ｙマトリックスディスプレイを与える縦列と横列にドライバを持つ双安定
強誘電性ディスプレイを示す線図。
【図１７】 図１６のディスプレイセルの断面図。
【図１８】 二種の配向配置、C1およびC2を示す、強誘電性液晶材料層の模式図。
【符合の説明】
１ 液晶セル ２ 液晶層 ３ ガラス壁 ４ ガラス壁 ５ スペーサリング ６ 横列電極 ７ 縦列電極 ８ 横列ドライバ ９ 縦列ドライバ １０ 論理制御器 １１ 電源 １２ 時計 １３、１３' 偏光子 １５ 光源 １６ 部分反射鏡 ２０、２０' フォトレジスト層 ２１、２１' ITO被覆ガラス ２２、２２' マスク １０１ ディスプレイセル １０２、１０３ ガラス壁 １０４ スペーサリング １０５、１０６ 電極構造体 １０７ スメクチック液晶層 １０８、１０９ 偏光子 １１０ 横列ドライバ １１１ 縦列ドライバ １１２ ストロボ波形発生器 １１３ データ波形発生器 １１４ 論理制御ユニット １１５ タングステン電球 １１６ 鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９７２１２２９．４ (32)優先日 平成９年10月８日(1997．10．8) (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (31)優先権主張番号 ９７２１２５６．７ (32)優先日 平成９年10月８日(1997．10．8) (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＳＧ，ＵＳ (72)発明者 ブライアン−ブラウン，ガイ，ピーター イギリス国 ダブリュアール14 ３ピーエ ス、ウークス、マルバーン、セント・アン ドリューズ・ロード、デラ マルバーン (72)発明者 ヒューイ，ヴィクター，チャクラム イギリス国 ダブリュアール14 ３ピーエ ス、ウークス、マルバーン、セント・アン ドリューズ・ロード、デラ マルバーン (72)発明者 ジョーンズ，ジョン，クリフォード イギリス国 ダブリュアール14 ３ピーエ ス、ウークス、マルバーン、セント・アン ドリューズ・ロード、デラ マルバーン (72)発明者 セージ，イアン，チャールズ イギリス国 ダブリュアール14 ３ピーエ ス、ウークス、マルバーン、セント・アン ドリューズ・ロード、デラ マルバーン (72)発明者 ウッド，エマ，ルイス イギリス国 ダブリュアール14 ３ピーエ ス、ウークス、マルバーン、セント・アン ドリューズ・ロード、デラ マルバーン Ｆターム(参考） 2H090 HB13Y HD18 KA13 MA10 MB01

Claims (59)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一つの壁に電極構造体と配向処理を保持する二つの 間隔を置いて配置したセル壁の間に収容された液晶材料の層からなり、片方また
    は両方の壁上の表面配向で束縛エネルギーを減少させるための手段を特徴とする
    液晶装置。
  2. 【請求項２】エネルギーを減少させる手段がセル壁の液晶材料内のオリゴマ
    ーまたは短鎖ポリマーである請求の範囲第１項記載の装置。
  3. 【請求項３】エネルギーを減少させる手段がセル壁の液晶材料内にエステル
    、チオールおよび／またはアクリレートモノマーを含有するオリゴマーである請
    求の範囲第１項記載の装置。
  4. 【請求項４】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが液晶材料中で不完全な溶解性
    を有する請求の範囲第２項記載の装置。
  5. 【請求項５】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁の表面に物理的な親和
    性を有する請求の範囲第２項記載の装置。
  6. 【請求項６】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがポリマーと液晶材料との界面
    で実質的に液体様表面を保持する請求の範囲第２項記載の装置。
  7. 【請求項７】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが液晶材料内で実質的に非結晶
    である請求の範囲第２項記載の装置。
  8. 【請求項８】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁またはセル壁の近傍で
    液晶材料の秩序パラメータを減少させる請求の範囲第２項記載の装置。
  9. 【請求項９】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁またはセル壁の近傍で
    液晶材料の相を変化させる請求の範囲第２項記載の装置。
  10. 【請求項１０】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが装置の操作温度範囲よりも
    低いガラス転移温度を有する請求の範囲第２項記載の装置。
  11. 【請求項１１】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが実質的に直鎖または架橋を
    伴うか伴わないどちらかの分枝点を含む請求の範囲第２項記載の装置。
  12. 【請求項１２】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが４から１０００の繰り返し
    単位数を持つ請求の範囲第２項記載の装置。
  13. 【請求項１３】少なくとも一つの壁に電極構造体と配向処理を保持する二つ
    の間隔を置いて配置したセル壁の間に収容された液晶材料の層を提供するステッ
    プからなり、片方または両方の壁上の表面配向で束縛エネルギーを減少させるス
    テップを特徴とする液晶装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが液晶流体の溶液の中で反応
    性低分子量材料の重合によって生成する請求の範囲第１１項記載の方法。
  15. 【請求項１５】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁の間に導入される以
    前に液晶流体の溶液の中で反応性低分子量材料の重合によって生成する請求の範
    囲第１１項記載の方法。
  16. 【請求項１６】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁の間に導入された後
    に液晶流体の溶液の中で反応性低分子量材料の重合によって生成する請求の範囲
    第１１項記載の方法。
  17. 【請求項１７】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが不活性溶媒の存在の中で反
    応性低分子量材料の重合によって生成し、溶媒を除去して得られるポリマーをセ
    ル壁の間に導入する前に液晶材料に溶解する請求の範囲第１１項記載の方法。
  18. 【請求項１８】ネマチック液晶材料の層を封入する二つのセル壁と、液晶層
    を横切って電界を適用する二つの壁上の電極構造体と、液晶分子に配向を付与し
    捩じれネマチック構造が液晶層を横切って形成するように手配した両方のセル壁
    上の表面配向と、液晶材料の二種類の異なる光学的状態の間を識別する手段とか
    ら成り、片方または両方のセル壁上で表面配向の天頂束縛エネルギーを減少させ
    る手段を特徴とする、捩じれ状態から非捩じれ状態へ切り換えることができる捩
    じれネマチック液晶装置。
  19. 【請求項１９】天頂束縛エネルギーを減少させる手段が片方または両方のセ
    ル壁の内側表面に塗り広げるか液晶材料に添加して被覆したオリゴマーである請
    求の範囲第１８項記載の装置。
  20. 【請求項２０】天頂束縛エネルギーを減少させる手段が液晶材料の中に混和
    したオリゴマーである請求の範囲第１８項記載の装置。
  21. 【請求項２１】天頂束縛エネルギーを減少させる手段がN６５またはMMXM０ ３５であるオリゴマーである請求の範囲第１８項記載の装置。
  22. 【請求項２２】天頂束縛エネルギーを減少させる手段がエステル、チオール
    および／またはアクリレートモノマーを含有する材料である請求の範囲第１８項
    記載の装置。
  23. 【請求項２３】天頂束縛エネルギーを減少させる手段がセル壁またはセル壁
    の近傍で液晶材料の秩序パラメータを減少させる請求の範囲第１８項記載の装置
    。
  24. 【請求項２４】天頂束縛エネルギーを減少させる手段がセル壁またはセル壁
    の近傍で液晶材料の相を変化させる請求の範囲第１８項記載の装置。
  25. 【請求項２５】方位束縛エネルギーを減少させる手段を含む請求の範囲第１
    ８項記載の装置。
  26. 【請求項２６】表面配向が両方のセル壁上にプレティルトネマチック配向を
    付与する請求の範囲第１８項記載の装置。
  27. 【請求項２７】表面配向がラビングしたポリマー、光秩序ポリマーまたは斜
    め蒸着無機物によって付与される請求の範囲第１８項記載の装置。
  28. 【請求項２８】表面配向層が非対称溝輪郭を持つ表面単格子である請求の範
    囲第１８項記載の装置。
  29. 【請求項２９】二つの表面上の配向方向が実質的に垂直である請求の範囲第
    １８項記載の装置。
  30. 【請求項３０】液晶配向ベクトルがセルの厚み全体にわたって約９０°捩じ
    れる請求の範囲第１８項記載の装置。
  31. 【請求項３１】液晶配向ベクトルの捩じれが１８０°を超え３６０°未満の
    大きさである請求の範囲第１８項記載の装置。
  32. 【請求項３２】ネマチック液晶材料が小量(＜５%)のキラルなドーパント材 料含有する請求の範囲第１８項記載の装置。
  33. 【請求項３３】ネマチック液晶材料の層を封入する二つのセル壁と、両方の
    壁上の電極構造体と、表面プレティルト量で液晶分子に二方向の配向方向を付与
    する片方または両方のセル壁上の表面配向と、液晶材料の切り換えられた状態の
    間を認識する手段とからなり、片方または両方のセル壁上の表面配向における非
    弾性方位記憶束縛エネルギーを減少させる手段を特徴とする、二つの異なる安定
    状態に切り換えることができる双安定ネマチック液晶装置。
  34. 【請求項３４】天頂束縛エネルギーを減少させる手段を含む請求の範囲第３
    ３項記載の装置。
  35. 【請求項３５】束縛エネルギーを減少させる手段が表面に塗り広げられたか
    、或いは液晶材料に添加されたオリゴマーまたは短鎖ポリマーである請求の範囲
    第３３項記載の装置。
  36. 【請求項３６】オリゴマーが Norland６５ −[S(CH2)6SCH2CH2O(CH2)6OCH2CH2]n−CH2=CHO(CH2)6OCH=CH2 〔HDVE(ヘキサン−1,6-ジオールジ(ビニルエーテル))〕 CH2=CHOC4H9 〔BVE（ブチルビニルエーテル）〕 HSCH2CO2(CH2)2OCOCHS2H 〔EGTG(エチレングリコールビス（チオグリコレート）)〕 HS(CH2)9SH 〔NDT（ノナン-1,9-ジチオール）〕 から選択された材料である請求の範囲第３５項記載の装置。
  37. 【請求項３７】オリゴマーが液晶材料中で１０重量%までの量である請求の 範囲第３５項記載の装置。
  38. 【請求項３８】鎖長(ｎ)が１００繰り返し単位未満である請求の範囲第３５
    項記載の装置。
  39. 【請求項３９】オリゴマーの種類のパラメータ、濃度、鎖長がセル壁または
    セル壁の近傍で液晶の秩序パラメータを減少させるように手配した請求の範囲第
    ３５項記載の装置。
  40. 【請求項４０】オリゴマーの種類のパラメータ、濃度、鎖長がセル壁または
    セル壁の近傍で液晶材料の相を変化させるように手配した請求の範囲第３５項記
    載の装置。
  41. 【請求項４１】オリゴマーがセル壁の間に導入される以前に硬化されている
    請求の範囲第３５項記載の装置。
  42. 【請求項４２】オリゴマーがセル壁の間に導入された後で硬化される請求の
    範囲第３５項記載の装置。
  43. 【請求項４３】表面配向が複格子表面で付与される請求の範囲第３３項記載
    の装置。
  44. 【請求項４４】電極を保持する二つの壁の間に封入され液晶分子に配向およ
    び表面の傾きの両方を与えるように表面処理されたスメクチック液晶材料の層を
    含む液晶セルから成り、片方または両方のセル壁上の表面配項での束縛エネルギ
    ーを減少させる手段を特徴とするスメクチック液晶装置。
  45. 【請求項４５】エネルギーを減少させる手段がセル壁で液晶材料に添加され
    たオリゴマーまたは短鎖ポリマーである請求の範囲第４４項記載の装置。
  46. 【請求項４６】エネルギーを減少させる手段がセル壁の液晶材料内にエステ
    ル、チオールおよび／またはアクリレートモノマーを含有するオリゴマーである
    請求の範囲第４４項記載の装置。
  47. 【請求項４７】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが液晶材料中で不完全な溶解
    性を有する請求の範囲第４５項記載の装置。
  48. 【請求項４８】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁の表面に物理的な親
    和性を有する請求の範囲第４５項記載の装置。
  49. 【請求項４９】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがポリマーと液晶材料との界
    面で実質的に液体様表面を保持する請求の範囲第４５項記載の装置。
  50. 【請求項５０】オリゴマーまたは短鎖ポリマーが液晶材料内で実質的に非結
    晶である請求の範囲第４５項記載の装置。
  51. 【請求項５１】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁またはセル壁の近傍
    で液晶材料の秩序パラメータを減少させる請求の範囲第４４項記載の装置。
  52. 【請求項５２】オリゴマーまたは短鎖ポリマーがセル壁またはセル壁の近傍
    で液晶材料の相を変化させる請求の範囲第４４項記載の装置。
  53. 【請求項５３】液晶材料がキラルなスメクチック材料であり、両方のセル壁
    上の配向方向が実質的に平行で、かつ装置が双安定装置である請求の範囲第４４
    項記載の装置。
  54. 【請求項５４】両方のセル壁上の配向方向が非平行である請求の範囲第４４
    項記載の装置。
  55. 【請求項５５】液晶材料が非キラルなスメクチック材料である請求の範囲第
    ４４項記載の装置。
  56. 【請求項５６】液晶材料がスメクチックA材料である請求の範囲第４４項記 載の装置。
  57. 【請求項５７】配向が格子表面で付与された請求の範囲第４４項記載の装置
    。
  58. 【請求項５８】配向がラビングしたポリマーで付与された請求の範囲第４４
    項記載の装置。
  59. 【請求項５９】片方のセル壁が配向処理を有し、他方のセル壁が方位配向方
    向を持たず、かつ両方のセル壁が束縛エネルギーを減少させる手段で処理された
    請求の範囲第４４項記載の装置。
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