JP4817589B2

JP4817589B2 - ネマチック液晶電気光学要素及びデバイス

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Publication number: JP4817589B2
Application number: JP2002508135A
Authority: JP
Inventors: マルティンシュタルダー; マルティンシャット
Original assignee: Rolic AG
Current assignee: Rolic Technologies Ltd
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: US20030147033A1; CN1220908C; EP1297379A2; WO2002003128A3; AU2001268887A1; KR20030014418A; KR100818193B1; JP2004502970A; DE60139937D1; ATE443279T1; US6867836B2; WO2002003128A2; CN1439113A; EP1297379B1

Description

【０００１】
本発明は、ネマチック液晶電気光学要素、及び前記要素を使用するディスプレイデバイスに関する。
【０００２】
１９８０年に、Ｂｅｒｒｅｍａｎは、ツイストネマチックＬＣセルにおける一時的な双安定性を実証した。１５年後、Ｔａｎａｋａは、ディスプレイアドレス及び応答時間を短縮する、新規のアドレス方式を示した。対応する一時的な双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）要素は、欧州特許第０，５７９，２４７に開示されている。
【０００３】
Ｂｅｒｒｅｍａｎのセルは、適切な配列層を有する２つの基体（substrate）の間に挟まれた時、キラル的にドープされたネマチックＬＣ分子の電位に基づいて、異なるツイスト構造で配列する。そのようなセルは、ツイスト角Φ₀によって特徴づけられるエネルギー基底状態Φ₀、ツイスト角＝Φ₀−１８０°を有する第１の準安定状態Φ₁、ツイスト角Φ₂＝Φ₀＋１８０°を有する第２の準安定状態Φ₂、の３つの関連する構造を示す。
【０００４】
Ｂｅｒｒｅｍａｎは、基底状態で、２つの基体の配向層が平行に配列され、平行なプレチルト角を示しているツイスト角Φ₀＝１８０°を有するセルに、彼の仕事を集中した。２つの一軸配列基体上の平行なプレチルト角によって、基底状態Φ₀は、広がって変形される。適切な電気的リセットパルスがセルに印加されると、正の誘電異方性液晶分子は、電界に平行に配列し、殆ど垂直配列(ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｇｎｍｅｎｔ)になる。付加的電気パルスを印加するか、又は、リセットパルスを適切にオフすることによって（高速又は低速切断）、ディスプレイは弛緩して、高ツイスト状態（高速切断）、又は、低ツイスト状態（低速切断）のいずれかとなる。キラル添加物の信号に応じて、低ツイスト状態は、Φ₁又はΦ₂になることが可能である。従って、以下の記述では、低ツイスト状態をΦ_-、高ツイスト状態をΦ₊で示す。２つの準安定状態Φ₊及びΦ_-は、適切に配列された２つの偏光子の間で、光学的に区別することができる。
【０００５】
図１は、従来技術による一時的双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）セルを示している。ピクセル区域１が示されているが、これは、透明電極３によって規定される。ピクセル１の外の区域、即ち非ピクセル区域は、フレーム区域、又は境界区域２と呼ばれる。両区域１及び２には、番号４で示す同一の基底状態構造Φ₀が存在する。強いリセットパルスがセルに印加されると、液晶は弛緩して、準安定状態Φ₊（５）、及びΦ_-（６）のいずれか一方となる。隣接する異なる分子構造の結果として、回位線７が、切り換えられた区域の周囲に形成される。回位線７は、選択された準安定状態５又は６と、基底状態４との間のトポロジーの差異の結果である。時間軸８に沿った異なる表示の図で示されているように、準安定状態が形成された後、基底状態Φ₀は、緩やかにピクセル区域１に移行し、準安定状態は、再び弛緩して基底状態４に戻る。この基底状態４の戻り速度は、典型的には数μｍ毎秒のオ−ダーである。長期双安定性を必要としない用途に関しては、前記ＢＴＮセルの準安定状態５、６は、適切な駆動パルスでＢＴＮセルの時間多重化を可能にするのに十分長く存在する。（例えば、Ｔ．Ｔａｎａｋａ、Ｙ．Ｓａｔｏ、Ａ．Ｉｎｏｕｅ、Ｙ．Ｍｏｍｏｓｅ、Ｈ．Ｎｏｍｕｒａ、及びＳ．Ｉｉｎｏ、ＡｓｉａＤｉｓｐｌａｙ２５９（１９９５年）を参照。）
【０００６】
ゼニサル双安定ディスプレイ（ＺＢＤ）は、ＷＯ９７／１４９９０号に開示されている。ＺＢＤは、ネマチック液晶層を２つの透明な導電性基体間に挟むことによって形成され、該基体は、その一方がホメオトロピック（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）界面活性剤によって、従来の方法で垂直配向され、他方がホメオトロピック界面活性剤で被覆された表面格子を示している。表面格子の間隔は、１μｍであり、格子の振幅は、格子間隔の２倍から３倍である。ＺＢＤによって、セル内の液晶を、ホメオトロピックと、ホメオトロピック／平面ハイブリッド状態との間を切り替えることが可能になる。ＺＢＤは、良好な機械的安定性を示す。再生可能で、且つ欠陥のない配列を生じるような、薄い表面格子を製造する課題が依然としてある。
【０００７】
ＷＯ９７／１７６３２号は、０°と１８０°との間のツイスト構造を切り換える、双安定ネマチックディスプレイを開示している。典型的なディスプレイは、方位配列方向が同一であるが、別個の異なるプレチルト角及びアンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）源を有する、２つの対向する配列層を含む。適切な電気的パルスを印加することにより、ディスプレイを、平行（０°）状態と、１８０°ツイスト状態との間を切り換えることができる。双安定性は、この２つの状態間の弾性エネルギーが適切に均衡していることが必要である。これは、液晶をキラル添加物でドープすることによって得られる。ディスプレイの切り換えは、２つの配列層の個別のアンカーリング強度に強く依存しており、且つ、アンカーリング強度は熱、及び光学的応力下で変化するので、ディスプレイの双安定性性能は、非常に鋭敏である。
【０００８】
ネマチック分子構造の利用は、それらをディスプレイ境界に確実に配列することができるという利点を有する。ネマチックディスプレイの駆動電圧を切断した後、電界が誘起されたオン状態分子構造は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を温度ショック、又は機械的ショックに曝した後でも、確実にオフ状態の配列状態に戻す。しかしながら、これはまた、駆動電圧を切断すると表示影像が消去される、ネマチック分子構造の光学的単安定性の要因となる。単安定性は、非常に少ない電力消費、及び／又は、ディスプレイ基体に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用することなく大容量の影像を再生することが必要な用途において、ネマチックＬＣＤの深刻な欠点である。
【０００９】
単安定ＬＣＤのディスプレイ電圧を切断することによって、そのオン状態分子構造は、無電界オフ状態に引き戻す弾性回復力により弛緩する。よって、影像表示の必要条件は、表示時間（フレーム時間）の間、単安定ディスプレイの各ピクチャ要素（ピクセル）にわたって電界を維持することである。従って、ディスプレイは、所望の影像が生成されるように、ＬＣＤがベースとしている電気光学効果のオフ状態分子構造を変形する駆動電圧で、常にアドレスされていなければならない。この問題を解決するために、精巧なＴＦＴが、大容量表示用ネマチックＬＣＤにおいて、ディスプレイの２つのガラス基体の一方の各ピクセルに組み込まれる。ＴＦＴは、ディスプレイのピクセルを、少なくとも一時的に、光学的双安定にする、電子的記憶要素及びアドレス要素として動作する。各ピクセルの蓄電キャパシタンスと組み合わされて、ＴＦＴスイッチは、フレーム時間の間、各ピクセルに適正な電圧を維持し、分子が弛緩してオフ状態に戻るのを防ぐ。ＴＦＴの製造は、非常に精密なものであるので、コンピュータモニタのような大容量表示用ＬＣＤは、高価であり、最も先端的なディスプレイ用途に限定される。その上、ＴＦＴの製造は、プラスチック基体と両立できない高温の処理段階を必要とする。従って、ロール・ツー・ロール処理によって製造される大容量表示用プラスチックＬＣＤを実現するため、ＴＦＴをプラスチックＬＣＤに組み込むことが、起こる見込みはない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、長時間双安定であるネマチック液晶電気光学要素を提供すること、即ち、ネマチック要素の確実な配列と、双安定要素の低消費電力とを兼ね備えることである。
【００１１】
本発明によるネマチック液晶電気光学要素は、請求項１によって特徴づけられる性質を利用する。
【００１２】
この要素は、これらの液晶の有利な性質を受け継いだネマチック分子構造に基づく、固有の光学的双安定性を有する新規な電気光学効果を利用する。光学情報は、表示された情報が変化しない限り、電気的リフレッシング（ｒｅｆｒｅｓｈｉｎｇ）を必要としない双安定ＬＣＤの、２つの光学的状態の一方に記憶されるので、双安定ＬＣＤの電力消費は最少になる。
【００１３】
本発明による領域安定化双安定ツイストネマチック（Ｄ−ＢＴＮ）液晶要素は、非常に強化された双安定性を示すだけでなく、より良好な電気光学性能、及び多重性を示す。
【００１４】
Ｄ−ＢＴＮ−ＬＣＤにおける提案された領域安定化は、望ましくない基底状態を効率的に抑制し、新規の配列形態による、優れた電気光学性能、再現性、及び双安定ネマチックディスプレイの寿命をもたらす。
【００１５】
Ｄ−ＢＴＮ−ＬＣＤをアドレスするパッシブマトリックスアドレスは、短い応答時間、高速なアドレス速度、及び大きな多重化比を示すことができる。回位線は、Ｄ−ＢＴＮ−ＬＣＤの切り換えに応じて、転移する必要がないので、比較的弱いリセットパルスのみが要求される。
【００１６】
上述の両方の有利な性質の組合せによって、高速の更新速度（ビデオフレームレート）を有する大容量表示用ディスプレイの製造が可能になる。Ｄ−ＢＴＮディスプレイ固有の双安定性によって、影像が変化した所を更新するには、ディスプレイ影像のその部分のみを更新すればよい。この部分的なディスプレイ影像更新が、より高速な更新速度をもたらす。特に、低速の動画の場合、更新速度は固定した周期的な処理ではなく、要求に応じて、任意の秒、分、時、又は、日に実行することができるので、非常に小さな消費電力となる。これらのリフレッシュサイクルの間には、電力消費は生じない。最後に更新されたディスプレイ影像は、常に存在し、それ以上の電力供給は必要ではない。
【００１７】
本発明による液晶ディスプレイデバイスは、請求項２４及び２５によって特徴づけられる性質を利用する。
【００１８】
本発明のこれら、及びその他の目的、特徴、及び利点は、付属の図面によって示されている実施形態の以下の詳細な説明に照らして、更に明瞭になるであろう。
【００１９】
本発明は、双安定ネマチック液晶ディスプレイの長時間安定化を達成するための、新規な手段及び分子構造に焦点を当てている。
【００２０】
現時点までに報告されている全ての光学的双安定液晶ディスプレイ−スメクティック、コレステリック、又はネマチック−は、グローバルな配列層により特徴付けられており、即ち、ディスプレイの配列は、両方のディスプレイ基体の全領域にわたり一様に広がっているが、この配列方向は、各基体ごとに異なるものとすることができる。
【００２１】
対照的に、本発明は、非グローバル配列構造を使用することにより、略ツイストのネマチックＬＣＤにおける双安定性を達成する新規の方法を選択している。この方法によって、驚くほどネマチックＬＣＤの長期安定性及び再生可能な双安定動作が可能になる。
【００２２】
ネマチックディスプレイの一方、又は、両方の基体上にパターン形成された配列層により、（これまでに知られているネマチックディスプレイの一時的双安定性とは対照的に）同時に併存し、且つ予め形成されたピクセル区域で双安定性を誘起する、異なるＬＣ構造を生成することが可能になる。以下において、領域安定化ＢＴＮ（Ｄ−ＢＴＮ）と呼ばれる、この新規のタイプのネマチック双安定性を説明する。
【００２３】
図２は、1つのパターンが形成された基体１０を具備する２×２要素を含む領域安定化ネマチック液晶１２の透視図、及び該デバイスの断面を示している。ピクセル区域１及びフレーム区域２は、図１と同様の様態で参照される。
【００２４】
通常、第１の領域構造がピクセル区域１を支配しており、これに対し、ピクセル区域外の区域−即ち、境界又はフレーム区域２−は、異なる分子構造によって支配される第２の領域を形成している。この、ピクセル外の付加的境界区域は、ピクセル区域１のターゲット構造に安定性を与える。断面から分かるように、パターン形成された基体１０のピクセル区域１及びフレーム区域２は、異なる方位角及びプレチルト配向を保持している。
【００２５】
本発明は、ピクセル区域１に直接隣接して、境界区域の変わりに他のピクセルがある場合も含むことに留意されたい。例えば、隣接ピクセルの分子構造は、対称的操作（鏡像、回転、又は、組合せ）以外は、ピクセル区域１の分子構造に一致させることもできる。
【００２６】
ピクセル１間の境界区域は、黒いマトリックスで隠すことができるので、該領域の光学的性質に関わりなく、双安定性に関して境界ＬＣ構造を最適化することができる。適切な電圧を、そのような領域安定化ＢＴＮディスプレイのピクセル１に印加すると、該ピクセルは、異なる双安定状態の間で切り換わる。各ピクセル１は、十分な双安定性を示すので、高い多重化率、及び／又は、電気的に消去可能な光学的画像記憶が可能になる。
【００２７】
本発明によるディスプレイセル１２は、図２に見るように、基体中間面１３で異なる配列方向（方位角、プレチルト角、又は、両方に関して）を有する少なくとも１つの基体１０からなり、該基体中間面が、ピクセル１内のΦ₀の基底状態４の成長を抑制し、従って、準安定状態Φ₊５、及びΦ_-６を安定化する。従って、Φ₊、及びΦ_-の状態は、同一の数字を使用して、Ｄ−ＢＴＮディスプレイ１０の準安定状態５、及び６として参照される。
【００２８】
Ｄ−ＢＴＮディスプレイ１０のピクセル区域１における配列の配向は、従来のＢＴＮセルのグローバル配向と一致する。ピクセル１間の境界区域２において、より一般的には、個々のピクセル１に隣接する区域において、異なる配列方向が生成される。
【００２９】
図３は、図２の個別の基体１０及び１１、及びそれらの組合せの平面図を、基体中間面１３における関連するＬＣ分子配向１４、１５、及び１６と共に示している。構造は、２つの領域（境界区域２及びピクセル区域１）をもたらすが、該領域は、下側基体１０及びグローバルに配列された上側基体１１に現れた配列パターンの結果である。
【００３０】
図４は、基体２０及び２１上の２つの領域配列層からなるＤ−ＢＴＮ−ＬＣＤの別の実施形態を示している。基体２０及び基体２１は、それぞれが異なる配列方向を有する縞部２２、２３、及び２４、２５を含む。基体２０及び２１を使用してセルを形成することにより、ピクセル区域１は、縞部２２及び２４の部分で生成され、他方境界区域２は、縞部２２と２５、２３と２４、及び２３と２５の部分を通して生成され、即ち、この場合、少なくとも１つの基体部分２０又は２１は、より小さな縞部２３及び２５に準じた配列を含んでいる。従って、縞部２２及び２４の組合せのみが、ピクセル区域１の成立に寄与しており、他方、縞部２３又は２５の一方の存在が、境界区域２に寄与している。
【００３１】
所要の配列構造１４、１５、及び１６を実現するのに特に適切な方法は、光配列法である。その様な方法は、対応する配向層で配列性能を誘起するために−通常偏光された−光の照射を使用する。ラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）処理における固有の問題を避けるという利点を別にしても、これらの光配向法を用いて、異なる配向を有する区域を形成し、それにより配向層を構築することが可能である。
【００３２】
本発明に対する光配列法の適用の必要条件は、方位配向のみならず、バイアスチルト（プレチルト）をも生成する能力である。
【００３３】
本発明に使用するのに有利なその様な１つの方法は、線形光重合法（ＬＰＰ）であり、これは、また時として光配向ポリマーネットワーク（ＰＰＮ）と呼ばれることもある。これは、例えば、米国特許第５，３８９，６９８号、米国特許第５，８３８，４０７号、及び欧州特許第０７５６１９３号に記載されている。該方法の概観は、Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ、Ｋ．Ｓｃｈｍｉｔｔ、Ｖ．Ｋｏｚｅｎｋｏｖ、及びＶ．Ｃｈｉｇｒｉｎｏｖの、Ｊａｐ．ＪｏｕｒｎａｌＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１，２１５５（１９９２年）、又は、Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ、Ｈ．Ｓｅｉｂｅｒｌｅ、及びＡ．Ｓｃｈｕｓｔｅｒの、Ｎａｔｕｒｅ３８１，２１２（１９９６年）に見ることができる。これらの光配向性ポリマーネットワークは、構造化、又は、非構造化液晶配向層が必要とされるどこにでも使用することができる。
【００３４】
液晶用のその様な光構造化配向層の形成に適切なポリマーは、例えば、国際特許公開９６／１００４９号、及び欧州特許公開０７６３５５２号に記載されている。線形的に偏光された光を照射したこれらの化合物に関しては、所望の配向を誘起するのに加え、同時にチルト角を誘起することが可能である。従って、方位配向及びチルト角に関する構造を有する層を生成することが可能である。
【００３５】
本発明の領域安定化ディスプレイは、必ずしも光配列された境界を必要とせず、また、代替的な配列方法で実現することも可能である。例えば、高度なラビング又は蒸発法を用いて、与えられた２つの異なる配列方向、及び必要なプレチルト角が達成される。光配列は、従って、Ｄ−ＢＴＮディスプレイを製造する必要条件ではないが、それは製造工程を非常に容易にする。
【００３６】
提案された領域配列層は、ピクセルをサブピクセルに細分化することによって、Ｄ−ＢＴＮディスプレイの視野角を更に、高めるのに使用することができる。
【００３７】
以下の説明は、図３に示されている、２つの双安定ツイスト状態＋９０°と−２７０°（実施例１）との間で切り換える１つのセル基体上にある、光配列領域配向パターンを有するＤ−ＢＴＮ−ＬＣＤで開始するセルの例に関する。
【００３８】
形成されたＤ−ＢＴＮ−ＬＣＤセルは、ベース基体１０、及びカバー基体１１からなる。両基体１０及び１１は、透明電極及び光配列層を保持している。透明IＴＯ電極は、サイズが２００×４００μｍ²、又は、６００×１０００μｍ²の多くのピクセルを含む、８×８ｍｍ²の面積にわたって一様である。
【００３９】
ベース基体１０上の２つの領域光配列層３２及び３３は、２つの異なるＬＣ配向を、一方はピクセル区域１内に、他方は周囲の境界区域２内に誘起する。上側基体３４は、全区域にわたり一方向で一軸光配列がなされている。
【００４０】
光配列層は、通常５０ナノメートルの薄さであり、ＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｌｉｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓＬｔｄ．社製のＬＰＰ光ポリマーＪＰ６５が、シクロペンタンに溶解された２パーセントの光ポリマー溶液の形で使用される。液晶混合物は、ＭＬＣ１４０００という名でＭｅｒｃｋＬｔｄ．社から入手から可能な、０．１２９の複屈折率を有するスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）混合物である。所望の固有ツイスト構造を獲得するために、ＬＣ混合物は、ＭｅｒｃｋＬｔｄ．社から発売されている負方向キラル添加物ＳＴ９でドープされる。セル間隙は、５．１μｍであり、０．５９重量パーセントのキラル濃度が選択され、その結果、０．３のｄ／Ｐ比（ｄ＝セル間隙、P=らせんピッチ）を生じる。
【００４１】
ＬＰＰ光配列物質は、３０００ｒｐｍで、３０秒間のスピンコートが施され、次いで、３０分間、１５０℃のホットプレート上で焼成された。ＬＰＰ被覆基体は、３５０Ｗの水銀灯、及びＵＶ偏光子を備えた、Ｋａｒｌ−ＳｕｅｓｓＵＶ曝露ランプで照射された。３１０ナノメートルでのＵＶランプの強さは、０．８ｍＷ／ｃｍ²である。基体は、此処で説明する全ての曝露に関して、基体法線に対し３５度の偏光角の下で、線形的に偏光したＵＶ光に曝された。ベース（下側）基体１０上で、図３の２つの領域配列を生成するために、基体１０は、第１段階で、ＵＶ光に１３５秒間曝露され、同時に、フレーム区域をクロムマスクでマスクされた。線形的に偏光した光の方位配向は、ピクセル境界の1つと平行で、０°と定義された。第２の曝露段階で、マスクは外され、基体全体が、再度偏光角３５°、方位角１８０°の下で、偏光したＵＶ光に１５秒間曝された。他の実験から見積もると、結果として生じたプレチルト角は、ピクセル区域１で５°から１０°の間（番号１４参照）、且つ、フレーム区域２で約７０°（番号１５参照）であった。上側基体は、約１５０秒間曝露され、それにより、５°から１０°の間の一様なプレチルト角の見積もり値が導かれ、対応する方位角は、＋９０°であった（１４及び１５と比較して番号１６を参照）。従って、ピクセル区域では、キラルで負にドープされたＬＣは、配列層の方位配向と共に、−９０°のツイスト角をとり（Φ₀＝−９０°＝基底状態）、他方プレチルト角は、＋９０°又は、−２７０°のツイストを支持する（即ち、［Φ₀＝−９０°］±１８０°が、２つの双安定状態である）。
【００４２】
１１５℃において、等方性に近い相でＤ−ＢＴＮセルをＬＣ混合物で満たし、室温に冷却した後、セルの主要部分は、回位によって覆われる。所望のピクセル構造に到達するために、以下の２つの方法が適用された。
【００４３】
持続時間１０ｎｓｅｃ、電圧５０Ｖｒｍｓの電気的正弦波パルスを、室温でセルに印加することによって、ピクセルは、低いツイスト双安定状態（＋９０°）になる。
【００４４】
３８Ｖｍｒｓの電気的正弦波交流電界を、６５℃で２秒間印加することによって、全ての基底状態のピクセルは、＋９０°の双安定状態になり、攪乱回位線は消失する。
【００４５】
安定的基底状態にある、切り換えの間にそのＬＣ構造を実質的に変化させない境界区域と、切り換え可能なピクセル区域との間で、回位線が形成されると推測される。回位線は、光パターンが形成されたピクセルの縁に配置され、基底状態がピクセル区域に流れるのを防ぐ。
【００４６】
２つの双安定状態の切り換えは、様々なタイプのパルスを用いて達成することができる。双安定性を例示するために、此処では簡単なパルス形が選択された。高いツイスト状態（−２７０°）への切り換えは、２１Ｖｒｍｓの５００μｓｅｃの正弦波パルスで行われる。その結果、光学的切り換え時間は１００ｍｓｅｃとなる。低ツイスト状態への切り換えは、約１００μｓｅｃ以下の短い立ち上り時間で、且つ約６０ｍｓｅｃの減衰時間を有する、５Ｖ（ピーク値）の鋸歯状パルスで達成することができる。その様なパルスでは、２３０ｍｓｅｃの光学的切り換え時間を生じる。低ツイストピクセル状態は、平行な偏光子に対し、且つ、偏光子と平行なＤ−ＢＴＮセルの配列層の配向を有する、緑色の干渉色を示す。高ツイスト状態の色は、同一の偏光子構造に対して、赤色を示す。
【００４７】
色彩に関しての可能な調節法については、当業者には公知の多様な方法がある。例えば、ＬＣ層の光学的リターデーションΔｎｄの適切な選択、内部又は外部の光学補償フィルム、及び偏光子の適切な配向により、２つの干渉色は、黒白表示が生じるように変更することができる。更に、より薄いＬＣ層を使用することにより、応答時間が非常に速くなる。高速で高多重化が可能なアドレス方式用のＢＴＮの可能性と共に、ビデオ更新速度が得られるＤ−ＢＴＮコンセプトで、大容量情報ディスプレイを製造することができる。
【００４８】
上記で説明したように製造された見本セルは、通常数ヶ月の観察期間全体にわたり、それらの双安定性を維持してきた。
【００４９】
図４は、両セル基体２０及び２１上で、２つの双安定ツイスト状態＋９０°及び−２７０°の間で切り換わる光配列配向パターンを有するＤ−ＢＴＮ−ＬＣＤである、実施例２の概略図を示している。それは、（上側に）２つの基体の２領域配列パターンと、（下側に）組み合わされた基体とを示している。
【００５０】
実施例２のＤ−ＢＴＮ−ＬＣＤセルは、実施例１と同様の方法で調製された。しかしながら、実施例１とは対照的に、両基体表面２０及び２１には、縞部２２、２３と、及び２４、２５の形状で、２領域光配列層を示している。各配列層は、幅広い方の縞部２２及び２４をそれぞれ覆って、１００μｍのピクセル区域を形成し、且つ幅狭い縞部２３及び２５をそれぞれ覆って、３０μｍのフレーム区域を形成して、２つの区域内に２つの異なる配列配向を備えている。ＵＶ曝露時間は、ピクセル区域については１３５秒、フレーム区域については１５秒である。プレチルト角は、ピクセル区域１（番号１４及び１６）では５°と１０°との間、フレーム区域２（番号１７又は１８による、少なくとも１つのＬＣ方向で）は約７０°と見積もられている。
【００５１】
実施例１のように、ピクセル区域１において、配列層の方位配向と共に、キラル的に負にドーピングされたＬＣは、−９０°のツイスト角となり（基底状態Φ₀＝−９０°）、一方、プレチルト角は、＋９０°又は、−２７０°（２つの双安定状態）のツイストを支持する。
【００５２】
実施例１で説明された電界処理に類似する該処理が、同様に、所望の双安定ピクセル構造を得るために此処でも実行される。
【００５３】
ディスプレイを、より高いツイスト状態（−２７０°）に切り換えるために、２３Ｖｒｍｓの５００μｓｅｃの正弦波パルスが使用された。光学的切り換え時間は、８０ｍｓｅｃとなった。低ツイスト状態への切り換えは、短い立ち上がり時間及び約４０ｍｓｅｃの減衰時間を有する、６Ｖ（ピーク値）の鋸歯状パルスで達成することができる。その様なパルスでは、２００ｍｓｅｃの光学的切り換え時間が生じる。低ツイストピクセル状態は、平行な偏光子の下で、且つ偏光子に対し４５°のＤ−ＢＴＮセルの配列層配向で、ライトブルーの干渉色を示す。高ツイスト状態の干渉色は、赤色である。
【００５４】
この部分的に切り換わって作られたディスプレイの２つの双安定状態の図が、図６に示されている。それは、青色４９０ｎｍ干渉フィルタを通して観察される。低ツイスト状態４１のピクセルカラーは、ライトブルーであり、高ツイスト状態４２のピクセルカラーは、黒である。更に、フレーム領域の２つの異なる部位を区別することができる。ピクセル区域１のコーナー４３（即ち、フレーム区域２を形成している上側、及び下側の基体の配列層の縞部２３及び２５の交点）で、高いチルト（図４参照のこと）を含む部位があり、それは、平行な偏光子の間で明るく出現する。縁４４（２つの隣接するピクセル区域１の間）では、中間チルトの部位があり、それは暗く現れる。フレーム区域２の両部位４３及び４４は、非常に安定した状態を有する。更に、当業者であれば、フレーム区域２からピクセル区域１を分離する回位線が見ることができるであろう。
【００５５】
ＬＣ層のΔｎｄ（リターデーション）の適切な選択、内部又は外部の光学補償フィルム、及び偏光子の適切な配向により、２つの干渉色は、黒白表示が生じるように変更することができる。より薄いＬＣ層を使用することにより、応答時間が、非常に速くなる。高速で高多重化が可能なアドレス方式用のＢＴＮの可能性と共に、ビデオ更新速度が得られるＤ−ＢＴＮコンセプトで、大容量情報ディスプレイを製造することができる。
【００５６】
Ｄ−ＢＴＮセルの安定性をテストするために、デバイスは、ＬＣフローが生じるような強い圧力下におかれた。圧力下で、低エネルギー状態が出現した。この状態は、ｄ／Ｐ比及びそれぞれのプレチルト角を調整することによって制御することができる。非常に強い流れ、又は、非常に高い電界によってのみ、基底状態が再び現れる。これは、本発明による領域安定化ＬＣセルにおける基底状態Φ₀の形成に対する双安定状態の安定性の程度が高いことを示している。
【００５７】
図５は、本発明の別の実施形態の実施例を示している。それは、両基体３０及び３１におけるピクセルからピクセルへの安定性に基づいており、即ち、明瞭なフレーム区域の代わりに、隣接するピクセル５１、５２の構造が、２つの双安定状態を安定させるために使用される。ピクセルの方位配向は、実施例１のピクセルの配向と等しく、９０°／−２７０°タイプのＤ−ＢＴＮセルを生じる。隣接ピクセル５１、５２において適切な配列を達成するために、下側、及び上側基体３０及び３１が、実施例１で説明した手順によって単一フォトマスクで配列される。しかしながら、実施例１とは対照的に、２つの配列層は、隣接するピクセル領域５１、５２が互いに対して、逆向きに位置するように配置されなければならない（図５の番号１４と１９、１６と２９を参照）。この方法で、Ｄ−ＢＴＮ−ＬＣＤの非常に高い充填係数が生じる。
【００５８】
本発明の更に、別の実施形態が、図７に示されている。それは、両基体６０及び６１上の２領域配列層からなる＋９０°／−２７０°（Φ₀＝−９０°）要素を示している。基体６０及び基体６１は、異なる配列方向を有するピクセル区域６２、６４，及びフレーム区域６３、６５を含む。２つの基体の配列層は、２つの基体のピクセル区域が互いに対して逆向きに位置するように、互いに対して調節される。ピクセル区域の方位及びプレチルトの配向は、従来のＢＴＮセルの配向と同様である。その様な基体を使用することによって、ピクセル区域のプレチルト角、及びフレーム区域のプレチルト角は、独立して選択することができる。これは図３、及び図４に示されている実施形態とは対照的である。図３に示されている実施形態に対し、下側基体１０のピクセル区域１における低プレチルトと、一軸配列された上側基体１１における低プレチルトと、更に、基体１０の上のフレーム区域２における高プレチルトと、が選択された場合、セルのフレーム区域に、中間平均チルト角が生じる。図４に示されている実施形態に対しても同様のことが当てはまる。図７に示されている実施形態においては、有利には、ピクセル区域における低プレチルト角、及びフレーム区域における高プレチルト角を選択することができる。
【００５９】
本発明による双安定ネマチックＬＣＤを実現する領域安定化法は、ＢＴＮセルにおける切り換え可能な領域を安定化するだけでなく、本明細書の導入部において説明された（一般的には、ツイスト角Φ₀±９０°を有するデバイスを含み、典型的には、Φ₀＜１８０°である）ように、０°と１８０°のツイスト構造の間で切り換えるセルを安定化することができる。従来の０°−１８０°ツイストセルを切り換えた後、該切り換えられた領域は、通常ランダムな形状を示す。本発明の場合、適切に定義された領域を得ることができる。セルの製造は、実施例１に従って行われることができるが、カバー基体は、ピクセル区域において所要の構造が生じるような方法で、方位が配向される。ピクセルのサイズは、このタイプのセルを設計する時には重要なパラメータになる。
【００６０】
本発明は、基体に直交する電界、及び基体平面に平行な構成要素を有する電界を印加することを可能にする電極外形を、面内に含む双安定セルを含んでいる。その様な電極によって、セルを１方向（Φ_-＝＞Φ₊、又は、Φ_-＜＝Φ₊）、又は、両方向（Φ_-＜＝＞Φ₊）に切り換えることができる。例として、一方又は両方の電極が仕切られている、実施例１によるセルを引用することができよう。
【００６１】
実施例において、バイアスツイスト角の絶対値｜Φ₀｜（基底状態）は、常に９０°であった。一般的に、バイアスツイスト角の絶対値は、｜Φ₀｜＜３００°であることが好ましいが、｜Φ₀｜≧３００°もまた使用することが可能である。ツイスト差角ΔΦ＝±１８０°は、ΔΦが量子化されたサイズを有し、ほぼ±１８０°である（ΔΦは、それぞれΦ₀−Φ₊、又は、Φ₀−Φ_-）ことを意味する。
【００６２】
有利には、パターンの隣接区域間のプレチルト角の差は、７０°と１１０°との間の範囲にあり、好ましくは、８０°と１００°との間の範囲、更に、好ましくは、８５°と９５°との間である。「プレチルト角の差」という用語は、パターンの隣接区域における予め定められたプレチルト角を保持する中間面液晶分子によって定義されるベクトル間の差角を意味する。例として、図３において、ピクセル区域１においてプレチルト角が１０°、且つ境界区域２において８０°であれば、その場合プレチルト角差は９０°となる。
【００６３】
ピクセル区域１におけるプレチルト角は、典型的には約２０°より小さい（両基体上で）が、より大きなチルト角もまた使用することができる。フレーム区域２内のプレチルト角は、典型的には４５°より大きいが、より小さくすることもできる。
【００６４】
±９０°セルにおけるバイアスツイスト角の絶対値｜Φ₀｜は、典型的には｜Φ₀｜＜３００°であるが、｜Φ₀｜≧３００°もまた使用することが可能である。ツイスト差角ΔΦ＝±９０°は、ΔΦが量子化されたサイズを有し、ほぼ±９０°であることを意味する。
【００６５】
ピクセル１のサイズは、典型的には数十μｍであり、多くの用途に関しては、４μｍから４００μｍであることが好ましいが、それより非常に小さくすることも、非常に大きくすることもできる。
【００６６】
この説明で述べられたような領域安定化は、２つの安定状態５及び６よりも多く生成することが可能である。
【００６７】
本発明の領域安定化セルは、付加的に、輝度及び／又はコントラストを改善するために、適切な内部、又は外部の光学補償層を含むことができる。これらの補償層には、例えば、薄い液晶フィルム（一軸、又は、ツイスト層の）、延伸ポリマーフィルム、又はその様なフィルムの組合せを含むことができる。
【００６８】
本発明は、透過型及び反射型ディスプレイに適用可能である。基体としては、好ましくはガラス、プラスチック、又はＣＭＯＳを使用することができる。
【００６９】
しかし、ディスプレイ以外に適用することもまた可能である。これらには、例えば、電気光学シャッター及び空間光変調器が含まれる。
【００７０】
電気光学シャッターは、通常光ビームをオン・オフ切り換えに使用される。処理される光源が、狭いスペクトル帯域を保有している場合、非常に高いコントラスト及び輝度を得ることができる。該例は、レーザ、又はＬＥＤであり、これらは、典型的には電気通信、及び他の用途に使用される。より広いスペクトル帯域幅を有する光源の場合にも、やはり良好なコントラスト及び輝度が得られる。Ｄ−ＢＴＮ設計次第では、ピクセル間の境界安定化領域を伝導する光を抑制するために、黒いマトリックスが要求される。
【００７１】
空間光変調器（ＳＬＭ）においては、各ピクセルは、Ｄ−ＢＴＮ要素とすることができる。多様なＳＬＭの中には、電気的及び光学的にアドレスされたＳＬＭ、透過型及び反射型、及び増幅及び位相変調ＳＬＭが含まれる。各ピクセルは、２つの状態のうち１つを取ることができるので、ＳＬＭは、バイナリＳＬＭを表していることになる。しかし、サブピクセルの寸法が、含まれるＬＣ要素のセル間隙より大きい間は、Ｄ−ＢＴＮピクセルをサブピクセルに細分することができる。
【００７２】
殆どの場合、電極サイズは、光パターンが形成されたピクセルのサイズより大きいかほぼ等しい。
【００７３】
本発明による領域安定化セルは、殆どの場合、有利には所要の温度範囲に対し安定的ピッチを有さなければならないので、温度に依存しないピッチを有するＬＣ混合物を使用することを推奨する場合がある。その様なＬＣ混合物を得られる可能な方法が、ＲｏｌｉｃＬｔｄ．社の欧州特許０４５００２５号に記載されている。
【００７４】
以下の説明は、好ましくは両基体上のパターン化配列層に関する、付加的な設計及び最適化の可能性を示している。その様な最適化ピクセルは、より容易に切り換えることができ、及び／又はセル内の流れを誘起する圧力に対し、強化された機械的安定性を維持することができる。ピクセルの第１のカテゴリ（より容易な切り換え）は、一般的に、多重化可能なディスプレイにより適しており、他方後者のピクセルタイプ（機械的安定性強化）には、機械的頑丈さを必要とする、長期双安定デバイスにより適している。上記２つの場合の中間に位置する性質を備えた中間ピクセルもまた考えることができる。
【００７５】
ピクセルがエネルギー的に僅かに高い状態で調製され、且つ、機械的撹乱が始ると、ピクセルの種々の側面は、撹乱に耐えるそれらの強度が異なり、通常状態にとどまることが観察されてきた。特定の大きさのサブ区域が、エネルギー的に低い状態へと切り換わると、全ピクセルが、この状態へと切り換わる。機械的に最も容易に切り換わるサブ区域が、ピクセルの堅牢性を制限する。この振る舞いは、円形のピクセルの例で示される。
【００７６】
図８は、下側配列層上に、円形に形成されたピクセルの実施例を示している。ピクセル区域１、及びフレーム区域２は、図１と同様に参照される。円形に形成された配列パターンピクセルのこの平面図内で、角度Ψは、ピクセル境界に沿ったピクセル境界区域Ｂの位置を表している。基準角度（Ψ＝０°）は、ピクセル配列配向の方位配向になるように選択される。従って、角度Ψは、ピクセル配向の方位と境界配向との間の、角度の差を表している。両状態への切り換え行動（低ツイストから高ツイストへ、高ツイストから低ツイストへ）、及び異なるピクセル区域Ｂにおける機械的撹乱に対する低ツイスト状態の機械的強度は、角度Ψに依存している。
【００７７】
図８の説明は、所定の双安定ツイストネマチックデバイスの２つの双安定状態、即ち低ツイスト（ＬＴ）、及び高ツイスト（ＨＴ）、があることを前提としている。本発明のピクセルを備えた、及び例えば、１つの配列基体のみに直交してパターン形成されたピクセルを備えたその様なデバイスにおいて、種々のピクセル境界に沿ったピクセルサブ区域は、それらの切り換え行動が異なることが観察される。特定のピクセル境界サブ区域には、切り換えるのに他のサブ領域より多くの電気的エネルギーを必要とするものがある。
【００７８】
デバイスのピクセルが、ＨＴ状態からＬＴ状態へ適切に長期切り換えをする場合、ＨＴ状態は、ＬＴ状態より僅かに低いエネルギーを保持しており、全てのピクセルサブ区域が切り換わらなければならないが、さもなければ、ピクセルは、もとのＨＴ状態に戻ってしまう。従って、最も切り換わりにくいサブ区域が、全ピクセルの切り替わり動作を制限している。円形ピクセルの場合、従って、この性質は、ピクセル境界サブ区域を表す角度Ψに依存している。
【００７９】
１つの基体のみに形成されたピクセルを有するデバイスの場合、従ってピクセルの形状において第１の自由度がある。１つの基体のみに形成された直交してパターン化されたピクセル配列の場合、これは、自由度がピクセルの方位配向と、矩形ピクセルの側部との間の角度であることを意味する。ピクセルの幾何学的形状、又は、矩形形状のピクセルパターンの場合には、ピクセル配列配向に対する該パターンの配向は、この第１の設計パラメータを表している。第２の設計自由度、及びより効率的な設計の自由度は、両配列層上のピクセルパターンの使用によって生じる。極めて重要な設計の可能性（機会）は、方位ピクセルの配向と、含まれる側部を形成するピクセルの境界配向との間の角度の差の値である（例えば、矩形形状のピクセルの場合、角度Ψ₁、Ψ₂、Ψ₃、及びΨ₄）。
【００８０】
図９から図１４は、両基体上に配列ピクセルパターンを備えた種々の実施形態を示している。これらの場合、最適化するための１つの自由パラメータは、ピクセルが形成された２つのパターンが、相互にずれる方向（及び、それで生じるΨ₁からΨ₄）である。それは、基本的に好ましいピクセル側部が、結果として生じるピクセルに寄与するように、行われることができる。ピクセルの良好な切り換え行動にとって、低プレチルト角が必要とされ、且つピクセル周囲の安定化領域が、高プレチルト角を保持するので、生じた切り換え可能なピクセル区域は、両方のパターン形成された基体が、低プレチルト角を維持する区域である。
【００８１】
図９は、低いプレチルト角領域６２及び６４を含む２つのパターン化配列基体、及びその結果生じたピクセル１を示している。下側ピクセルパターン境界は、点線で示され、他方、上側ピクセルパターン境界は、実線で示されている。生じたピクセル１は、２つの下側境界線７３及び７４、並びに、２つの上側境界線７１及び７２により規定されている。ここで、２つの基体上に含まれた配列区域６４及び６２は、同一のサイズ及び形状を有している。２つのピクセルパターンが完全に重なった状態から始まり、２つのパターンは、相対的に対角線８０の方向に互いにずれる。生じたピクセル１のピクセル区域は、２つの配列パターンの区域６２及び６４よりも僅かに小さい。
【００８２】
図１０は、両側に配列パターンを有する領域安定化ネマチック液晶デバイスの上側、及び下側配列基体、及び生じたデバイスピクセルの例を示している。
【００８３】
寄与している配列パターン６２及び６４が完全に重なった状態で始まり、２つの基体は、僅かに対角線８０の方向に互いにずれて、ピクセル区域１を生じる。下側基体上のピクセル配列配向は、ページに対して水平で、２つのピクセル側部に平行である。２つのパターンの相互のずれは、図９の先の実施例と比較して反対方向である。８０の方向（４５°方向に関して）へのずれの可能性に加えて、前記方向はまた、４５°と異なる角度、例えば、４０°、３０°等を有することができる。
【００８４】
図１１は、ピクセル区域を含む２つのパターン化配列基体、及び生じたピクセルを示している。これは、図１０に示した状況に相当するが、ピクセル配列方向が４５°回転した状態である。
【００８５】
図１２は、異なる配列パターン６２、及び６４を有する別の実施形態を示している。配列基体は、生じたピクセルが、下側配列基体による３つの側部７１、７２、及び７４、並びに上側基体による１つの側部７３で形成されているような方法で調節される。従って、１つの配列基体は、３つのピクセル側部に寄与し、他方の配列基体は、１つのピクセル側部に寄与する。
【００８６】
図１３は、偏光子とアナライザとの間に配置された、製造されたデバイスの２つの図を示している。上側の図は、両配列基体が、４つの異なるピクセルが生じるようにパターン化され、互いにずれたデバイスを示している。これらをＬＴ状態で調製し、強い機械的力を加えた後、４ピクセルの内の３つが、エネルギー的に僅かに低いＨＴ状態へ遷移している。これは、より強いピクセル境界のために、第４のピクセルタイプは、機械的攪乱から「生き残った」ものである（上端右方ピクセル）。このピクセルは、図９で図示したものと同様の方位を維持している。
【００８７】
図１３の下側の図は、図９の幾何学的形状による全てのピクセルを備えたデバイスの実施例である。ピクセルの半分はＬＴ状態であり、ピクセルの半分はＨＴ状態である。
【００８８】
図１３の上側の図、実施例３は、異なるタイプのピクセルを備えた製造されたデバイスの異なる機械的安定性を示している。両パターン化配列基体は、下側パターン化配列基体のための実施例１で説明した方法に従って調製されている。セル厚みは、やはり５μｍであり、Ｖａｎｔｉｃｏ社（前のＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｌｉｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓＬｔｄ．社）製の同じＬＰＰ光ポリマーＪＰ２６５、及びＭｅｒｃｋ社製の同じ液晶ＭＬＣ１４０００が使用されている。２つの基体の配列パターンは、図９の上半部に示されている。ピクセル配列パターンは、３００×３００μｍ²である。最後のデバイスにおいて、２つの配列基体は、下側ピクセル区域上で、４つの上側ピクセル区域が４つのコーナーを生じるように、互いに対してずれた。その様なセルの一部は、図１３の上半部に示されており、図１３には４つの部分からなるピクセル配列の２つが示されている。
【００８９】
ピクセルは、最初にＬＴ状態で調製される（第１の実施例で説明されたように）。次に、デバイスは、セル内に流れを誘起する強い機械的攪乱に曝露される。この流れは、１つのピクセルタイプ、即ち右上のピクセルを除き、全てのピクセルにおいて、ＬＴ状態からＨＴ状態への遷移を誘起する。ピクセルタイプ、及びそれらの機械的に誘起された流動に対する抵抗力は、以下のピクセル／ＬＴ安定性のリストに要約されている。

【００９０】
機械的攪乱から「生き残った」右上のピクセルは、図１３の上半部で見られるように、偏光子とアナライザの対の間に暗く現れる。ＬＴ状態、及びＨＴ状態の元来の干渉色は、平行な偏光子とアナライザとの間にあっては、緑色と赤色である。ピクセルの光学的コントラストを強めるために、厚さ５μｍのパッシブ−９０°ツイストネマチックセルが、液晶デバイスの後ろの光路に加えられた。これらの補償ピクセルは、図１３で見られるように、ＬＴ状態では暗く、ＨＴ状態では明るく見える。
【００９１】
図１３の下側の図、実施例４は、実施例１（３００×３００μｍ²のピクセル配列パターン）で使用したのと同一の２つのパターン化配列基体からなる要素を示しているが、２つの基体は、今度は右上隅のピクセルタイプのみが生じるように互いに対して調節されている。２つの対応する配列パターン、及び生じるピクセルは、図９に示されている通りである。１つの基体が、他方の基体に対して移動する距離は、その様な要素の場合、好ましくは、３μｍと２０μｍの間とすることができる。図の場合、従って製造された要素は、ＬＴ状態及びＨＴ状態のピクセルで調製されている。図に示すように、ピクセルの周囲の重なっていない領域は、生じる全ピクセル区域のわずかな部分とすることができる。また、ピクセルの光学的コントラストを強めるために、パッシブ−９０°ツイストネマチックセルが、光ビーム経路に加えられた。
【００９２】
ピクセルの方位配向と、含まれている側部を形成するピクセルの境界配向との間の角度の差に特別な値を有利に使用することができる、更に、別の実施形態が図１４に示されている。本実施形態は、２つのパターン化配列基体６０及び６１で形成され、それらは、図の上側に描かれている。上述のパターン形成された基体と対照的に、本基体は、Ｌ字形の安定化領域（フレーム区域）６３及び６５の小区域だけを備えている。
【００９３】
２つのパターン形成された基体６０及び６１が結合されると、それらは再び、図の下側に描かれているピクセル区域１が形成されるように、調整される。ピクセルは、安定化領域６３及び６５によって区切られ、それらがフレーム、又は境界区域２を形成し、その結果、下側基体が上側及び右側のピクセル境界７３及び７４に寄与し、他方上側基体が下側及び左側境界７１及び７２でピクセルを規定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による一時的双安定性ツイストネマチックセルの概略図。
【図２】１つのパターン形成基体を有する本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの図。
【図３】１つのパターン形成基体と、中間ＬＣ分子配向を備える生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図４】２パターン形成基体と、中間ＬＣ分子配向を備える生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図５】ピクセル間安定性と、中間ＬＣ分子配向を備える、生じたセルとを有する本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図６】４５０ｎｍの干渉フィルタを通して観察した、本発明のセルの高（暗）、及び低（明）ツイスト状態ピクセル。
【図７】２つのパターン基体と、中間ＬＣ分子配向を備える、生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図８】下側配列層上の円形に形成されたピクセルの例（平面図）。
【図９】２つのパターン基体と、中間ＬＣ分子配向を備える、生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図１０】２つのパターン基体と、中間ＬＣ分子配向を備える、生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図１１】２つのパターン基体と、中間ＬＣ分子配向を備える、生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図１２】２つのパターン基体と、中間ＬＣ分子配向を備える、生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側配列層及び上側配列層の実施例。
【図１３】偏光子とアナライザとの間に配置された製造デバイスの２つの図であって、上側の図は、異なるタイプのピクセルを備えた製造されたデバイスの異なる機械的安定性を示し、下図は、互いに対し僅かに相互にずれた２つのパターン配列基体で作られたデバイスの実施例を示している。
【図１４】２つのパターン基体と、ピクセル区域を形成する調節された安定化領域を備える、生じたセルとを有する、本発明の領域安定ネマチック液晶デバイスの、更に別の実施形態の下側（左）配列層及び上側（右）配列層の実施例。

Claims

各々対向する内側表面が、配列表面又は配列層で形成されている一対の基体（１０、１１；２０、２１；３０、３１；６０、６１）と、
前記一対の配列表面又は配列層の間に挟まれたネマチック液晶と、
を含み、
少なくとも１つの配列表面又は配列層にはパターンが形成され、該パターンは、方位配列方向及びプレチルト角（１４から１５、１４から１７、１６から１８、１４から１９、１６から２９）が、前記パターンの隣接する区域で異なっていて前記方位配列方向同士の差は約１８０°であり、従って少なくとも前記液晶の特定の領域内に、基底状態（Φ₀）及び少なくとも２つの双安定又は多安定状態（Φ₊及びΦ_-）が形成され、且つ前記液晶の基底状態の成長を抑制するように形成されていることを特徴とする、液晶電気光学要素（１２）。
前記パターンの隣接する区域間のプレチルト角差は、７０°と１１０°の間の範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の要素。
１つの基体（１１）に対応する前記配列層が、前記基体（１０）全体に対してグローバルな配向を含み、
他の基体（１０）に対応する配列層が、互いに離間して配置された第１の部分（３２）内の第１の配列方向（１４）と、前記第１の部分（３２）間に形成された第２の部分（３３）内の第２の配列方向（１５）とを含み、
前記第１の部分（３２）の区域は、ピクセル区域（１）を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の要素。
第１の配列層（３４）内のプレチルト角が、２０°（１６）より小さく、前記ピクセル区域（１）に寄与しない区域（３３）内の第２の配列層のプレチルト角が、５０°（１５）より大きく前記ピクセル区域（１）に寄与している区域（３２）内の第２の配列層のプレチルト角が、２０°（１４）より小さいことを特徴とする、請求項３に記載の要素。
第１の配列層（３４）と、前記ピクセル区域（１）に寄与している領域（３２）との間の方位角の差が、約＋９０°であり、前記第１の配列層（３４）と、前記ピクセル区域に寄与していない領域（３３）との間の方位角の差が、約−９０°であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の要素。
一方の基体（２１）に対応する前記配列層が、互いに離間して配置された第１の縞部（２４）内の第１の配列方向（１６）と、前記第１の縞部（２４）の間に形成された第２の縞部（２５）内の第２の配列方向（１８）とを含み、
他方の基体（２０）に対応する前記配列層が、互いに離間して配置された第３の縞部（２２）内の第３の配列方向（１４）と、前記第３の縞部（２２）の間に形成された第４の縞部（２３）内の第４の配列方向（１７）とを含み、
前記基体（２０及び２１）は、前記第１及び第２の縞部（２４及び２５）が、前記第３及び第４の縞部（２２及び２３）に対してある角度をなすように配置され、前記第１の縞部と第３の縞部（２２及び２４）の間に挟まれた区域が、ピクセル区域（１）を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の要素。
前記第１の縞部（２４）内の第１の配列層のプレチルト角が、２０°（１６）より小さく、前記第２の縞部（２５）内の第１の配列層のプレチルト角が、５０°（１８）より大きく、前記第３の縞部（２２）内の第２の配列層のプレチルト角が、２０°（１４）より小さく、前記第４の縞部（２３）内の第２の配列層のプレチルト角が、５０°（１７）より大きいことを特徴とする、請求項６に記載の要素。
前記第１の縞部（２４）と、前記第３の縞部（２２）との間の方位角の差が、＋９０°であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の要素。
一方の基体（３１）に対応する前記配列層が、第１の部分（３５）内の第１の配列方向（１６）と、第２の部分（３６）内の第２の配列方向（２９）との格子模様にされたパターンを含み、
他方の基体（３０）に対応する前記配列層が、第３の部分（３７）内の第３の配列方向（１４）と、第４の部分（３８）内の第４の配列方向（１９）との格子模様にされたパターンを含み、
前記基体（３０及び３１）は、前記第１及び第２の部分（３５及び３６）が、前記第３及び第４の部分（３７及び３８）とそれぞれ一致するように配置され、各挟まれた部分（３５及び３７に挟まれた５１、３６及び３８に挟まれた５２）は、ピクセル区域（１）を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の要素。
一方の基体（６１）に対応する前記配列層が、互いに離間して配置された第１の部分（６４）内の第１の配列方向（１６）と、前記第1の部分（６４）間に形成された第２の部分（６５）内の第２の配列方向（１８）とを含み、
他方の基体（６０）に対応する前記配列層が、互いに離間して配置された第３の部分（６２）内の第３の配列方向（１４）と、前記第３の部分（６２）間に形成された第４の部分（６３）内の第４の配列方向（１７）とを含み、
前記基体（６０及び６１）は、前記第１及び第２の部分（６４及び６５）が、前記第３及び第４の部分（６２及び６３）とそれぞれ一致するように配置され、前記第１の部分（６４）と前記第３の部分（６２）との区域が、ピクセル区域（１）を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の要素。
前記第１の部分（６４）内のプレチルト角が、２０°より小さく、前記第２の部分（６５）内のプレチルト角が、５０°より大きく、前記第３の部分（６２）内のプレチルト角が、２０°（１４）より小さく、前記第４の部分（６３）内のプレチルト角が、５０°（１７）より大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の要素。
前記第１の部分（６４）と、前記第３の部分（６２）との間の方位角の差が、約＋９０°であり、前記ピクセル区域に寄与しない前記第２の部分（６５）と、前記第４の部分（６３）との間の方位角の差が、約−９０°であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の要素。
一方の基体（６１）に対応する前記配列層が、互いに離間して配置された第１の部分（６４）内の第１の配列方向（１６）と、前記第１の部分（６４）の間に形成された第２の部分（６５）内の第２の配列方向（１８）と、を含み、
他方の基体（６０）に対応する前記配列層が、互いに離間して配置された第３の部分（６２）内の第３の配列方向（１４）と、前記第３の部分（６２）の間に形成された第４の部分（６３）内の第４の配列方向（１７）とを含み、
双安定又は多安定状態（Φ₊、Φ_-）の切り換えは、前記第１の部分（６４）及び前記第３の部分（６２）の境界に沿った異なるサブ区域内に、それぞれ異なるエネルギーを必要とし、
前記基体（６０及び６１）は、前記第１の部分（６４）及び前記第３の部分（６２）の区域が、ピクセル区域（１）を形成するように配置され、
その結果、前記ピクセル区域（１）は、前記第１の部分（６４）の境界に沿った第１の選択サブ区域（７１、７２）と、前記第３の部分（６２）の境界に沿った第２の選択サブ区域（７３、７４）とによって、規定されるようになっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の要素。
前記基体（６０及び６１）は、前記第１及び第２の部分（６４及び６５）が、前記第３及び第４の部分（６２及び６３）とそれぞれ一致せず、ある方向（８０）にずれていることを特徴とする、請求項１３に記載の要素。
請求項１乃至１４のうちいずれか１項によって定義される液晶電気光学要素を含む、液晶ディスプレイデバイス。