JP2009533720A - 双安定型強誘電性液晶装置 - Google Patents

Abstract

液晶電気光学装置である。本液晶電気光学装置は、少なくとも１個の液晶セルを含み、該液晶セルは、間にギャップを有する一対の基板；一対の電極（ここで該一対の電極は、該基板の一方に配置されているか、または、１つの電極がそれぞれの基板に位置する）；および、該一対の基板の間のギャップに堆積した強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を含み、ここで該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、Ｉ→ＳｍＣ^*の相系列を示し、このような液晶電気光学装置は、作動中は双安定である。また本発明は、液晶電気光学装置の製造方法にも関する。

Description

本発明は、一般的に、液晶装置に関し、より具体的には、改善された性能を有する液晶装置に関する。

強誘電性液晶（ＦＬＣ）電気光学装置は極めて迅速な応答時間と双安定性との組み合わせを示す可能性を秘めていることから、それらは相当な注目を集めている。これらの材料をベースとしたキラルスメクチックＣ（ＳｍＣ^*）相液晶および電気光学装置は、多数の広範囲な総論および教本で詳細に説明されており、例えば“Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ−Ａ Ｕｎｉｑｕｅ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｍａｔｔｅｒ，“Ｄ．Ｍ．Ｗａｌｂａ，Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ，第１巻，１７３〜２３５，１９９１；“Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ”，Ｓ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，３０１，１５〜４５，２００４；および、第９章の“Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ，”ｉｎ Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃｓ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ，Ｓ．ＥｌｓｔｏｎおよびＲ．Ｓａｍｂｌｅｓ編集，１９９８で説明されている。迅速な電気光学応答および双安定性の組み合わせは、ディスプレイパネル、投影装置、空間光変調器などの用途に使用するための多様な装置の開発にとって相当な可能性を有している。しかしながら、このような装置の商品化は、多数の技術的な問題のために限定されてきた。

当分野における初期の出版物では、優れた双安定性を示すことができる薄型の剪断配向させたセルを説明している。Ｎ．Ａ．ＣｌａｒｋおよびＳ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌ，“Ｓｕｂｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ ｂｉｓｔａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ，”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３６，８９９〜９０１（１９８０）を参照。現在のところ容認されているキラルスメクチックＣ液晶をベースとした電気光学装置への道筋は、表面安定化強誘電性液晶装置であり、例えば「キラルスメクチックＣまたはＨ液晶光学装置（Ｃｈｉｒａｌ Ｓｍｅｃｔｉｃ Ｃ ｏｒ Ｈ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ）」という表題のＵＳ４，３６７，９２４で説明されているものである。このような装置において、液晶相に平坦な配向を作るために、液晶に隣接する装置の内部表面上に配向膜が用いられている。このような装置内の液晶層の理想的な配向は、いわゆる「ブックシェルフ」構造である。このような装置は、冷却中に以下の相系列を示す液晶材料または混合物を用いて加工されることが多い：
等方相（Ｉ）→キラルネマチック（Ｎ^*）→キラルスメクチックＡ（ＳｍＡ^*）→キラルスメクチックＣ（ＳｍＣ^*）。

しかしながら、ブックシェルフ構造は、機械的に脆く不安定である。温度の逸脱または機械的な衝撃によって慎重に製造されたブックシェルフの幾何学的配置が崩壊する可能性があるという懸念のために、この脆さがブックシェルフの幾何学的配置をベースとした装置の開発を妨害しており、これを配置された装置中で改善することは実質的に不可能である。上述したように、制御された温度勾配は、材料を望ましい液晶の相系列を経て再冷却させることを可能にするものであり、従ってブックシェルフ構造を形成するのに必要であると予想される。

制御された条件下でさえ、ブックシェルフ構造は、ほとんどのキラルスメクチックＣ材料にとって容易に達成することはできない。このような材料がキラルスメクチックＡ相からキラルスメクチックＣ相へ冷却される際に、分子の傾斜が起こりスメクチック層の間隔が収縮し、それによりセルの電気光学性能を劣化させるシェブロン構造、および、いわゆる「ジグザグ欠陥」の形成を引き起こす。場合によっては、電場処理を用いて、シェブロン構造を「偽のブックシェルフ構造」に変換することができる；しかしながら、このような構造を形成することは難しく、装置の貯蔵または操作中にシェブロン構造に戻る可能性がある。実際には、ＦＬＣの製造元は装置にシェブロン構造を用いているが、そのためにコントラスト低下に伴う不利益や双安定性の犠牲を受けている。

ブックシェルフの幾何学的配置の脆さ、および、シェブロン構造の形成、それらに伴うジグザグ欠陥に関する種々の問題にもかかわらず、高速スイッチング、広視野角を有する、キラルスメクチックＣ相を示す液晶をベースとした「双安定型」電気光学装置について言及した多くの参考文献がある。強誘電性液晶装置の電気光学的な性能に関する能力を最大限にするには、長期間の使用が可能であり、「真の光学的双安定性」を示すことができるものでなければならない。ＤｅＶｒｉｅｓのスメクチックＡ相を示す材料を用いた強誘電性液晶装置（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ａ ＤｅＶｒｉｅｓ Ｓｍｅｃｔｉｃ Ａ Ｐｈａｓｅ）という表題の米国特許第６，８７０，１６３号Ｂ１では、「真の光学的双安定性」は、キラルスメクチックＣ相を示す液晶の数が少ない場合にだけ得られると報告されており、さらにこのような材料は、キラルスメクチックＡからキラルスメクチックＣ相への転移中にスメクチック層の収縮が限定されているために、キラルスメクチックＣ相の上にＤｅＶｒｉｅｓのＳｍＡ^*相が示される材料の例であることも記されている。

米国特許第５，７４８，１６４号および６，５０７，３３０号Ｂ１は、非双安定性の強誘電性電気光学装置における装置の性能の劣化を強調している。実際には、データフレームは逆の画像フレームの適応によってＤＣバランス調整されるが、それにより駆動スキームは複雑化し、輝度が犠牲になる。「真の光学的双安定性」を示す強誘電性液晶装置は、再配向中に電場を印加することだけを必要とするため、アドレス指定スキームの複雑さを有意に減少させ、照度および装置の電力効率を高める。

それゆえに、真に双安定性の液晶電気光学装置、および、このような装置の製造方法への必要性がある。

本発明は、真に双安定性の液晶電気光学装置を提供することによってこの必要性を満たすものである。本液晶電気光学装置は、少なくとも１個の液晶セルを含み、該液晶セルは、間にギャップを有する一対の基板；一対の電極（ここで該一対の電極は、該基板の一方に配置されているか、または、１つの電極がそれぞれの基板に位置する）；および、該一対の基板の間のギャップに堆積した強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を含み、ここで該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、Ｉ→ＳｍＣ^＊の相系列を示し、ただし、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、

［式中Ｒは、１〜１０個の炭素原子を有するアルキル基であるか、または、以下の基である：

式中Ｒ’は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基であり；Ｔは、ＯＯＣ、または、ＣＯＯであり；Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、少なくとも１個のキラル中心を有するハロゲンで置換されたアルキル基であり；Ｙは、Ｆであり；ｍは、０、１、２であり；ｐは、１、２、３、４であり；および、ｎは、１０、１１、１２である］ではなく；および、ここで該液晶電気光学装置は、作動中は双安定である。ここで「オリゴシロキサン液晶材料」は、少なくとも１つの液晶相を示すオリゴシロキサン−有機ハイブリッド材料を意味する。

本発明のその他の形態は、液晶装置の製造方法である。本方法は、表面に一対の電極を有する一対の基板を提供すること（ここで該一対の電極は、該基板の一方に配置されているか、または、１つの電極がそれぞれの基板に配置されており、該一対の基板は、その間にギャップを有する）；該一対の基板の間のギャップに、強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を提供すること（ここで該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、Ｉ→ＳｍＣ^*の相系列を示し、ただし、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は：

［式中Ｒは、１〜１０個の炭素原子を有するアルキル基であるか、または、以下の基である：

式中Ｒ’は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基であり；Ｔは、ＯＯＣ、または、ＣＯＯであり；Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、少なくとも１個のキラル中心を有するハロゲンで置換されたアルキル基であり；Ｙは、Ｆであり；ｍは、０、１、２であり；ｐは、１、２、３、４であり；および、ｎは、１０、１１、１２である］ではない）；および、第一の電場を印加して、該液晶電気光学装置を、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を冷却しながらＳｍＣ^*相に配向させるか、または、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料がＳｍＣ^*相である状態で配向させるか、または、その両方で配向させることにより、モノドメインを作製すること、を含み、ここで該液晶電気光学装置は、作動中は双安定である。

電気光学的な双安定性は、ある種のＦＬＣディスプレイにおいて受動的に多重化させること（すなわち、画素ごとにトランジスタ回路を配置することなく稼働すること）を可能にする驚くべき能力の基礎となっている。強健な双安定性を示す表面配向を達成することは、大面積のＦＬＣディスプレイパネルの開発における主要な不確定要素であった。シリコン基板上のＦＬＣ液晶（ＬＣｏＳ）装置は通常双安定に依存していないため、周期的に光源をオフにしなければならない。本発明のセルは真に双安定であるため、これらは連続的に有効な画像を示すことが可能である。

また双安定性は、情報の保存または集積のための装置、例えば、ホログラフィーシステム用の高解像度ディスプレイのための光学的にアドレス指定された空間光変調器におけるＦＬＣの使用の際にも必要である。また電気通信用途のためのラッチスイッチも、双安定であることが必要である。

一実施態様において、本発明は、等方相からＳｍＣ^*への直接的な相転移を示す強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を含む高速スイッチングが可能な双安定性の電気光学装置に関する。等方相からキラルスメクチックＣへの（ＩからＳｍＣ^*への）直接的な相転移を示すサーモトロピック液晶とは、分子の位置秩序がない状態（Ｉ）から、光学活性分子が層に配向された、配向ベクトル（または、平均的な分子の配向）が通常の層（ＳｍＣ^*）に対してθの角度で傾斜した層状の状態に直接的に移行する材料と定義される。ＳｍＣ^*相の存在は、一般的に、Ｘ線回折、顕微鏡による組織および混和性の研究の使用によって確認され、例えば、ＧｒａｙおよびＧｏｏｄｂｙの「スメクチック液晶−組織および構造（Ｓｍｅｃｔｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ−Ｔｅｘｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」（１９８４年）で説明されているようにして確認される。上記の技術と共に、例えばＭｉｙａｓａｔｏ等，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２，Ｌ６６１（１９８３）で説明されているような三角波の形態を用いた電流反転技術を用いた自発分極の再配向ピークの検出を用いて、ＳｍＣ^*相の存在を確認してもよい。ここで「双安定性」とは、電場除去後に、液晶の２種の起こり得るスイッチング状態において実質的な緩和が観察できない状態を意味する。

強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、当業界既知の方法を用いて配向させることができる。本発明の使用は、双安定スイッチングに必要な配向を作り出すための加熱または冷却サイクルを必要としない。再配向は、装置製造後に行うことができるため、装置の修復が可能になる。

誘電性のオリゴシロキサン液晶材料を配向させて、欠陥がほとんどなく、高いコントラスト比を有する大きいドメインを製造することができる。材料の傾斜角は、温度によって有意に変化しないことが望ましく、そのような場合、活性温度の補正への必要性を最小化することができる。

強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、必要に応じてその他の強誘電性の液晶材料と組み合わせることができる。その他の強誘電性の液晶材料は、５０％もしくはそれ未満、または、２０％もしくはそれ未満、または、５％もしくはそれ未満のレベルで含ませることができる。

本発明の一形態によれば、双安定性の液晶セルが提供される。図１は、典型的な装置の構造を示す。強誘電性オリゴシロキサン液晶材料１７は、２つの基板１０と１１との間に置かれる。このような基板は、どのような適切な材料で作製してもよく、例えばガラス、シリコン、有機ポリマー、または、無機ポリマーで作製してもよい。基板の一方または両方は、装置の種類に応じて透明であってもよい。

基板１０、１１の内部表面は、電極１２、１３を有し、これら電極は、例えばアルミニウムまたは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）であり、選択された領域に適用することができる。各基板上に１つの電極が存在していてもよいし、または、基板の一方に両方の電極が存在していてもよい（ただし、必要な電極は一対のみである）。一方または両方の電極は、装置に応じて透明である。あるいは、フリンジ電場を提供する電極が存在していてもよく、それにより電気光学効果を制御することが可能になる。電極の内部表面は、必要に応じて不動態化層でコーティングされていてもよい。

電場の配向、層の配向、および、ＳｍＣ^*相のスイッチングを容易にするために、（液晶材料に隣接する）電極の内部表面、または、フリンジ電場装置の場合は基板の内部表面が、配向層１４、１５でコーティングされていてもよい。配向層は、有機物質のコーティングでもよいし、または、無機物質のコーティングでもよい。適切な配向層としては、これらに限定されないが、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、酸化ケイ素、シラン、および、ポリシランが挙げられる。配向層は、当業界既知のあらゆる方法で形成することができ、このような方法としては、例えば、これらに限定されないが、ラビング法、延伸法、堆積法、および、エンボス法が挙げられる。配向層は、モノドメイン（すなわち「ブックシェルフ」）の形成に役立ち、さらに、双安定スイッチングが観察されることにも役立つ。

スペーサー１６は、基板１０、１１を分離し、セルの厚さを定義する。密封層１８は、セル内の液晶材料を保持するために用いられる。本発明の液晶電気光学装置は、典型的にはセルギャップを有しており、これは０．５ミクロン〜１０ミクロンの範囲内になるように設計される。

積層された装置は、液晶が２つの状態の間でスイッチされると明状態または暗状態が作り出されるように、互いに９０度（光軸）で配向した偏光板１９、２０の間に置かれていてもよい。図１で説明されている装置は、透過型モード装置である。その代わりの当業者既知の偏光板の立体配置も、透過型および反射型モード装置に使用できる。

このような液晶セルは、これらに限定されないが、アクティブマトリックス式の直視型ＦＬＣフラットパネルディスプレイ、パッシブマトリックス式の直視型ＦＬＣディスプレイ、および、シリコン基板上の液晶（ＬＣｏＳ）装置などの装置に用いることができる。

適切なオリゴシロキサン液晶材料としては、これらに限定されないが、以下が挙げられる：
そのうち１つの化合物クラスは、以下の式で示されるものである：

式中Ｒは、Ｗ、または、Ｃ_dＨ_2(d+1)であり、ｄは１〜１０であり、および、
Ｗは、

または

または、ピリミジンもしくはトランであり；
式中Ｒ’およびＲ’’は、独立して、Ｃ_rＨ_2(r+1)（ｒは１〜４である）、または、フェニル基から選択され；ｃは１〜１０であり；ｎは、３〜１４であり；ａは、０または１であり；ｍは、１または２であり；ｓは、１または２であり；ｑは、０または１であり、ここでＴは、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＣＯ、ＣＨ＝Ｎ、Ｎ＝ＣＨ、ＣＦ₂Ｏ、ＯＣＦ₂、ＮＨＣＯ、または、ＣＯＮＨであり；Ｙは、独立して、Ｈ、ハロゲン、ＮＯ₂、ＣＮ、ＣＨ₃、ＣＦ₃から選択され；Ｌは、独立して、Ｈ、または、ハロゲンから選択され；Ｑは、Ｏ、ＣＯＯ、または、ＯＣＯであり、ここでｂは０または１であり；および、Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、ハロ置換された少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基である。

異なるタイプのオリゴシロキサン液晶材料を用いてもよい。例えば、様々なタイプのメソゲンがシロキサンに結合したものでもよい（ＡＢ型）。同じ種類の２個のメソゲンにシロキサンが連結した対称系（ＡＢＡ型）を用いることもできる。また、２種の異なるメソゲンがシロキサンで連結されている非対称系（ＡＢＣ型）を用いることもできる。

適切な化合物の一例を以下に示す。

「固体」→４４℃→ＳｍＣ^*→８７℃→Ｉｓｏ
ここで、および後述される実施例において相の分類として「固体」が使用されているが、これは、５０Ｖ／μｍ未満の電場を印加して１秒間の時間スケール以内で、強誘電性のスイッチングが観察されない相を伴うものである。

その他の適切なエステルベースの化合物の例を以下に示す。

式中Ｚは、

であり、ｆは、６〜８である。
その他の適切な化合物クラスは、以下の式で示されるテルフェニルである：

式中Ｒは、Ｗ、または、Ｃ_dＨ_2(d+1)であり、ｄは１〜１０であり、および、
Ｗは、

または

または、ピリミジンもしくはトランであり：
式中Ｒ’およびＲ’’は、独立して、Ｃ_rＨ_2(r+1)（ｒは１〜４である）、または、フェニル基から選択され；ｃは、１〜１０であり；ｎは、３〜１４であり；ａは、０または１であり；Ｌ＝は、独立して、Ｈまたはハロゲンから選択され；ｍは、１または２であり；ｓは、１または２であり；ｑは、０または１であり、ここでＴは、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＣＯ、ＣＨ＝Ｎ、Ｎ＝ＣＨ、ＣＦ₂Ｏ、ＯＣＦ₂、ＮＨＣＯ、または、ＣＯＮＨであり；Ｙは、独立して、Ｈ、ハロゲン、ＮＯ₂、ＣＮ、ＣＨ₃、ＣＦ₃から選択され；Ｑは、Ｏ、ＣＯＯ、または、ＯＣＯであり、ここでｂは０または１であり；および、Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、ハロ置換された少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基である。

適切なオリゴシロキサン液晶材料を提供するその他の化合物クラスとしては、これらに限定されないが、ピリミジンまたはトランが挙げられる。
本発明を用いて、配向層としてポリアミド（ナイロン）を用いた場合の双安定スイッチングを実証した。小さい欠陥は、電場処理によって容易に修復された。

ＦＬＣ直視型ディスプレイ、または、シリコン基板上の液晶（ＬＣｏＳ）装置において、装置が初期の状態で配向するような適切な電圧の利用が可能になる。このような材料は、電場を用いて効率的にＳｍＣ^*相に配向させることができるため、欠陥（例えば、ドメインの境界、および、ランダムに配向したドメイン）が最小限となる均一に配向させたモノドメインを形成することができる。このような材料が均一に配向している場合、ＬＣ媒体は、適切な配向に回転させることができ、必要に応じてその場で修復することもできる。

最初のセル配向のために、方形波の電場を用いてもよい。適切な配向を達成するためにモノドメインを回転させることが必要な場合、一般的には、非対称な波形が適応されるが、化合物ごとに最適な範囲が変動することが示されているため、波形、振幅、周波数、ＤＣオフセットなどの電場のパラメーターを慎重に考察することが重要である。このような電場は、典型的には、約１０Ｈｚ〜約２５ｋＨｚの範囲の値を有する周波数で約１〜約２５Ｖ／μｍの範囲の値を有する。本発明において、双安定性は、回転の後でも維持される。

表１に、３種のオリゴシロキサン−テルフェニルメソゲンに関するデータを示す。電場を用いて配向させ、回転させた装置を用いて傾斜角および自発分極を決定した。３〜４．５μｍのセルギャップを有し、反平行ラビングしたナイロン配向層を有する液晶試験セルを用いた。

化合物２Ａを含む試験セル（ｎ＝１；Ｉｓｏ→８７℃→ＳｍＣ^*→４４℃→固体；θ〜４５°）を、反平行ラビングしたナイロン配向層および１．５〜３．５μｍの様々なギャップを有するセルを充填することによって製造した。ヒューレット・パッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ）の３３１２０Ａ関数発生器で印加電圧を発生させ、ヒューレット・パッカードの６８２７Ａバイポーラ電源／増幅器で増幅した。ビッカースのフォトプラン（Ｐｈｏｔｏｐｌａｎ）偏光顕微鏡を用いたところ、層の再配向工程が観察された。インステック（Ｉｎｓｔｅｃ）ＳＴＣ２００で制御されたインステックＨＣＳ３０２ホットステージを用いて、サンプル温度を制御した。対称的な方形波電圧で等方相から透明点未満の温度に冷却する際に、単一ドメインのブックシェルフ構造が形成された。配向電場の振幅は、冷却プロセス中の温度に応じて２００Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数で、５Ｖ／μｍ〜８Ｖ／μｍの範囲であった。配向工程の後に、単一ドメインを目視で確認した。

化合物２Ａにおいて、非対称ＡＣ波形を適応することによって層の回転を誘導した。層の回転を顕微鏡を用いてその場でモニターした。全ての波形を選択してＤＣバランス調整した。数種の異なる周波数で１８Ｖ／μｍまでの電場の振幅を用いた。図２で示されるように、回転速度は印加電圧の周波数に応じて様々であった。５０Ｖのピーク電圧ののこぎり波を、３．５μｍ厚さのセルに適応した（約１４．３Ｖ／μｍ）。最適な周波数が、７０℃で約３ｋＨｚであることがわかり、この周波数は、温度低下に伴いより低い周波数にシフトした。５０℃では、１ｋＨｚの周波数が、３ｋＨｚよりも効率的に回転させた。この層が、等しい振幅であるが逆方向の非対称な波形を適応することによって、回転して最初の位置に戻ることがわかった。また単純な対称的な方形波型も、層を回転させて元の状態に戻すことがわかった。回転後に、パルス間の遅延が２．５ｍｓおよび４７．５ｍｓのパルス幅を有するバイポーラパルスの適応によって、双安定性の確認を行った（図３）。

化合物２Ａの化学構造

シロキサンベースの強誘電性の液晶化合物１Ａを合成した。この化合物は、冷却するにつれてＩｓｏ→８０℃→ＳｍＣ^*→３２℃→固体の相系列を示した。この化合物を、配向層として反平行ラビングしたナイロン６でコーティングされた内部表面を有する２つのインジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）でコーティングしたガラス基板の間に配置し、セルギャップのサイズをスペーサービーズを用いて３〜４．５μｍの範囲に調節した。

試験装置を、光検出器、デジタルカメラ、および、インステックＳＴＣ２００で制御されたインステックＨＣＳ３０２ホットステージを備えた交差分極させた透過型顕微鏡（オリンパス（Ｏｌｙｍｐｕｓ）ＢＸ５１）に配置した。試験セルを稼働させるために、テクトロニクス（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）ＡＦＧ３１０１汎用信号発生器からのアウトプットをＦＬＣ Ｆ２０Ａで増幅した。顕微鏡にマウントした光検出器を介して、テクトロニクスＴＤＳ３０３４Ｂオシロスコープで光信号をモニターした。

様々な条件の対称的な方形波で等方相から透明点未満の温度に冷却する際に、単一ドメインのブックシェルフ構造が形成された。配向電場の振幅は、５００Ｈｚ〜３ｋＨｚの周波数で８Ｖ／μｍ〜１８Ｖ／μｍの範囲であった。配向工程の後に、単一ドメインの存在を目視で確認した。傾斜角（θ）、応答時間（ｔｒ）および自発分極（Ｐｓ）を測定し、得られた特性を表２に要約した。この化合物に関する双安定性プロファイルを、パルス間の遅延が５０μｓおよび６．５ｍｓのパルス幅を有するバイポーラパルスの適応によって確認し、それを図４に示す。

化合物１Ａの化学構造

本発明を説明する目的で特定の代表的な実施態様および詳細を示したが、当業者には当然ながら、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変化を施すことができ、本発明の範囲は添付の請求項で定義される。

本発明の装置の一実施態様の断面図である。 ７０℃における層回転速度の周波数依存を示すグラフである。 実施例２における化合物２Ａの双安定性プロファイルを示すグラフである。 実施例３における化合物１Ａの双安定性プロファイルを示すグラフである。

Claims (21)

1. 液晶電気光学装置であって、該装置は、少なくとも１個の液晶セルを含み、
   ここで該液晶セルは：
   間にギャップを有する一対の基板；
   一対の電極（ここで該一対の電極は、該基板の一方に配置されているか、または、１つの電極がそれぞれの基板ごとに配置されている）；および、
   該一対の基板の間のギャップに堆積した強誘電性オリゴシロキサン液晶材料、
   を含み、
   ここで該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、Ｉ→ＳｍＣ^*の相系列を示し、ただし、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、
   

   

   ［式中Ｒは、１〜１０個の炭素原子を有するアルキル基であるか、または、以下の基である：
   

   

   式中Ｒ’は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基であり；Ｔは、ＯＯＣ、または、ＣＯＯであり；Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、少なくとも１個のキラル中心を有するハロゲンで置換されたアルキル基であり；Ｙは、Ｆであり；ｍは、０、１、２であり；ｐは、１、２、３、４であり；および、ｎは、１０、１１、１２である］
   ではなく；
   ここで該液晶電気光学装置は、作動中に双安定である、上記液晶電気光学装置。
2. 前記基板の少なくとも一方が、内部表面上に配向層を有する、請求項１に記載の液晶電気光学装置。
3. 前記配向層が、有機物質のコーティングまたは無機物質のコーティングから選択される、請求項２に記載の液晶電気光学装置。
4. 前記配向層が、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、酸化ケイ素、シラン、および、ポリシランから選択される、請求項２または３に記載の液晶電気光学装置。
5. 前記配向層が、パターン化されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
6. 基板ごとに１つの電極がある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
7. 前記電極の少なくとも１つが、内部表面の選択された領域を覆う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
8. 前記電極の少なくとも１つが、透明な電極である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
9. 前記基板の少なくとも１つが、透明である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
10. 前記ギャップが、約０．５ミクロン〜１０ミクロンである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
11. 前記一対の基板に隣接して、強誘電性オリゴシロキサン液晶材料とは逆側の基板上に一対の偏光板をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
12. 前記強誘電性オリゴシロキサン液晶材料が、強誘電性の液晶材料と組み合わされている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
13. 前記オリゴシロキサン液晶材料の傾斜角が、約２０°より大きい、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
14. 前記強誘電性オリゴシロキサン液晶材料が、式：
    

    

    ［式中Ｒは、Ｗ、または、Ｃ_ｄＨ_{２（ｄ＋１）}であり、ｄは１〜１０であり、および、
    Ｗは、
    

    

    または
    

    

    または、ピリミジンもしくはトランであり：
    式中Ｒ’およびＲ’’は、独立して、Ｃ_rＨ_2(r+1)（ｒは１〜４である）、または、フェニル基から選択され；ｃは、１〜１０であり；ｎは、３〜１２であり；ａは、０または１であり；ｍは、１または２であり；ｓは、１または２であり；ｑは、０または１であり、ここでＴは、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＣＯ、ＣＨ＝Ｎ、Ｎ＝ＣＨ、ＣＦ₂Ｏ、ＯＣＦ₂、ＮＨＣＯ、または、ＣＯＮＨであり；Ｙは、独立して、Ｈ、ハロゲン、ＮＯ₂、ＣＮ、ＣＨ₃、ＣＦ₃から選択され；Ｌは、独立して、Ｈ、または、ハロゲンから選択され；Ｑは、Ｏ、ＣＯＯ、または、ＯＣＯであり、ここでｂは、０または１であり；および、Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、ハロ置換された少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基である］
    で示される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
15. 前記強誘電性オリゴシロキサン液晶材料が、式：
    

    

    ［式中Ｒは、Ｗ、または、Ｃ_dＨ_2(d+1)であり、ｄは１〜１０であり、および、
    Ｗは、
    

    

    または
    

    

    式中Ｒ’およびＲ’’は、独立して、Ｃ_rＨ_2(r+1)（ｒは１〜４である）、または、フェニル基から選択され；ｃは、１〜１０であり；ｎは、３〜１２であり；ａは、０または１であり；Ｌは、独立して、Ｈまたはハロゲンから選択され；ｍは、１または２であり；ｓは、１または２であり；ｑは、０または１であり、ここでＴは、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＣＯ、ＣＨ＝Ｎ、Ｎ＝ＣＨ、ＣＦ₂Ｏ、ＯＣＦ₂、ＮＨＣＯ、または、ＣＯＮＨであり；Ｙは、独立して、Ｈ、ハロゲン、ＮＯ₂、ＣＮ、ＣＨ₃、ＣＦ₃から選択され；Ｑは、Ｏ、ＣＯＯ、または、ＯＣＯであり、ここでｂは、０または１であり；および、Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、ハロ置換された少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基である］
    で示されるテルフェニルを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
16. 前記強誘電性オリゴシロキサン液晶材料が、ピリミジンを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
17. 前記強誘電性オリゴシロキサン液晶材料が、トランを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
18. 前記液晶電気光学装置が、アクティブマトリックス式の直視型ＦＬＣフラットパネルディスプレイ、パッシブマトリックス式の直視型ＦＬＣフラットパネルディスプレイ、または、シリコン基板上の液晶（ＬＣｏＳ）装置から選択される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置。
19. 液晶電気光学装置の製造方法であって：
    表面に一対の電極を有する一対の基板を提供すること（ここで該一対の電極は、該基板の一方に配置されているか、または、１つの電極がそれぞれの基板ごとに配置されており、該一対の基板は、その間にギャップを有する）；
    該一対の基板の間のギャップに、強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を提供すること（ここで該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、Ｉ→ＳｍＣ^*の相系列を示し、ただし、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料は、
    

    

    ［式中Ｒは、１〜１０個の炭素原子を有するアルキル基であるか、または、以下の基である：
    

    

    式中Ｒ’は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基であり；Ｔは、ＯＯＣ、または、ＣＯＯであり；Ｘは、少なくとも１個のキラル中心を有するアルキル基、または、少なくとも１個のキラル中心を有するハロゲンで置換されたアルキル基であり；Ｙは、Ｆであり；ｍは、０、１、２であり；ｐは、１、２、３、４であり；および、ｎは、１０、１１、１２である］
    ではない）；および、
    第一の電場を印加して、該液晶装置を、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料を冷却しながら配向させるか、または、該強誘電性オリゴシロキサン液晶材料がＳｍＣ^*相である状態で配向させるか、または、その両方で配向させることにより、モノドメインを作製すること、
    を含む、上記方法。
20. 前記モノドメインを回転させるために、第二の電場を印加することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記液晶電気光学装置中の欠陥を修復するために、前記装置に第三の電場を印加することをさらに含む、請求項１９または２０に記載の方法。

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