JP2007521506A - 液晶装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、液晶主要部層と、その主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含む表面指向子配列層を含む液晶装置に関し、この場合、前記主要部層分子の配向及び前側鎖の配向が、夫々、電場による誘電カップリングにより直接制御することができ、それにより、印加した外部電場に呼応して液晶主要部分子をスイッチ及び緩和するのに必要な全時間（立ち上がり及び減衰時間）を減少する結果になる。本発明は、液晶装置を製造する方法及び液晶主要部層を制御する方法にも関する。

Description

本発明は、一般に液晶の分野に関する。詳しくは、本発明は、液晶主要部（ｂｕｌｋ）層で、その主要部表面に表面指向子を与える液晶主要部層、及び前記主要部層の前記表面指向子の好ましい配向を得易くするための前記主要部表面の所で前記主要部層と相互作用するように配置した表面指向配列層を含む液晶装置に関する。

本発明は、液晶装置製造方法及び液晶主要部層を制御する方法にも関する。

表示装置で電気光学的媒体として現在広く用いられている液晶は、物理的異方性を有する有機材料である。液晶分子は、一般に長い棒状分子であり、それらの長軸に沿って或る優先的方向に配列（配向）する能力を有する、所謂カラミテック（ｃａｌａｍｉｔｉｃ）分子である。分子の平均方向は、ベクトル量によって特定化され、指向子（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）と呼ばれている。

しかし、所謂円板状分子（ｄｉｓｃｏｔｉｃ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）である円板状の液晶分子も存在する。

液晶表示器の操作は、光透明性、異なった波長での光吸収性、光散乱性、複屈折、光学的活性、円二色性等のような、印加された電場（直接カップリング）により起こされる表示器の液晶の光学的特性の変化に基づいている。

液晶表示器及び装置の基本的操作原理の一つは、液晶の誘電異方性に結合する（誘電カップリング）印加電場により液晶分子の配向を切り替えることである。そのようなカップリングは、印加電場に二次的な、即ち、電場の極性とは独立の電気光学的応答を引き起こす。ＬＣＤ（液晶表示器）の数多くの異なった種類のものが存在し、それらの操作は、誘電カップリング、特に動的散乱表示器、ホメオトロピック配列ネマチック液晶の変形を用いた表示器、シャット・ヘルフリッヒ（Ｓｃｈａｄｔ−Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）捩れネマチック（ＴＮ）表示器、超捩れネマチック（ＳＴＮ）表示器、平面型スイッチング（ＩＰＳ）ネマチック表示器に基づいている。

最近の用途では、ＬＣＤは、高コントラスト及び輝度、低い電力消費、低い作動電圧、短い立ち上がり（スイッチング）及び減衰（緩和）時間、コントラストの低い視角依存性、グレースケール（ｇｒｅｙ ｓｃａｌｅ）又は双安定性等のような幾つかの重要な特性を持つべきである。ＬＣＤは、安価で、製造し易く、操作し易いのがよい。従来法のＬＣＤの中で、それら重要な特性全てに関して最適にされているものはない。

ネマチック液晶材料は、最も簡単な液晶構造を示し、即ち、異方性液体である。ネマチック材料では、液晶分子は、空間で特定の方向に向かって配列するが、分子の質量中心は配向しない。

誘電カップリングに基づいて作動する慣用的ネマチック液晶表示器の殆どでは、液晶主要部層に垂直〔即ち、閉込め用（ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ）基体に垂直〕に電場が適用され、液晶主要部分子は、閉込め用基体表面に垂直な平面内で電場によりスイッチされる〔所謂非平面型（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）スイッチング］。これらの表示器は通常遅く、殆ど全てがコントラストの角度依存性が不満足な欠点を有する。

平面型（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）スイッチングを伴う別の型のＬＣＤも存在し、その場合、電場は液晶主要部層に沿って（即ち、閉込め用基体と平行に）印加され、液晶主要部分子は、閉込め用基体表面と平行な平面内でスイッチされる。これらの表示器が示す像コントラスト角度依存性は非常に小さいが、解像力及びスイッチング時間が不満足である。

上で論じた液晶表示器では、電場のような外部からの場が存在しない時の液晶層の希望の初期配列は、閉込め用固体基体表面の適当な表面処理、例えば、所謂（表面指向子）配列層（配向層とも呼ばれている）を前記液晶主要部に向いた閉込め用基体表面上に適用することにより一般に達成される。初期液晶配列は、固体表面／液晶相互作用により定まる。閉込め用表面に隣接した液晶分子の配向は、弾性力によって主要部の液晶分子に伝達され、それにより全ての液晶主要部分子に本質的に同じ配列が加えられる。

閉込め用基体表面に近い液晶分子の指向子（ここでは表面指向子と呼ぶ）は、閉込め用基体表面に直角（ホメオトロピック又は垂直と呼ぶ）、又は平行（平面状としても言及される）のような或る方向の点まで束縛される。液晶誘電異方性と印加電場とのカップリングで作動する液晶表示器中の配列の型は、誘電異方性の符号、印加電場の方向、及び希望の型〔平面型（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）、又は非平面型（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）〕のスイッチング方式に従って選択される。

負の誘電異方性を有する液晶主要部を用いた、非平面型スイッチング液晶セルでは、液晶主要部分子の指向子を（電場オフの状態で）基体表面に対し垂直に均一に配向する（所謂ホメオトロピック配向）することが重要である。

ホメオトロピック配列を確立するための方法の一例は、次のようにすることを含む。閉込め用基体表面を、レシチン又は臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムのような表面活性剤で被覆する。次に被覆した基体表面を、好ましくは予め定められた方向に擦り、その結果、液晶分子の電場誘導平面状配向が、予め定められた擦り方向の配向になるであろう。この方法は、実験室的研究では良好な結果を与えるかも知れないが、配列層が液晶主要部中にゆっくり溶解するので長期間の安定性は得られないことにより、工業的な許容性は見出されていない〔Ｊ．コナード（Ｃｏｊｎａｒｄ）、Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，Ｓｕｐｐｌ．Ｓｅｒ．，１９８２，１，１〕。

正の誘電異方性を有する液晶主要部を用いた非平面型スイッチング液晶セルでは、液晶主要部分子の指向子を、基体表面と平行に（電場オフ状態で）均一に配向する（所謂平面状配向）することが重要である。捩れネマティック液晶セルの場合、基体に対し或る傾斜した配向角度（予め傾斜した角度）で液晶主要部分子を配向することも重要である。

平面状配列を確立するための既知の方法は、例えば、無機フイルム蒸着法及び有機フイルム擦り法（ｒｕｂｂｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）である。

無機フイルム蒸着法では、閉込め用基体に対し斜めに酸化珪素のような無機材料を蒸着することにより基体表面に無機フイルムを形成し、その無機フイルムにより、その無機材料及び蒸着条件に依存して或る方向に液晶分子を配向させるようにする。製造コストが高いので、この方法は大規模製造には適さず、この方法は実際上用いられていない。有機フイルム擦り法によれば、例えば、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン、ポリアミド、又はポリイミドの有機被覆を基体表面上に形成する。然る後、例えば、木綿、ナイロン、又はポリエステルの布を用いて有機被覆を予め定められた方向に擦り、その層と接触した液晶分子を、その擦った方向に配向させるようにする。

ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）は、配列層として商業的に用いられるのは稀である。なぜなら、これらの重合体は親水性で吸湿性の重合体であり、湿分を吸収して重合体の分子配向、従って、液晶装置の性能に悪影響を与えることがあるからである。更に、ＰＶＡは、イオンを吸引し、それも液晶装置の性能を損なう。

ポリオキシエチレンもイオンを吸引し、そのため液晶装置の性能を損なう結果になる。

ポリアミドは、最も一般に許容されている溶媒に対する溶解度が低い。従って、ポリアミドは液晶装置の製造で商業的に用いられることは滅多にない。

ポリイミドは、化学的安定性、熱安定性等のような、それらの比較的有利な特性のため、有機表面被覆として殆どの場合に用いられている。

正又は負の誘電異方性を有する液晶主要部を用いた平面型スイッチング液晶セルでは、基体表面と平行に液晶主要部分子の指向子を均一に配向させることが重要である。この場合に用いられる配列方法は、正の誘電異方性を有する液晶主要部を用いた液晶セルの非平面型スイッチングに用いられるものと同様である。

正の誘電異方性を有する液晶主要部を用いた平面型スイッチング液晶セルでは、液晶主要部分子の電場がオフの時の初期平面状配列は、印加電場の方向に対し垂直である。

負の誘電異方性を有する液晶主要部を用いた平面型スイッチング液晶セルでは、液晶主要部分子の初期平面状配列は、印加電場の方向に沿っている。

上に記載した閉込め用基体に近い液晶主要部分子の指向子を配列させる全ての方法で、所謂（表面指向子）配列層は、一般に前記液晶主要部の方へ向いた閉込め用基体表面に一般に適用される。

従来法（例えば、ＵＳ２００２／０００６４８０）では、材料構造体中にメソ型（ｍｅｓｏｇｅｎｉｃ）基を有する材料の配列層が記載されている。この種の層は、主に配列層と（メソ型）液晶主要部層との間の相互作用を電場オフ状態で増大するように用いられているが、配列層は、印加電場により実質的に影響は受けないと記載されている（即ち、電場により直接には制御することができない）。

従来法では、初期配列とは異なる液晶の新しい分子配向を達成することにより、原理的に液晶の光学的性能を変えるための三つの異なった方法が存在する。

分子を再配向させるために最も広く用いられている第一の方法は、全主要部液晶層に外部から電場を適用することである。電場と液晶材料パラメーターの幾つか、例えば、誘電異方性との間の直接カップリングにより、その電場は、液晶主要部分子を、もしそれらの初期配列が液晶主要部と電場との相互作用の最低エネルギーに相当していないならば、新しい方向へ直接再配向させるであろう。

液晶層の分子を再配向するための第二の既知の方法は、閉込め用配列表面の一方又両方を、光制御される「コマンド（ｃｏｍｍａｎｄ）表面」として設計することである。そのような光制御されるコマンド表面は、例えば、ＵＶ光を受けると、その表面と接触している液晶分子に、その表面により加えられる配列方向を変化させることができる。「光で指令される表面」の概念は、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ．１００，ｐ．１８４７（２０００）で概観されている数多くの論文としてＫ．イチムラにより記載されている。特に、ネマチック液晶層が入ったサンドイッチ状セルの内側基体表面上にはアゾベンゼン単分子層が付着されている。アゾベンゼン分子は、ＵＶ光で照射されると「トランス」から「シス」へそれらの形態を変化させる。アゾベンゼン分子は、トリエトキシシリル基を利用して基体表面に横に固定されている。アゾベンゼン部分のトランス異性体は、ネマチック液晶のホメオトロピック配列を与えるのに対し、シス異性体は液晶分子の平面状配向を与える。従って、ＵＶ照射により起こされる配列層中の分子の構造的変化は、ネマチック液晶分子の配列の変化を与える結果になるであろう。試料をＶＩＳ光で照射するか、又はそれを単に加熱することにより初期配列の緩和が得られ、等方的状態にする。

液晶分子を再配向するための第三の既知の原理は、所謂電気的に指令される表面（ＥＣＳ）を使用することを含んでいる。この原理は、国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ ００／０３２８８公報に記載されている。ＥＣＳ原理は、主に強誘電性液晶重合体層を制御するのに用いられている。ＥＣＳ原理によれば、慣用的サンドイッチ型セル中の液晶主要部材料を閉込める基体の内側表面上に別の薄い強誘電性液晶重合体層を付着させる。強誘電性液晶重合体層は、隣接する液晶主要部材料に平面状又は実質的に平面状の配列を与える動的表面配列層として働く。特に、セルを通って（それにより表面配列層を通って）外部から電場を印加すると、別の強誘電性液晶重合体層中の分子がスイッチされる。この別の重合体層中でのこの分子スイッチングは、今度は別の配列層と主要部層との間の境界の所で弾性力により主要部体積中へ伝達されるであろう。これにより動的表面配列層を仲介として主要体積の分子の比較的速い平面型スイッチングを与える結果になる。ＥＣＳ層は非常に薄く（１００〜２００ｎｍ）、好ましくは本棚の形状に、即ち、ネマチック層が閉込め用基体に垂直になるように配向されるべきである。更に、ＥＣＳ層及びその操作が影響を受けないようにしておくため、ＥＣＳ層の材料は、液晶主要部材料に不溶性であるのがよい。

液晶装置の性能を最適にするため、外部から印加した電場に呼応して液晶主要部分子をスイッチ及び緩和するのに必要な全時間を減少することが望ましい。全応答時間は、立ち上がり時間（液晶分子が電場で誘導された配向状態へ切り替わる時間）及び減衰時間（液晶分子が電場がオフになった時の配向状態へ緩和する時間）からなる。従来法の液晶装置では、立ち上がり時間は一般に減衰時間より短く、例えば、立ち上がり時間は全応答時間の約１／３で、減衰時間が全応答時間の約２／３になることがある。

従来法でネマチック液晶装置を非平面型スイッチングする時の減衰時間は、一般に約２０〜１００ｍｓであり、像の品質を低くする結果になり、特に移動する像の場合にはそうなる。減衰時間が長い問題は、大きな表示面積を持つ液晶装置の場合、特に液晶装置を非平面型スイッチングする場合には一層深刻になる。

立ち上がり時間が長く、従って、全応答時間が長い液晶装置も、低い品質の像を与え、特に動く像の場合にはそうである。立ち上がり時間が長い問題は、大きな表示面積を有する液晶装置の場合、特に液晶装置を平面型スイッチングする場合には一層深刻になる。液晶分子の表面指向子の平面型スイッチングは幾らか抑制されており、従って、基体表面により遅くなっている。従来法の平面型スイッチングネマチック液晶装置の立ち上がり時間は、一般に約１０〜２０ｍｓである。

図１は、閉込め用基体３の間にある負の誘電異方性（Δε＜０）を有する液晶主要部層２を含む従来法の非平面型スイッチング液晶装置１の原理を模式的に示している。電場がオフの状態（Ｅ＝０）の場合、液晶主要部分子は、閉込め用基体表面３に印加された慣用的表面指向子配列層（図示されていない）により、弾性力により垂直に配列する。閉込め用基体３の上の電極４の間に液晶主要部層２を通って外部電場を印加すると（Ｅ≠０）、液晶分子２は、電場で誘導された平面状配向へスイッチされる。しかし、閉込め用基体表面３の近くに位置する液晶分子２は、印加された電場によって影響されるのみならず、表面指向子配列層によっても影響を受け、図１に示したように、基体表面３に近い液晶層２の弾性的変形Ｄ１を与える結果になる。外部電場を除いた後、表面指向子配列層近くの液晶分子２は、電場がオフの時のそれらの初期配向へ、固体表面／液晶相互作用により緩和する。この領域中の液晶分子２の緩和は、弾性力により、一層遠い液晶主要部分子２の配向に影響を与える。このように、印加した電場が消えた状態で液晶層２で行われる弾性変形Ｄ１及び全液晶主要部層２の電場がオフの時の均一な初期ホメオトロピック配列が最終的に回復する。しかし、上で述べたように、電場オフの配向への緩和はむしろ遅く、そのためむしろ長い減衰時間を与える結果になる。

同じ型の問題は、図２に示した従来法の非平面型スイッチング液晶装置１′について例示されており、前記装置１′は、慣用的表面配列層（図示されていない）が被覆された閉込め用基体３′の間に正の誘電異方性（Δε＞０）を有する液晶主要部層２′を含む。電場オフの状態（Ｅ＝０）では、液晶主要部分子２′は、平面状配列を示す。閉込め用基体３′の上の電極４′の間にある主要部液晶層２′を通って外部電場を印加すると（Ｅ≠０）、液晶分子２′は電場誘電垂直配向へスイッチされる。基体表面３′近くの液晶層２′の弾性的変形Ｄ２が図２に示されている。

図３は、閉込め用基体３″（唯一つの基体しか示されていない）の間に、正の誘電異方性（Δε＞０）を有する液晶主要部層２″を含む従来法の平面型スイッチング液晶装置１″の上面図を模式的に示している。電場オフの状態（Ｅ＝０）、図３ａでは、液晶主要部分子２″は、閉込め用基体表面３″の上に適用された表面指向子配列層（図示されていない）により、弾性力によって得られた第一配向方向に配列した平面状配列を示している。図３に示したように配置した電極４″の間の主要部液晶層２″に沿って（即ち、閉込め用基体と平行に）外部電場を印加した時（Ｅ≠０）の図３ｂでは、液晶分子２″が、電場の方向に沿って電場誘導第二配向方向へ平面型スイッチされる。しかし、液晶分子２″のスイッチングは、表面指向子配列層によって、図３ｂに示したように、抑制され、それによりむしろ長い立ち上がり時間を与える結果になるであろう。

同様な推論は、負の誘電異方性（Δε＜０）を有する液晶主要部層を含む平面型スイッチング液晶装置にも当て嵌まる。

（本発明の概要）
既知の液晶表示器の上述の欠点を考慮して、本発明の一般的目的は、改良された液晶装置、液晶装置の改良された製造方法、液晶装置の改良された制御方法を与えることにある。本発明は、表示器にだけ関するものではなく、多くの他の液晶装置でも有用である。

本発明の第一の特徴によれば、液晶主要部層で、その表面主要部に表面指向子を与える液晶主要部層、及び前記主要部層の表面指向子の優先的配向を得易くするための前記主要部表面の所にある主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含む表面指向子配列層を含む液晶装置が与えられ、この場合、前記液晶主要部層の分子の配向と、前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向が、夫々誘電カップリングにより電場により直接制御することができる。

本発明による装置の第一の態様では、液晶主要部層と表面指向子配列層は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す。この装置は、減衰時間を、２０ｍｓより短く、例えば、約４〜６ｍｓになるように短くすることにより全応答時間を短縮することを可能にし、それにより像の品質、特に動く像及び大きな表示装置の場合の像の品質を改良することができる。この効果は、特に非平面型スイッチング液晶装置で有利である。

本発明による装置の第二の態様では、液晶主要部層と表面指向子配列層とは、同じ符号の誘電異方性（Δε）を示す。この装置は、立ち上がり時間を、１０ｍｓより短く、例えば、約１〜５ｍｓになるように短くすることにより全応答時間を短縮することを可能にし、それにより像の品質、特に動く像及び大きな表示装置の場合の像の品質を改良することができる。この効果は、特に平面型スイッチング液晶装置で有利である。

本発明による装置の第三の態様では、表面指向子配列層は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す構造部分を含む。この装置は、立ち上がり時間のみならず減衰時間を短くすることにより全応答時間を短縮することを可能にしていると考えられる。

本発明の第二の特徴により、少なくとも一つの基体の内側表面上に表面指向子配列層を与える工程、及び二つの基体の間に液晶主要部層を挟む工程を含み、然も、前記液晶主要部層は、その表面主要部に表面指向子を与え、前記表面指向子配列層は、前記主要部層の表面指向子の優先的配向を得易くするために前記表面主要部の所に、前記主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含み、更に、前記液晶主要部層の分子の配向と、前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向とが、夫々電場により誘電カップリングによって直接制御することができる、液晶装置の製造方法が与えられる。

本発明の第三の特徴によれば、液晶主要部層で、その表面主要部の所に表面指向子を与える液晶主要部層を、前記主要部層の表面指向子の優先的配向を得易くするために前記表面主要部の所にある主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含む表面指向子配列層を使用することにより、配列する工程を含み、然も、前記液晶主要部層の分子の配向と、前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向とが、夫々電場による誘電カップリングによって直接制御することができる、液晶主要部層制御方法が与えられる。

図面は実物大ではないことは認められるであろう。

（本発明の詳細な記述）
結晶又は液晶構造体のような構造的に異方性を有する配列した分子構造体を有する材料の誘電異方性（Δε）は、その材料の優先的分子配向に夫々直角及び平行な方向で測定された誘電率の差である。

正の誘電異方性（Δε＞０）を示す液晶材料を通って電場を印加すると、それら分子は、電場の方向に沿って（又は実質的に沿って）それらの長軸を配列するであろう。

負の誘電異方性（Δε＜０）を示す液晶材料を通って電場を印加すると、それら分子は、電場の方向に対しそれらの長軸を垂直（又は実質的に垂直）に配列するであろう。

本発明による液晶装置は、液晶主要部層で、その表面主要部の所に表面指向子を与える液晶主要部層、及び表面指向子配列層で、前記主要部層の表面指向子の好ましい配向を得易くするために前記表面主要部の所に、前記主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含む表面指向子配列層を含み、然も、前記液晶主要部層の分子の配向と、前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向とが、夫々電場による誘電カップリングによって直接制御することができる。

液晶装置は、少なくとも一つの閉込め用基体、例えば二つの閉込め用基体を、前記表面主要部の所に含む。

表面指向子配列層（単数又は複数）は、液晶主要部層を閉込める前記基体（単数又は複数）の内側表面（単数又は複数）の上に適用されているのが好ましい。

液晶主要部層は、（０ではない）誘電異方性を示す液晶材料を含み、この場合、それにより液晶材料の分子の分子配向は、印加した電場による誘電カップリングによって直接制御することができる。

表面指向子配列層は、（０ではない）誘電異方性を示す材料で、前記主要部層と相互作用するように構成された側鎖を含む材料を含み、この場合、それにより前記側鎖の分子配向は、印加した電場による誘電カップリングによって直接制御することができる。

ここで用いられる「印加した電場により直接制御できる」材料に電場を印加するとは、その材料の分子の初期配向が、印加した電場の直接的結果として、増加又は変化する（スイッチする）ように影響を受けることを意味する。
本発明による装置の液晶主要部層は、ネマチック液晶であるのが好ましい。

液晶主要部層は、均一又は変形した形態を有するネマチック液晶材料を含んでいてもよい。均一な形態は、例えば、平面状、ホメオトロピック、又は傾斜していてもよい。例えば、変形した形態は捩れていてもよく（即ち、捩れネマチック又はコレステリック）、或は広がった且つ／又は曲がった弾性変形を受けていてもよい。

主要部層のネマチック液晶分子は、アキラルかキラルになっていてもよい。

正及び負の誘電異方性を有する適当な液晶主要部層材料の例は、夫々下に記載する好ましい態様に関連して与えられている。

表面指向子配列層の材料は、液晶性を与えてもよく、或はそれは液晶性を与えなくてもよい。

好ましくは、表面指向子配列層の材料は、ネマチック又はスメクチック液晶材料のような液晶材料であるか、又は表面指向子配列層の材料を液晶主要部層と接触させると、表面指向子配列層と主要部層との間の内部相に液晶性を誘発する。

表面指向子配列層（それ自体又は主要部層と接触して誘発されたもの）は、液晶主要部層よりも、一層大きなスカラー次元パラメーター（Ｓ）、従って、一層大きな弾性定数Ｋを有するのが好ましい。一層大きなスカラー次元のパラメーターは、一層速いスイッチング／緩和、従って、一層短い応答時間を与える結果になる。ネマチック液晶のスカラー次元パラメーターは、一般に約０．５であり、スメクチック液晶のスカラー次元パラメーターは、一般に約０．８〜１．０である。従って、ネマチック主要部層を用いた場合、表面指向子配列層は、主要部層と接触してスメクチック配列を与えるのが好ましい。

例えば、表面指向子配列層の材料は、化学的に変性したポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン等のような重合体材料にすることができる。

表面指向子配列層は、反応性基を有する重合体の被覆を基体表面上に先ず適用し、然る後、前記重合体の反応性基と反応させることにより前記重合体被覆に希望の側鎖を化学的に結合し、それにより希望の表面指向子配列層を与えることにより形成することができる。

表面指向子配列層は、既に変性した重合体の被覆を基体表面上に適用することにより形成することもできる。

別法として、表面指向子配列層は、化学的に変性した非重合体固体材料、例えば、化学的に結合した側鎖を有する、金表面、二酸化珪素表面、又はガラス表面（シラノール基を含む）を含んでいてもよい。

正及び負の誘電異方性を、夫々有する適当な表面指向子配列層材料の例は、下に記載する好ましい態様に関連して与えられている。それら例では、重合体主鎖（Ｚ）に一つ以上の側鎖が結合している。

本願の式には、次の省略記号が用いられている：
Ｒ１及びＲ２は、夫々独立に、脂肪族炭化水素鎖、例えば、アルキルで、好ましくは１〜２０個の炭素原子を有し、例えば、２〜１２個の炭素原子を有するアルキルである。

Ｒ３（隔離原子を表す）は、脂肪族炭化水素、例えば、アルキル、シロキサン、エチレングリコール鎖、又はそれらのいずれかの組合せであり、少なくとも二つ、好ましくは２〜２０個、例えば、４〜２０個、一層好ましくは５〜２０個の炭素原子又はヘテロ原子を含む（炭素原子又はヘテロ原子の数は、重合体主鎖に沿って無作為的に変動してもよいことは認められるであろう）。

Ｒ４は、脂肪族炭化水素鎖であり、例えば、アルキル、好ましくは１〜２０個の炭素原子、例えば、１〜５個の炭素原子を含む。

Ｒ５及び６Ｆは、夫々独立に、脂肪酸炭化水素、シロキサン、エチレングリコール鎖、又はそれらのいずれかの組合せであり、好ましくは４〜２２個、例えば、６〜２０個、一層好ましくは８〜１８個、例えば、９〜１５個の炭素原子又はヘテロ原子を含む。

Ｘ及びＹは、夫々独立に、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、又はＣＦ_３である。

Ｘ_１及びＹ_１は、夫々独立に、Ｆ又はＣｌ、好ましくはＦであり、そして

Ｚは、重合体の主要な鎖（重合体主鎖）の一部分である。

これに関連して、表面指向子配列層材料の側鎖（Ｓｎ）の少なくとも幾つかは、印加電場に直接それらが誘電カップリングする結果として、それらの分子配向を自由に変動させることができるべきであること（即ち、直接制御可能であること）は認められるであろう。例えば、前記側鎖と、表面指向子配列層材料の残りの部分との間の物理的分子内相互作用は、弱いのが好ましい。例えば、前記側鎖と材料の前記残余との間の物理的分子内相互作用が弱い表面指向子配列層材料を選択することにより、或はそのような物理的分子内相互作用を立体的に妨げることにより、例えば、前記側鎖と材料の前記残余との間にスペーサーを使用することにより、相互作用の程度を低くすることができる。

本発明による装置中の表面指向子配列層は、係属中の国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００３００で定義されているような重合体を含むのが好ましい。この種の重合体は、重合体主鎖（Ｚ）、好ましくはポリビニルアセタール及びそれに結合した側鎖（Ｓｎ）を含み、この場合、前記重合体主鎖は、直接結合した環構造体を持たず、前記側鎖の少なくとも幾つかの各側鎖は、炭素・炭素一重結合（−）、炭素・炭素二重結合含有単位（−ＣＨ＝ＣＨ−）、炭素・炭素三重結合含有単位（−Ｃ≡Ｃ−）、メチレンエーテル単位（−ＣＨ_２Ｏ−）、エチレンエーテル単位（−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−）、エステル単位（−ＣＯＯ−）、及びアゾ単位（−Ｎ＝Ｎ−）からなる群から選択された結合部により結合された少なくとも二つの非置換及び／又は置換フェニルを含み、配向相で、誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示し、少なくとも二つの隔離原子、好ましくは少なくとも五つの隔離原子により重合体主鎖に結合している。この種の重合体の製造は、ＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００３００に記載されている。

ここで用いられる「側鎖」とは、重合体主鎖のような直鎖分子から枝分かれした原子群を意味する。

ここで用いられる「非置換フェニル」とは、−Ｃ_６Ｈ_４−及び−Ｃ_６Ｈ_５のようなフェニル基を意味する。

ここで用いられる「置換フェニル」とは、一つ以上の水素原子（単数又は複数）が、（ａ）異なった原子（単数又は複数）、又は基（単数又は複数）により置換されている場合のフェニル基を意味する。

ここで用いられる「隔離原子」とは、重合体主鎖に側鎖を結合する原子を意味する。

ここで用いる「直接結合した環構造体」とは、融合環構造体、及び単一又は多重結合だけで結合された環構造体（即ち、一つ以上の結合のみで結合された環構造体）を意味する。

好ましくは、前記直接結合した環構造体を持たない重合体主鎖は、

〔式中、Ｓ_１は、炭素・炭素一重結合（−）、炭素・炭素二重結合含有単位（−ＣＨ＝ＣＨ−）、炭素・炭素三重結合含有単位（−Ｃ≡Ｃ−）、メチレンエーテル単位（−ＣＨ_２Ｏ−）、エチレンエーテル単位（−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−）、エステル基単位（−ＣＯＯ−）、及びアゾ単位（−Ｎ＝Ｎ−）からなる群から選択された結合部により結合された少なくとも二つの非置換及び／又は置換フェニルを含み、配向相で、誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第一側鎖、及び第一側鎖を重合体主鎖へ結合する少なくとも二つの隔離原子を表す。〕
による、無作為的に分布した第一の型の単位、及び

による無作為的に分布した第二型の単位を含む。重合体主鎖が、これらの型の無作為的に分布した単位を含む場合、重合体はポリビニルアセタールである。

更に、重合体主鎖は、

（式中、Ｓ_２は、Ｓ_１とは異なり、配向相で誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第二側鎖、及び少なくとも二つの隔離原子で、それにより前記第二側鎖が重合体主鎖に結合されている隔離原子を表す。）
による無作為的に分布した第三の型の単位含むことも好ましい。Ｓ_２により与えられる誘電異方性は、Ｓ_１により与えられる誘電異方性とは異なっていてもよい。

好ましくは、前記第二側鎖Ｓ_２は、炭素・炭素一重結合（−）、炭素・炭素二重結合含有単位（−ＣＨ＝ＣＨ−）、炭素・炭素三重結合含有単位（−Ｃ≡Ｃ−）、メチレンエーテル単位（−ＣＨ_２Ｏ−）、エチレンエーテル単位（−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−）、エステル単位（−ＣＯＯ−）、及びアゾ単位（−Ｎ＝Ｎ−）からなる群から選択された結合部により結合された少なくとも二つの非置換及び／又は置換フェニルを含む。

重合体主鎖は、

（式中、Ｓ_３は、Ｓ_１及びＳ_２とは異なり、永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない側鎖を表す。）
による無作為的に分布した更に別の（第三又は第四の）型の単位を含んでいてもよい。この型の単位は、希望の特定の側鎖Ｓ_１を、場合により希望の特定の側鎖Ｓ_２と組合せて用い、配向相で、ある希望の誘電異方性を示す重合体を得るために重合体主鎖中に組込むことができる。例えば、配向相中の重合体の誘電異方性は、永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない側鎖Ｓ_３を用いて減少することができる。

本発明による装置は、非平面型スイッチング又は平面型スイッチング液晶装置であるのが好ましい。

１． 反対符号の誘電異方性
本発明による装置の態様の第一の群では、液晶主要部層及び表面指向子配列層は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す。前記装置は、非平面型スイッチング液晶装置であるのが好ましい。

ａ） 非平面型スイッチング液晶装置
本発明の態様のこの第一の群による、初期平面状配列を有する非平面型スイッチング装置では、前記表面指向子の（液晶主要部層の）閉込め用基体への直交プロジェクト（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）は、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれ、前記基体と平行な幾何学的平面内にある、電場オフの時の優先的平面状配向と呼ばれている優先的配向を与え、前記主要部層の分子の配向を、印加した電場により、プロジェクトされた表面指向子の前記優先的平面状配向の、電場誘導垂直配向への非平面型スイッチングを行うように直接制御することができる。

態様のこの第一の群による、初期垂直配列を有する非平面型スイッチング装置では、前記表面指向子の（液晶主要部層の）前記基体に対する垂直な幾何学的平面上への直交プロジェクトは、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれ、電場オフの時の優先的垂直配向と呼ばれている前記優先的配向を与え、前記主要部層の分子の配向を、印加した電場により、プロジェクトされた表面指向子の前記優先的垂直配向の、電場誘導平面状配向への非平面型スイッチングを行うように直接制御することができる。

本発明による非平面型スイッチング装置では、電場は、閉込め用基体に対し垂直に（即ち、液晶主要部層に対し垂直に）適用される。

図４は、本発明による非平面型スイッチング液晶装置５の態様の一部分を示しており、この場合、表面指向子配列層６は、液晶主要部層８を閉込める基体７の内側表面上に適用されている。液晶主要部８は、負の誘電異方性（Δε＜０）を示し、表面指向子配列層６は、正の誘電異方性（Δε＞０）を示す。

表面指向子配列層６の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面７に対して初期垂直配向を有し、従って、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、垂直又は実質的に垂直に配列した液晶主要部分子８を与える結果になる。表面指向子配列層６も、液晶主要部分子８の電場誘導平面状配列の優先的配向が得られるように、一方方向に擦られているのが好ましい。

図４に示した装置５は、二つの表面指向子配列層６（両側態様）を含んでいるが、本発明による装置は、別法として、例えば、唯一つの表面指向子配列層（片側態様）を含んでいてもよいことは認められるであろう。

閉込め用基体７上の電極９の間の液晶主要部層８に対し垂直に外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、垂直又は実質的に垂直に配列した液晶主要部分子８は、それらの負の誘電異方性のために、電場誘導平面状配向へ非平面型スイッチされるであろう。しかし、表面指向子配列層６の分子（即ち、側鎖）は、それらの初期垂直配向を保ち、それは印加した電場により、それらの正の誘電異方性のために増大し、安定化されるであろう。換言すれば、表面指向子配列層６の分子（即ち、側鎖）は、それらの層６を通って電場が印加された時に、スイッチされず、従って、基体表面７に近い液晶層８の強い弾性変形Ｄ３を起こすであろう。外部電場を除くと（Ｅ＝０）、表面指向子配列層６の垂直に配向した分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子８の電場誘導平面状配向から電場オフの時のそれらの垂直配向へ戻る速い緩和を促進するであろう。このように、図４に示した弾性変形Ｄ３は、図１に示した弾性変形Ｄ１よりも強く、従って、電場オフの時の配向への緩和は、この場合には、図１に示した場合よりも速くなるであろう。Ｄ１とＤ３との比較は、夫々図５及び図６に夫々模式的に示されている。

この液晶主要部層８は、−６〜−１の範囲内の負の誘電異方性を有し、表面指向子配列層６は、１〜３０の範囲内の正の誘電異方性を持っていてもよい。

式Ｉ〜Ｘは、上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期垂直配列を与えるのに適した表面指向子配列層材料の例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す。

上に記載した態様で表面指向子配列層材料として適切なこの型の重合体の特別な例は、式ＸＩ〜ＸＩＩＩによって表されている。

式ＸＩＶ〜ＸＶＩは、上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）で電場オフの時の初期垂直配列を与えるのに適切な表面指向子配列層材料の更に別な例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）で、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖、及び永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない化学的に結合した側鎖（Ｓ_３）を含む。

上に記載した態様で表面指向子配列層材料として適切なこの型の重合体の特別な例は、式ＸＶＩＩ〜ＸＸＶＩＩＩによって表されている。

〔式中、Ｒ４は、ＣＨ_３であり、（ｍ＋ｎ）／ｏは、２５／５０〜４３／１４の範囲内にあり、好ましくは４０／２０より大きく、例えば、４２／１６であり、ｍ／ｎは、９／１〜１／９の範囲内にあり、好ましくは３／１〜１／３、例えば、２／１である。〕
及び

式ＸＸＩＸは、上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）で電場オフの時の初期垂直配列を与えるのに適切な表面指向子配列層材料の更に別な例を示している。配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す二つの異なった型の側鎖（Ｓ_１及びＳ_２）、及び永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない側鎖（Ｓ_３）を含む。

上に記載した態様で表面指向子配列層材料として適切なこの型の重合体の特別な例は、式ＸＸＸ〜ＸＸＸＩＩによって表されている。

〔式中、Ｒ４はＣＨ_３であり、Ｒ５はＣＨ_３であり、（ｍ＋ｎ）／ｏは、２５／５０〜４３／１４の範囲内にあり、好ましくは４０／２０より大きく、例えば、４２／１６であり、ｍ／ｎは、９／１〜１／９、好ましくは３／１〜１／３の範囲内にあり、例えば、２／１である。〕
及び

重合体を用いる代わりに、式Ｉ〜ＸＸＸＩＩの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

液晶主要部層を閉込める基体表面に適用された二つの表面指向子配列層を含む本発明による非平面型スイッチング装置の一つの態様で、表面指向子配列層が正の誘電異方性を示し、液晶主要部層が負の誘電異方性を示す場合の態様では、各表面指向子配列層の側鎖の双極子モーメントは、同じ方向を有するか、又は反対の方向を向いていてもよい。

双極子モーメントが同じ方向を示す二つの別々の配列層を有するそのような装置は、式ＸＩＸ（又は式ＸＶＩＩＩ）に従う材料の二つの別々の配列層を有する装置によって例示されている。

反対方向の双極子モーメントを示す二つの別々の配列層を有するそのような装置は、式ＸＩＸ（又は式ＸＶＩＩＩ）に従う材料の一つの配列層及び式ＸＶＩＩに従う材料の一つの配列層を有する装置により例示されている。

負の誘電異方性を有し、上記態様で適切な液晶主要部層材料の例は、ＭＬＣ６６０８（Δε＝−４．２）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物、ＭＬＣ６８８４（Δε＝−５．０）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物、及びＭＤＡ９８−３０９９（Δε＝−６）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物であり、それらは全てメルク（Ｍｅｒｃｋ）により供給されているネマチック液晶材料である。

図７は、本発明による非平面型スイッチング液晶装置１０の別の態様ｋ一部分を示しており、この場合、表面指向子配列層１１は、液晶主要部層１３を閉込める基体１２の内側表面上に適用されている。液晶主要部１３は、正の誘電異方性（Δε＞０）を示し、表面指向子配列層１１は、負の誘電異方性（Δε＜０）を示す。

表面指向子配列層１１の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面１２に対して初期平面状配向を有し、従って、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、平面状又は実質的に平面状に配列した液晶主要部分子１３を与える結果になる。表面指向子配列層１１も、液晶主要部分子の平面状配列（電場オフの状態）の優先的配向が得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

図７に示した装置１０は、二つの表面指向子配列層１１を含んでいるが（両側態様）、本発明による装置は、別法として、例えば、唯一つの表面指向子配列層（片側態様）を含んでいてもよいことは認められるであろう。

閉込め用基体１２上の電極１４の間の液晶主要部層１３に対し垂直に外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、平面状又は実質的に平面状に配列した液晶主要部分子１３は、それらの正の誘電異方性のために、電場誘電垂直配向へ非平面型スイッチされるであろう。しかし、表面指向子配列層１１の分子（即ち、側鎖）は、それらの均一な初期平面状配向を保ち、それは印加した電場により、それらの負の誘電異方性のために増大し、安定化されるであろう。換言すれば、表面指向子配列層１１の分子（即ち、側鎖）は、それらの層１０を通って電場が印加された時にスイッチされないであろう。外部からの電場を除くと（Ｅ＝０）、表面指向子配列層１１の平面状に配向した分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子１３の電場誘導垂直配向から、それらの電場オフの時の平面状配向へ戻る迅速な緩和を促進するであろう。このように、図７に示した弾性変形Ｄ４は、図２に示した弾性変形Ｄ２よりも強い。Ｄ２とＤ４との比較は、夫々図８及び図９に夫々模式的に示されている。

この液晶主要部層１３は、１〜３０の範囲内の正の誘電異方性を有し、表面配列層１１は、−６〜−１の範囲内の負の誘電異方性を持っていてもよい。

式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＩＩＩは、上に記載した態様（非平面型液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は、配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す。

上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）で電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の特別の例は、式ＸＬＩＶによる重合体である。この重合体は、配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖（Ｓ_１）、及び永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない側鎖（Ｓ_３）を含む。

〔式中、（ｍ＋ｎ）／ｏは、２５／５０〜４３／１４の範囲内にあり、好ましくは４０／２０より大きく、例えば、４３／１８であり、ｍ／ｎは、９／１〜１／９、好ましくは３／１〜１／３の範囲内にあり、例えば、１／１である。〕

上に記載した態様で表面指向子配列層材料として適切なこの型の重合体の別の特別の例は、次の式ＸＬＶによって表される。

重合体を用いる代わりに、式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＶの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

正の誘電異方性を有し、上記態様で適切な液晶主要部層材料の例は、Ｅ４４（Δε＝＋１６．８）とＥ９（Δε＝＋１６．５）、及びＥ７０Ａ（Δε＝＋１０．８）であり、それらは全てＢＤＨ／メルクにより供給されているネマチック液晶材料である。

図４及び７に示された態様は、非平面型スイッチング液晶装置を含み、夫々の装置は液晶主要部層及び反対符号の誘電異方性を示す表面指向子配列層を含む。表面指向子配列層と、反対符号の誘電異方性を示す液晶主要部層との組合せも、減衰時間を減少する効果が非平面型スイッチング液晶装置の方が一層顕著ではあるが、平面型スイッチング液晶装置（下に記載する）に適用することもでき、有利であることが認められるであろう。従って、液晶主要部層及び表面指向子配列層が、反対符号の誘電異方性を示す本発明による装置は、非平面型スイッチング液晶装置であるのが好ましい。

ｂ） 平面型スイッチング液晶装置
本発明の態様の上記第一の群による、初期第一平面状配列を有する平面型スイッチング装置では、前記表面指向子の（液晶主要部層の）前記基体への直交プロジェクトは、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれ、前記基体と平行な幾何学的平面内に、電場オフの時の優先的平面状配向と呼ばれている前記優先的配向を与え、前記主要部層の分子の配向は、印加した電場により、プロジェクトされた表面指向子の前記プロジェクト平面状配向の、電場誘導第二平面状配向への平面型スイッチングを行うように直接制御することができる。

本発明による平面型スイッチング装置では、電場は、閉込め用基体に対し平行に（即ち、液晶主要部層に沿って）適用される。

図１０は、本発明による平面型スイッチング液晶装置１５の態様の一部分を示しており、この場合、表面指向子配列層１６は、液晶主要部層１８を閉込める基体１７（唯一つの基体だけが示されている）の内側表面上に適用されている。液晶主要部１８は、正の誘電異方性（Δε＞０）を示し、表面指向子配列層１６は、負の誘電異方性（Δε＜０）を示す。

表面指向子配列層１６の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面１７に対して、第一方向として、初期平面状配向を有し、従って、電場オフの状態（Ｅ＝０）、図１０ａでは、平面状又は実質的に平面状に配列した液晶主要部分子１８を与える結果になる。表面指向子配列層１６は、電場オフの時の優先的平面状配向方向を得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

図１０に示した装置１５は、二つの表面指向子配列層１６（両側態様）を含んでいるか、又は別法として、唯一つの表面指向子配列層１６（片側態様）を含んでいてもよいことは認められるであろう。

図４に示したように配置した電極１９の間の液晶主要部層１８に沿って（閉込め用基体と平行に）外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、図１０ｂで、液晶主要部分子１８は、それらの正の誘電異方性のために、印加した電場の方向に沿って電場誘導第二平面状配向方向へ平面型スイッチされるであろう。しかし、表面指向子配列層１６の分子（即ち、側鎖）は、それらの初期第一平面状配向方向を保ち、それは印加した電場により、それらの負の誘電異方性のために強められ、安定化されるであろう。換言すれば、表面指向子配列層１６の分子（即ち、側鎖）は、それらの層１６に沿って電場が印加された時にスイッチされないであろう。外部電場を除くと（Ｅ＝０）、第一平面状配向方向を有する表面指向子配列層１６の分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子１８の電場誘導第二平面状配向方向から、電場オフの時のそれらの初期平面状第一配向方向へ戻る速い緩和を促進するであろう。

式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＶは、上に記載した態様（平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。前に記載したように、これらの重合体は、配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖を含む。

重合体を用いる代わりに、式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＶの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

正の誘電異方性を有し、上記態様に適した適切な液晶主要部層材料の例は、Ｅ４４（Δε＝＋１６．８）、Ｅ９（Δε＝＋１６．５）、及びＥ７０Ａ（Δε＝＋１０．８）であり、それらは全てＢＤＨ／メルクにより供給されているネマチック液晶材料である。

本発明による平面型スイッチング液晶装置の別の同様な態様は、負の誘電異方性（Δε＜０）を示し、少なくとも一つの、好ましくは二つの、正の誘電異方性（Δε＞０）を示す表面指向子配列層（単数又は複数）を含む装置である。

式ＸＬＶＩ〜ＬＸＩＩは、上に記載した態様（平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す。

式ＬＸＩＩＩ〜ＬＸＶＩＩは、上に記載した態様（平面型スイッチング液晶装置）で電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列層材料のさらに別の例である。これらの重合体は、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖（Ｓ_１）、及び永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない側鎖（Ｓ_３）を含む。

上に記載した態様で表面指向子配列層材料として適切なこの型の重合体の特別な例は、式ＬＸＶＩＩＩによって表されている。

重合体を用いる代わりに、式ＸＬＶＩ〜ＬＸＶＩＩＩの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

負の誘電異方性を有し、上記態様で適切な液晶主要部層材料の例は、ＭＬＣ６６０８（Δε＝−４．２）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物、ＭＬＣ６８８４（Δε＝−５．０）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物、及びＭＤＡ９８−３０９９（Δε＝−６）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物であり、それらは全てメルクにより供給されているネマチック液晶材料である。

２． 同じ符号の誘電異方性
本発明による装置の第二の群の態様では、液晶主要部層と表面指向子配列層は、同じ符号の誘電異方性（Δε）を示す。その装置は、平面型スイッチング液晶装置であるのが好ましい。

ａ） 平面型スイッチング液晶装置
本発明の態様の上記第二の群による、平面型スイッチング液晶装置では、前記主要部層の分子の配向は、印加した電場により、初期第一平面状配向の、電場誘導第二平面状配向への平面型スイッチングを行うように直接制御することができるのに対し、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれる前記基体上の前記表面指向子（液晶主要部層）の直交プロジェクトは、前記基体と平行な幾何学的平面内に、優先的電場誘導平面状配向と呼ばれる前記優先的配向を与える。

本発明による平面型スイッチング装置では、電場は、閉込め用基体に対し平行に（即ち、液晶主要部層に沿って）適用される。

本発明による平面型スイッチング液晶装置の一つの態様は、液晶主要部と表面指向子配列層の両方が正の誘電異方性（Δε＞０）を示し、表面指向子配列層が、液晶主要部層を閉込める基体の内側表面上に適用されている装置である。

表面指向子配列層の分子（即ち、側鎖）は、この態様では、閉込め用基体表面に対して、第一方向として、初期平面状配向を有し、従って、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、平面状又は実質的に平面状に配列した液晶主要部分子を与える結果になる。表面指向子配列層は、電場オフの時の優先的第一平面状配向方向が得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

装置は、二つの表面指向子配列層（両側態様）を含んでいるか、又は別法として、唯一つの表面指向子配列層（片側態様）を含んでいてもよい。

電極の間の液晶主要部層に沿って（閉込め用基体と平行に）外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、液晶主要部分子は、それらの正の誘電異方性のために、印加した電場の方向に沿って電場誘導第二平面状配向方向へ平面型スイッチされるであろう。表面指向子配列層の分子（即ち、側鎖）は、閉込め用基体と平行に層に沿って電場を印加した場合、それらの正の誘電異方性のために電場誘導第二配向方向へ平面型スイッチされるであろう。このようにして、表面指向子配列層の平面型スイッチング分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子の電場オフの時の第一平面状配向方向から、それらの電場誘導第二平面状配向方向への速いスイッチングを促進するであろう。従って、液晶主要部分子の電場誘導配向方向へのスイッチングは、この場合、非スイッチング表面指向子配列層を有する従来法の液晶装置（図３に示してあるもの）の平面型スイッチングよりも、一層低い印加電圧で一層速くなるであろう。しかし、これに関して、本発明によるこの装置の表面指向子配列層（単数又は複数）は、液晶主要部分子の平面型スイッチングを仲介することはなく、その配向は、電気的カップリングにより直接制御することができることは分かるであろう。表面指向子配列層（単数又は複数）は、前記平面型主要部スイッチングを駆動はしないが、単に促進する。

前記態様による装置の液晶主要部層は、１〜３０の範囲内の正の誘電異方性を有し、表面指向子配列層は、１〜３０の範囲内の正の誘電異方性を有することがある。

表面指向子配列層の正の誘電異方性が、液晶主要部層の正の誘電異方性よりも、一層大きな正の値（一層正性）、好ましくは遥かに大きな値を有する場合、有利になると考えられる。

式ＸＬＶＩ〜ＬＸＶＩＩＩは、上に記載した態様（平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。前に記載したように、これらの重合体は、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖を含む。

重合体を用いる代わりに、式ＸＬＶＩ〜ＬＸＶＩＩＩの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

表面指向子配列層及び同じ符号の誘電異方性を示す液晶主要部層を有する本発明による平面型スイッチング液晶装置では、二つの電極アレー２０、２１で、夫々のアレーが二つの内部デジタル化電極２２からなり、第一電極アレー２０内で得ることができる電場が、第二電極アレー２１内で得ることができる電場に対し実質的に垂直になるように配列されたアレーを用いることが有利であろう（図１１）。各アレー２０、２１は、閉込め用基体２３の上に適用されている。この態様では、液晶主要部分子のスイッチング及び緩和の両方が、印加電場が存在する中で起き、短い応答時間を容易に得ることができる。

本発明による平面型スイッチング液晶装置の別の同様な態様は、液晶主要部層と表面指向子配列層（単数又は複数）の両方が負の誘電異方性（Δε＜０）を示す場合の装置である。

液晶主要部層に沿って（即ち、閉込め用基体と平行に）外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、液晶主要部分子は、それらの負の誘電異方性のために電場オフの時の第一平面状配向方向から、印加した電場の方向に垂直な電場誘導第二平面状配向方向へ平面型スイッチされるであろう。表面指向子配列層の分子（即ち、側鎖）は、電場が層（単数又は複数）に沿って、閉込め用基体と平行に印加された場合、それらの負の誘電異方性のために電場誘導第二配向方向へ平面型スイッチされるであろう。このようにして、表面指向子配列層（単数又は複数）の平面型スイッチング分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子の電場オフの時の第一平面状配向方向から、それらの電場誘導第二平面状配向方向への速いスイッチングを促進するであろう。従って、液晶主要部分子の電場誘導配向方向へのスイッチングは、この場合、非スイッチング表面指向子配列層を有する対応する従来法の液晶装置の平面型スイッチングよりも一層速いであろう。この場合も、本発明によるこの装置の表面指向子配列層は、液晶主要部分子の平面型スイッチングを仲介することはなく、それは単にそのスイッチングを促進するだけであることは認められるであろう。

この態様による装置の液晶主要部層は、−６〜−１の範囲内の負の誘電異方性を有し、表面配列層は、−６〜−１の範囲内の負の誘電異方性を有することがある。

表面指向子配列層の負の誘電異方性が、液晶主要部層の負の誘電異方性よりも、一層大きな負の値（一層負性）、好ましくは遥かに大きな値を有する場合、有利になると考えられる。

式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＶは、上に記載した態様（平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。前に記載したように、これらの重合体は、配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖を含む。

重合体を用いる代わりに、式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＶの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

負の誘電異方性を有し、上記態様で適切な液晶主要部層材料の例は、ＭＬＣ６６０８（Δε＝−４．２）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物、ＭＬＣ６８８４（Δε＝−５．０）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物、及びＭＤＡ９８−３０９９（Δε＝−６）とＭＢＢＡ（Δε＝−０．８）との混合物であり、それらは全てメルクにより供給されているネマチック液晶材料である。

表面指向子配列層と、同じ符号の誘電異方性を示す液晶主要部層との組合せも、立ち上がり時間を減少する効果が平面型スイッチング液晶装置の方が一層顕著ではあるが、非平面型スイッチング液晶装置（下に記載する）に適用することもでき、有利であることも認められるであろう。従って、液晶主要部層及び表面指向子配列層が、同じ符号の誘電異方性を示す本発明による装置は、平面型スイッチング液晶装置であるのが好ましい。

ｂ） 非平面型スイッチング液晶装置
本発明の態様の上記第二の群による、非平面型スイッチング液晶装置では、前記主要部層の分子の配向は、印加した電場により、初期垂直配向の、電場誘導平面状配向への非平面型スイッチングを行うように直接制御することができるのに対し、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれる閉込め用基体上の前記表面指向子（液晶主要部層の）直交プロジェクトは、前記基体と平行な幾何学的平面内に、優先的電場誘導平面状配向と呼ばれる前記優先的配向を与える。

本発明による非平面型スイッチング液晶装置では、電場は、閉込め用基体に対し垂直に（即ち、液晶主要部層に対し直角に）適用される。

図１２は、本発明による非平面型スイッチング液晶装置２４の一つの態様の一部分を、電場オフの状態（Ｅ＝０）で模式的に示しており、この場合、表面指向子配列層２５（一つの層だけが示されている）及び液晶主要部２６の両方が負の異方性（Δε＜０）を示し、それら表面指向子配列層２５は、液晶主要部層２６を閉込める基体の内側表面上に適用されている。

表面指向子配列層２５の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面に対し垂直な初期配向を有し、図１２に示したように、これにより、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、垂直又は実質的に垂直に配列した液晶主要部分子２６を与える結果になる。表面指向子配列層２５は、液晶主要部分子２６の電場誘導平面状配列の優先的方向が得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

装置は、二つの表面指向子配列層（両側態様）を含んでいるか、又は別法として、唯一つの表面指向子配列層（片側態様）を含んでいてもよい。

閉込め用基体の内側表面上の電極２７の間に液晶主要部層２６に対し垂直に外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、液晶主要部分子２５は、それらの負の異方性のために、擦られた方向により定められる電場誘導平面状配向へ非平面型スイッチされるであろう。

表面指向子配列層２５の分子（即ち、側鎖）は、それらの負の誘電異方性のために、擦られた方向により定められる電場誘導平面状配向へ非平面型スイッチされるであろう。このようにして、表面指向子配列層２５の非平面型スイッチング分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子２６の電場オフの時の垂直配向から、電場誘導平面状配向への速いスイッチングを促進するであろう。従って、液晶主要部分子２６の電場オフの時の垂直配向から電場誘導平面状配向へのスイッチングは、非スイッチング表面指向子配列層を有する従来法の液晶装置の非平面型スイッチングよりも、一層低い印加電圧で、一層速いであろう。しかし、本発明によるこの装置の表面指向子配列層２５は、液晶主要部分子２６の非平面型スイッチングを仲介することはなく、その配向は、誘電カップリングにより印加電場により直接制御することができることは認められるべきである。表面指向子配列層２５は、前記非平面型スイッチングを単に促進する。

この態様による装置の液晶主要部層２６は、−６〜−１の範囲内の負の誘電異方性を有し、表面指向子配列層２５は、−６〜−１の範囲内の負の誘電異方性を有することがある。

表面指向子配列層２５が、液晶主要部２６の負の誘電異方性よりも、一層大きな負の値（一層負性）、好ましくは遥かに大きな値を有する場合、有利になると考えられる。

式ＬＸＩＸ〜ＬＸＸＩＩは、上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期垂直配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は、配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す。

式ＬＸＸＩＩＩは、上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）で電場オフの時の初期垂直配列を与えるのに適した表面指向子配列層材料の更に別の例を表している。これらの重合体は、配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖（Ｓ_１）、及び永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示さず、従って、誘電異方性を与えない側鎖（Ｓ_３）を含む。

上に記載した態様で表面指向子配列層材料として適切なこの型の重合体の特別な例は、式ＬＸＸＩＶによって表されている。

重合体を用いる代わりに、式ＬＸＩＸ〜ＬＸＸＩＶの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

本発明の態様の上記第二の群による、非平面型スイッチング液晶装置の別の同様な態様では、前記主要部層の分子の配向は、印加した電場により、初期平面状配向の、電場誘導垂直配向への非平面型スイッチングを行うように直接制御することができるのに対し、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれる前記基体に対し垂直な幾何学的平面上の前記表面指向子（液晶主要部層）の直交プロジェクトは、好ましい電場誘導垂直配向と呼ばれる前記優先的配向を与える。

図１３は、本発明による非平面型スイッチング液晶装置２８の一つの態様の一部分を、電場オフの状態（Ｅ＝０）で示し、この場合、表面指向子配列層２９（一つの層だけが示されている）及び液晶主要部３０の両方が、正の異方性（Δε＞０）を示し、それら表面指向子配列層２９は、液晶主要部層３０を閉込める基体の内側表面上に適用されている。

表面指向子配列層２９の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面に対し平面状初期配向を有し、従って、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、平面状又は実質的に平面状に配列した液晶主要部分子３０を与える結果になる。表面指向子配列層２９は、液晶主要部分子３０の電場オフの時の平面状配列の優先的方向が得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

装置は、二つの表面指向子配列層２９（両側態様）を含んでいるか、又は別法として、唯一つの表面指向子配列層２９（片側態様）を含んでいてもよい。

閉込め用基体の内側表面上の電極３１の間に液晶主要部層３０に対し直角に外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、液晶主要部分子３０は、それらの正の異方性のために、電場誘導垂直配向へ非平面型スイッチされるであろう。

表面指向子配列層２９の分子（即ち、側鎖）は、それらの正の誘電異方性のために、電場が閉込め用基体に対し垂直に印加された場合、電場誘導垂直配向へ非平面型スイッチされるであろう。このようにして、表面指向子配列層２９の非平面型スイッチング分子（即ち、側鎖）は、液晶主要部分子３０の電場オフの時の平面状配向から、電場誘導垂直配向への速いスイッチングを促進するであろう。従って、液晶主要部分子３０の電場オフの時の平面状配向から電場誘導垂直配向へのスイッチングは、非スイッチング表面指向子配列層を有する従来法の液晶装置の非平面型スイッチングの場合よりも、一層低い印加電圧で、一層速いであろう。しかし、本発明によるこの装置の表面指向子配列層２９は、液晶主要部分子３０の非平面型スイッチングを仲介することはなく、その配向は、誘電カップリングにより印加電場により直接制御することができる。表面指向子配列層２９は、前記非平面型スイッチングを単に促進する。

この態様による装置の液晶主要部層３０は、１〜３０の範囲内の正の誘電異方性を有し、表面指向子配列層２９は、１〜３０の範囲内の正の誘電異方性を有することがある。

表面指向子配列層２９の正の誘電異方性が、液晶主要部３０の正の誘電異方性よりも、一層大きな正の値（一層正性）、好ましくは遥かに大きな値を有する場合、有利になると考えられる。

式ＸＬＶＩ〜ＬＸＶＩＩＩは、上に記載した態様（非平面型スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例である。前に記載したように、これらの重合体は、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す側鎖を含む。

重合体を用いる代わりに、式ＸＬＶＩ〜ＬＸＶＩＩＩの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、本発明による装置の表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

本発明による装置の態様のこれまでに記載した第一及び第二の群の変更したものは、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す二つの表面指向子配列層を含む装置である。この型の装置は、短い全応答時間、特に非平面型スイッチング液晶装置のための短い減衰時間を与えると考えられる。

図１４は、本発明による非平面型スイッチング液晶装置３２の一つの態様の一部分を示し、この場合、非対称的（誘電異方性を考慮して）表面指向子配列層３３、３４が、液晶主要部層３５を閉込める基体の内側表面に適用されている。液晶主要部３５は負の誘電異方性（Δε＜０）を示し、第一表面指向子配列層３３は、負の誘電異方性（Δε＜０）を示し、第二表面指向子配列層３４は、正の誘電異方性（Δε＞０）を示している。

表面指向子配列層３３、３４の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面に対し垂直な初期配向を有し、従って、図１４ａに示したように、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、垂直又は実質的に垂直に配列した液晶主要部分子３５を与える結果になる。表面指向子配列層３３、３４は、液晶主要部分子３５の電場誘導平面状配列の優先的方向が得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

閉込め用基体上の電極３６の間の液晶主要部層３５に対し直角に外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、液晶主要部層３５中の曲げ変形が、図１４ｂに示したように誘発され、それによりフレキソエレクトリック（ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）分極Ｐ_ｆｌを引き起こす。印加電場は、フレキソエレクトリック分極に結合し、印加電場の極性により、曲げ変形が増大又は減少し、これにより直線状電気光学的応答を引き起こす。

図１５は、本発明による平面外スイッチング液晶装置３７の一つの態様の一部分を例示しており、この場合、非対称的（誘電異方性を考慮して）表面指向子配列層３８、３９が、液晶主要部層４０を閉込める基体の内側表面に適用されている。液晶主要部４０は正の誘電異方性（Δε＞０）を示し、第一表面指向子配列層３８は、正の誘電異方性（Δε＞０）を示し、第二表面指向子配列層３９は、負の誘電異方性（Δε＜０）を示している。

表面指向子配列層３８、３９の分子（即ち、側鎖）は、この態様では閉込め用基体表面に対し平面状初期配向を有し、従って、図１５ａに示したように、電場オフの状態（Ｅ＝０）では、平面状又は実質的に平面状に配列した液晶主要部分子４０を与える結果になる。表面指向子配列層３８、３９は、液晶主要部分子４０の電場オフの時の平面状配列の優先的方向が得られるように、一方向に擦られているのが好ましい。

閉込め用基体上の電極４１の間の液晶主要部層４０に対し直角に外部電場を印加した時（Ｅ≠０）、液晶主要部層４０中の広がり変形が、図１５ｂに示したように誘発され、それによりフレキソエレクトリック分極Ｐ_ｆｌを引き起こす。印加電場はフレキソエレクトリック分極に結合し、印加電場の極性により、広がり変形が増大又は減少し、これにより直線状電気光学的応答を引き起こす。

３． 反対符号の誘電異方性を示す表面指向子配列層の構造部分
本発明による装置の態様の第三の群では、表面指向子配列層（単数又は複数）は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す構造部分を含む。この型の装置は、平面内スイッチング液晶装置及び平面外スイッチング液晶装置の両方について、短い減衰時間のみならず、短い立ち上がり時間を与えると考えられる。

反対符号の誘電異方性（Δε）を示す前記構造部分は、表面指向子配列層中に均一に分布しているべきであると考えられる。

態様のこの第三の群による装置は、二つの表面指向子配列層（両側態様）、又は別法として、唯一つの表面指向子配列層（片側態様）を含んでいてもよい。

反対符号の誘電異方性（Δε）を示す構造部分を含む表面指向子配列層は、例えば、正の誘電異方性（Δε＞０）の第一構造部分と、負の誘電異方性（Δε＜０）の第二構造部分を有する二量体化学構造を含む材料を用いて得ることができる。

式ＬＸＸＶは、上に記載した態様（平面外又は平面内スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列材料の例を表している。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は二量体構造で、その各々が、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第一構造部分、及び配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第二構造部分を含む二量体構造を有する。

重合体を用いる代わりに、式ＬＸＸＶの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

式ＬＸＸＶＩ〜ＬＸＸＸは、上に記載した態様による平面外スイッチング液晶装置での電場オフの時の初期垂直配列を与えるのに適した表面指向子配列層材料の例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は二量体構造で、その各々が、配向相で正の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第一構造部分、及び配向相で負の誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第二構造部分を含む二量体構造を有する。

重合体を用いる代わりに、式ＬＸＸＶＩ〜ＬＸＸＸの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

図１６は、本発明による平面外スイッチング液晶装置４２の一つの態様の一部分を例示しており、その装置は、電場オフの時の初期垂直配向を有し、基体表面４３上に適用された表面指向子配列層（一つの層だけが示されている）を含み、正の誘電異方性（Δε＞０）の第一構造部分４４及び負の誘電異方性（Δε＜０）の第二構造部分４５を含む二量体構造を有する。液晶主要部層４６は、負の誘導異方性（Δε＜０）を有する。

図１６ａは、電場オフの状態（Ｅ＝０）を例示し、図１６ｂは、電場誘導状態（Ｅ≠０）を例示している。

正の誘電異方性（Δε＞０）の第一構造部分、負の誘電異方性（Δε＜０）の第二構造部分、及び負（Δε＜０）又は正（Δε＞０）誘電異方性の第三構造部分を有する三量体化学構造を含む材料も、本発明の態様のこの第三の群で有用であろう。第三構造部分は、第一及び第二構造部分と比較して、同じか又は異なっていてもよい。従って、夫々の構造部分が正又は負の誘電異方性を示し、前記三つの構造部分の二つが反対符号の誘電異方性を示す二つ以上の構造部分を含む化学的構造体は、本発明による態様のこの第三群による装置で有用であろう。

式ＬＸＸＸＩ〜ＬＸＸＸＩＩＩは、上に記載した態様（平面外又は平面内スイッチング液晶装置）での電場オフの時の初期平面状配列を与えるのに適した表面指向子配列層材料の例である。これらの重合体は、重合体主鎖（Ｚ）に化学的に結合した側鎖（Ｓ_１）を含み、その側鎖は三量体構造で、その各々が、配向相で正の誘電異方性（Δε＞０）を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第一構造部分、配向相で負の誘電異方性（Δε＜０）を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第二構造部分、及び配向相で負（Δε＜０）又は正（Δε＞０）誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示す第三構造部分を含む三量体構造を有する。

重合体を用いる代わりに、式ＬＸＸＸＩ〜ＬＸＸＸＩＩＩの側鎖は、当業者に知られているように、金表面、二酸化珪素表面、又はシラノール基を含むガラス表面のような固体表面に化学的に結合し、表面指向子配列層として用いるのに適した材料を形成することができる。

図１７は、本発明による平面外スイッチング液晶装置４７の一つの態様の一部分を例示しており、その装置は、電場オフの時の初期平面状配向を有し、基体表面４８上に適用された表面指向子配列層（一つの層だけが示されている）を含み、正の誘電異方性（Δε＞０）の第一構造部分４９、負の誘電異方性（Δε＜０）の第二構造部分５０、及び正の誘電異方性（Δε＞０）の第三構造部分５１を含む三量体構造を有する。液晶主要部層５２は、正の誘導異方性（Δε＞０）を有する。

図１７ａは、電場オフの状態（Ｅ＝０）を例示し、図１７ｂは、電場誘導状態（Ｅ≠０）を例示している。

１．１０ｍｍの厚さを有する液晶表示ガラス基体を用いた。その基体の一方の側に、８０Ω／ｃｍ^２の表面抵抗を有するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層（電極材料）を与えた。当業者に知られている慣用的ホトリトグラフ法を用いてアドレス用電極構造体を与えた。ガラス基体を９．５×１２．５ｍｍの大きさを持つ片に切断し、縁を削った。２５．４×２５．４ｍｍの大きさのガラス基体も用いた。

次に、それら基体を超音波浴中で蒸留水中で数回洗浄し、乾燥し、次にイソプロパノール中で２回洗浄した。然る後、それら基体を無塵室中へ移した。

基体のＩＴＯ側に、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に表面指向子配列層材料を約０．１％（ｗ／ｗ）の濃度まで（０．５％ｗ／ｗまでの濃度を試験した）溶解したものを回転塗布した。速度は約３０００〜４０００ｒｐｍであり、被覆は３０秒間行なった。

被覆後、基体を１２５℃の温度で約５〜１０分間加熱し、溶媒（ＴＨＦ）を除去し、配列層を形成した。乾燥は、炉中か、又はホットプレート上で、且つ／又は真空中で行うことができる。然る後、基体を冷却するように設定した。

６０℃で約５〜１０分間加熱し、次に１３０℃で約１０〜３０分間加熱することを含む２工程法も試験し、許容可能な結果が得られたことも認められている。しかし、室温より高い温度は、乾燥工程としては原理的に不必要であることが認められるであろう。

ＩＴＯ層の上に適用した表面指向子配列層を、１２０ｍｍの直径のドラムを用いたナイロン布で、３００ｒｐｍのドラム速度、１５ｍｍ／秒の線速度、及び約０．５ｍｍのパイル接触長さを用いてバフ掛けした。全ての基体を同じ方向にバフ掛けした。

二つの基体で、一方の基体を１８０°回転させて、セル中でバフ掛け方向が逆平行になるようにしたものを、ＵＶ接着剤〔ノーランド（Ｎｏｒｌａｎｄ）ＮＯＡ６８〕及び二つの縁の所にある細紐状のスペーサーを用いて一緒に合わせ、セルを形成した。別法として、セル表面にエタノール分散物からスペーサーをスプレーしてもよい。セルを、ＵＶ露出箱中で１５分間加圧した。小さな電気コードを、セルの各ＩＴＯ表面に超音波はんだ付けした。

次に、毛細管力により等方性相になっているネマチック液晶を、セル中に導入した（これは、真空を適用しても、しなくても行うことができる）。

上に記載した装置は、比較的簡単な型のものであることは分かるであろう。装置は、遥かに大きな大きさのものにすることもでき、受動マトリックス・アドレス型又は活性マトリックス・アドレス型を用いるなどして異なった仕方でアドレスすることができる。これらの場合には、複雑なマイクロエレクトロニクス製造工程を含む工程が含まれる。下の全ての例で、溶媒は、それらを使用する前に、ドイツＩＣＮバイオメディカルズ有限会社（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ ＧｍｂＨ）からのＩＣＮアルミナＮスーパー１を含む短クロマトグラフィーカラムに反応溶媒を通すことにより乾燥した。

下の全ての実施例で、重合体を製造するために、当業者によく知られている標準的反応を用いた。

下の例で最大官能性化度は、統計的理由により８６％である。従って、初期ヒドロキシル基の最低１４％は、反応完了後でも残っている。

例１： 電気的に安定化された垂直配列表面指向子配列層を有する平面外スイッチング液晶装置
表面指向子配列層材料の製造
１００ｍｌのフラスコ中で、０．７０ｇの４′−（１１，１１−ジエトキシ−ウンデシルオキシ）−ビフェニル−４−カルボニトリル（側鎖前駆物質Ｉ）〔Ｄ．ラセイ（Ｌａｃｅｙ）その他、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２００，１２２２−１２３１（１９９９）参照〕、０．０８１ｇのオクタナール、０．１９８ｇのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（約１５，０００ｇ／モルの数平均分子量）、及び０．１０ｇのｐ−トルエンスルホン酸（ＴｓＯＨ）を、２０ｍｌの乾燥Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、約５５℃で２４時間撹拌した。

次に反応混合物を１５０ｍｌのメタノール中へ注入し、重合体を沈澱させた。沈澱物を収集し、５ｍｌのクロロホルムに溶解し、１００ｍｌのメタノール中で再び沈澱させた。再沈澱を２回繰り返した。

収率は０．２９ｇの重合体（即ち、添加したポリビニルアルコールの量に基づいて計算して、４０％）であった。損失は、操作手順（即ち、沈澱手順）で除去された低分子量重合体が存在していることによるものであった。

得られた重合体の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、方式Ｉの構造体Ａに従うものであった。ＮＭＲを用いて決定した重合体中の側鎖モル比、Ｉ／オクタナールは、２／１（＝構造体Ａ中のｏ／ｎ）であることが判明した。更に、（ｏ＋ｎ）／ｐは、約４２／１６であることが判明した。

側鎖前駆物質Ｉから形成された側鎖は、−（ＣＨ_２）_１０−の形の隔離原子により重合体主鎖に結合している。

本発明による液晶装置の製造
基体のＩＴＯ側に、上に記載したようにして製造した重合体Ａ（＝式ＸＩＸ）で、上に記載したように被覆した。しかし、式Ｉ〜ＸＸＸＩＩに従う構造体の何れか一つをこの態様で用いてもよいことは分かるであろう。

重合体層（約１００ｎｍ）を、非常に軽く一方向に擦り、重合体のメソ型側鎖の僅かな傾斜を予め誘発させ、然る後、セルを組立た。

次にサンドイッチ型セル（セル間隙約３μｍ）に、ネマチック混合物ＭＢＢＡ／ＭＣＬ６６０８〔ドイツメルク（Ｍｅｒｃｋ）〕、４０／６０重量％を満たした。ＭＢＢＡは、Δε＝−０．８を示し、ＭＣＬ６６０８は、Δε＝−４．２を示していた。

このセルでは、重合体層は、表面指向子配列層として働く。

室温まで冷却した後のセルの配列を、偏光顕微鏡により検査し、均一に垂直であることが判明した。

偏光顕微鏡、光検出器、オシロスコープ、及びパルス発生機を含む装置で、応答立ち上がり及び減衰時間を測定した。

低周波（約１Ｈｚ）の単極性インパルスを適用した時の垂直配列を有するセルの電気光学的応答が、図１８に描かれている。９．２Ｖの電圧（Ｕ）では、測定された立ち上がり及び減衰時間は、夫々約１．９及び３．８ｍｓであった。従って、測定された減衰時間は、初期垂直配列を有する平面外スイッチング液晶セルで通常測定されている減衰時間よりも短く、約１／５倍である。

例２： 電気的に安定化された垂直配列表面指向子配列層を有する平面外スイッチング液晶装置
例１を繰り返した。但しサンドイッチ状セルに、ネマチック混合物ＭＢＢＡ／ＭＣＬ６８８４（ドイツ、メルク）、４０／６０重量％を満たした。ＭＣＬ６８８４は、Δε＝−５．０を示し、ＭＢＢＡは、Δε＝−０．８を示していた。

６．１Ｖの電圧（Ｕ）では、図１９に示したように、測定された立ち上がり及び減衰時間は、夫々約２．５及び１．８ｍｓであった。

例３： 電気的に安定化された垂直配列表面指向子配列層を有する平面外スイッチング液晶装置
表面指向子配列層材料の製造
１００ｍｌのフラスコ中で、０．１１ｇの４′−（１１，１１−ジエトキシ−ウンデシルオキシ）−ビフェニル−４−カルボン酸４−エトキシカルボニルーフェニルエステル（側鎖前駆物質ＩＩＩ）、０．０７ｇの４′−（１１，１１−ジエトキシ−ウンデシルオキシ）−４′−ウンデセ−１０−エニルオキシ−ビフェニル（側鎖前駆物質ＶＩＩ）、０．０１８ｇのオクタナール、０．０３７ｇのＰＶＡ（約１５，０００ｇ／モルの数平均分子量）、及び０．０３ｇのＴｓＯＨを、１０ｍｌの乾燥ＤＭＦに溶解し、約５５℃で２４時間撹拌した。

次に反応混合物を１５０ｍｌのメタノール中へ注入し、重合体を沈澱させた。沈澱物を収集し、５ｍｌのクロロホルムに溶解し、１００ｍｌのメタノール中で再び沈澱させた。再沈澱を２回繰り返した。

収率は０．０９ｇの重合体であった。損失は、操作手順で除去された低分子量重合体が存在していることによるものであった。

得られた重合体の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、方式ＩＩの構造体Ｈに従うものであった。

側鎖前駆物質ＩＩＩから形成された側鎖は、−（ＣＨ_２）_１０−の形の隔離原子により重合体主鎖に結合しており、側鎖前駆物質ＶＩＩから形成された側鎖は、−（ＣＨ_２）_１０−の形の隔離原子により重合体主鎖に結合している。

本発明による液晶装置の製造
例１を繰り返した。但し基体のＩＴＯ側を、上に記載したようにして製造した重合体Ｈ（＝式ＸＸＸＩＩ）で、上に記載したように被覆した。しかし、重合体層は擦らなかった。更に、サンドイッチ状セルに、Δε＝−５．０を示すネマチック材料ＭＣＬ６８８４（ドイツ、メルク）を満たした。

５．２Ｖの電圧（Ｕ）では、図２０に示したように、測定された立ち上がり及び減衰時間は、夫々約２．７及び２．７ｍｓであった。

例４： 電気的に安定化された平面状配列表面指向子配列層を有する平面外スイッチング液晶装置
表面指向子配列層材料の製造
１００ｍｌのフラスコ中で、１．０ｇの２−［４−（１１，１１−ジエトキシ−ウンデシルオキシ）−３−（４−エトキシ−フェニルアゾ）−フェノキシ］−プロピオン酸ブチルエステル（側鎖前駆物質ＩＸ）、０．２０５ｇのオクタナール、０．２５ｇのＰＶＡ（約１５，０００ｇ／モルの数平均分子量）、及び０．１ｇのＴｓＯＨを、２５ｍｌの乾燥ＴＨＦに溶解し、約６０℃で２４時間撹拌した。

次に反応混合物を２５０ｍｌのメタノール中へ注入し、重合体を沈澱させた。沈澱物を収集し、５ｍｌのクロロホルムに溶解し、１００ｍｌのメタノール中で再び沈澱させた。再沈澱を２回繰り返した。

収率は０．５６ｇの重合体であった。損失は、操作手順で除去された低分子量重合体が存在していることによるものであった。

得られた重合体の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、方式ＩＩＩの構造体Ｊに従うものであった。ＮＭＲを用いて決定した重合体中の側鎖モル比、ＩＸ／オクタナールは、１／１（＝構造体Ｊ中のｏ／ｎ）であることが判明した。更に、（ｏ＋ｎ）／ｐは、約４３／１８であることが判明した。

側鎖前駆物質ＩＸから形成された側鎖は、−（ＣＨ_２）_１０−の形の隔離原子により重合体主鎖に結合している。

本発明による液晶装置の製造
基体のＩＴＯ側を、上に記載したようにして製造した重合体Ｊ（＝式ＸＬＩＶ）で、上に記載したように被覆した。しかし、式ＸＸＸＩＩＩ〜ＸＬＶによる構造体の何れか一つをこの態様で用いることができることは認められるであろう。

重合体層（約１００ｎｍ）を、重合体のメソ型側鎖の均一な平面状配列を確実に与えるように一方向に擦り、然る後、セルを組立た。

次にサンドイッチ型セル（セル間隙約３μｍ）に、Δε＞０を示すネマチック混合物Ｅ７（ＢＤＨ／メルク）を満たした。

このセルでは、重合体層は、表面指向子配列層として働く。

室温まで冷却した後のセルの配列を、偏光顕微鏡により検査し、均一に平面状になっていることが判明した。

偏光顕微鏡、光検出器、オシロスコープ、及びパルス発生機を含む装置で、立ち上がり及び減衰時間を測定した。

低周波（約１Ｈｚ）の単極性インパルスを適用した時の平面状配列を有するセルの電気光学的応答は、立ち上がり及び減衰時間について、夫々約０．５ｍｓ及び４ｍｓであることが判明した。

例５： 電気的に安定化された平面状配列表面指向子配列層を有する平面外スイッチング液晶装置
例４を繰り返した。但しサンドイッチ型セルに、Δε＝＋１０．８を示すネマチック材料Ｅ７０Ａ（ＢＤＨ／メルク）満たした。

５．６Ｖの電圧（Ｕ）では、図２１に示したように、測定された立ち上がり及び減衰時間は、夫々約１．１及び１．６ｍｓであった。

本発明を、その特別な態様に関連して詳細に記述してきたが、種々の変更及び修正を、その本質及び範囲から離れることなくそこに行えることは当業者に明らかであろう。

図１は、液晶主要部層の初期垂直配列を示す従来法の平面外スイッチング液晶装置を模式的に示す図である。 図２は、液晶主要部層の初期平面状配列を示す従来法の平面外スイッチング液晶装置を模式的に示す図である。 図３は、従来法の平面内スイッチング液晶装置を模式的に示す図である。 図４は、液晶主要部層の初期垂直配列を示す本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図であり、この場合、液晶主要部層及び表面指向子配列層は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す。 図５は、弾性変形に関して、図１と図４に示した装置の差を模式的に例示する図である。 図６は、弾性変形に関して、図１と図４に示した装置の差を模式的に例示する図である。 図７は、液晶主要部層の初期平面状配列を示す本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図であり、この場合、液晶主要部層及び表面指向子配列層は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す。 図８は、弾性変形に関して、図２と図７に示した装置の差を模式的に例示する図である。 図９は、弾性変形に関して、図２と図７に示した装置の差を模式的に例示する図である。 図１０は、本発明による平面内スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図であり、この場合、液晶主要部層及び表面指向子配列層は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す。 図１１は、内部デジタル化電極のアレーを模式的に示す図である。 図１２は、本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図であり、この場合、液晶主要部層及び表面指向子配列層は、同じ符号の誘電異方性（Δε）を示す。 図１３は、本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図であり、この場合、液晶主要部層及び表面指向子配列層は、同じ符号の誘電異方性（Δε）を示す。 図１４は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す二つの表面指向子配列層を含む本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図である。 図１５は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す二つの表面指向子配列層を含む本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図である。 図１６は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す構造部分を有する表面指向子配列層を有する本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図である。 図１７は、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す構造部分を有する表面指向子配列層を有する本発明による平面外スイッチング液晶装置の一つの態様を模式的に示す図である。 図１８は、液晶主要部層の初期垂直配列を示す、例１による装置について測定した立ち上がり及び減衰時間を示す図である。 図１９は、液晶主要部層の初期垂直配列を示す、例２による装置について測定した立ち上がり及び減衰時間を示す図である。 図２０は、液晶主要部層の初期垂直配列を示す、例３による装置について測定した立ち上がり及び減衰時間を示す図である。 図２１は、液晶主要部層の初期平面状配列を示す、例５による装置について測定した立ち上がり及び減衰時間を示す図である。

Claims (15)

1. 液晶主要部層で、その表面主要部に表面指向子を与える液晶主要部層、及び前記主要部層の表面指向子の優先的配向を得易くするための前記主要部表面の所にある主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含む表面指向子配列層を含む液晶装置であって、前記液晶主要部層の分子の配向及び前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向が、夫々、電場による誘電カップリングにより直接制御することができることを特徴とする液晶装置。
2. 液晶主要部層と表面指向子配列層が、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す、請求項１に記載の液晶装置。
3. 液晶主要部層と表面指向子配列層が、同じ符号の誘電異方性（Δε）を示す、請求項１に記載の液晶装置。
4. 第一及び第二表面指向子配列層を含み、液晶主要部層及び前記第一表面指向子配列層が、反対符号の誘電異方性（Δε）を示し、液晶主要部層及び前記第二表面指向子配列層が、同じ符号の誘電異方性（Δε）を示す、請求項１に記載の液晶装置。
5. 表面指向子配列層が、反対符号の誘電異方性（Δε）を示す構造部分を含む、請求項１に記載の液晶装置。
6. 更に、少なくとも一つの閉込め用基体を含み、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれる、前記基体上の前記表面指向子の直交プロジェクトが、前記基体と平行な幾何学的平面内に、電場オフの時の優先的平面状配向と呼ばれる優先的配向を与え、前記主要部層の分子の配向を、印加した電場により、プロジェクトされた表面指向子の前記優先的平面状配向の、電場誘導垂直配向への非平面型スイッチングを行うように直接制御することができる、請求項２に記載の液晶装置。
7. 更に、少なくとも一つの閉込め用基体を含み、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれる、前記基体に垂直な幾何学的平面上の前記表面指向子の直交プロジェクトが、電場オフの時の優先的垂直配向と呼ばれる優先的配向を与え、前記主要部層の分子の配向を、印加した電場により、プロジェクトされた表面指向子の前記優先的垂直配向の、電場誘導平面状配向への非平面型スイッチングを行うように直接制御することができる、請求項２に記載の液晶装置。
8. 電場が、少なくとも一つの閉込め用基体に対し垂直に適用される、請求項６又は７に記載の液晶装置。
9. 更に、少なくとも一つの閉込め用基体を含み、主要部層の分子の配向が、印加した電場により、初期第一平面状配向の、電場誘導第二平面状配向への平面型スイッチングを行うように直接制御することができるのに対し、プロジェクトされた表面指向子と呼ばれる、前記表面指向子の直交プロジェクトが、前記基体と平行な幾何学的平面内で、電場誘導優先的平面状配向と呼ばれる優先的配向を与える、請求項３に記載の液晶装置。
10. 電場が、少なくとも一つの閉込め用基体に対し平行に適用される、請求項９に記載の液晶装置。
11. 液晶主要部層が、ネマチック液晶を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液晶装置。
12. 表面指向子配列層が、重合体主鎖及びそれに結合した側鎖を含む重合体を含み、前記重合体主鎖が、直接結合した環構造体を持たず、そして前記側鎖の少なくとも幾つかの各側鎖が、
    （１） 炭素・炭素一重結合（−）、炭素・炭素二重結合含有単位（−ＣＨ＝ＣＨ−）、炭素・炭素三重結合含有単位（−Ｃ≡Ｃ−）、メチレンエーテル単位（−ＣＨ_２Ｏ−）、エチレンエーテル単位（−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−）、エステル単位（−ＣＯＯ−）、及びアゾ単位（−Ｎ＝Ｎ−）からなる群から選択された結合部により結合された少なくとも二つの非置換及び／又は置換フェニルを含み、
    （２） 配向相で、誘電異方性を与える永久的及び／又は誘導双極子モーメントを示し、そして
    （３） 少なくとも二つの隔離原子により重合体主鎖に結合している、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載液晶装置。
13. 重合体がポリビニルアセタールである、請求項１２に記載の液晶装置。
14. 少なくとも一つの基体の内側表面上に表面指向子配列層を与える工程、及び
    二つの基体の間に液晶主要部層を挟む工程、
    を含み、然も、前記液晶主要部層が、その表面主要部に表面指向子を与え、前記表面指向子配列層が、前記主要部層の表面指向子の優先的配向を得易くするために前記表面主要部の所に、前記主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含み、
    前記液晶主要部層の分子の配向と、前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向とが、夫々電場による誘電カップリングによって直接制御することができることを特徴とする、液晶装置の製造方法。
15. 液晶主要部層の表面主要部の所に表面指向子を与える液晶主要部層を、前記主要部層の表面指向子の優先的配向を得易くするために前記表面主要部の所にある主要部層と相互作用するように構成した側鎖を含む表面指向子配列層を使用することにより、配列する工程を含み、前記液晶主要部層の分子の配向と、前記表面指向子配列層の前記側鎖の配向とが、夫々電場による誘電カップリングによって直接制御することができることを特徴とする、液晶主要部層制御方法。

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