(57)【要約】本発明は、液晶バルク層（１０）と、ドーパント表面と呼ばれる少なくとも１つの表面に恒久的に付着する結果、バルク層（１０）中に不均一に分布するドーパント（２０）とを含む液晶デバイスに関する。また、本発明は、液晶デバイスを製造する方法、並びに制御する方法にも関する。
2005521102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶バルク層と、
ドーパント表面と呼ばれる少なくとも１つの表面に恒久的に付着する結果、バルク層中に不均一に分布し、それによって前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積内に１つ又は複数の液晶特性の局部変化をもたらすドーパントと、
を含む液晶デバイスであって、
前記ドーパントは液晶バルク層に可溶である、液晶デバイス。
【請求項２】
液晶特性の前記局部変化が、前記サブ体積内の電場応答の局部変化を、バルク層の残りの電場応答に対してもたらすものである請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ドーパントが非キラルである請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記液晶特性の局部変化が、誘電異方性、曲げ誘電特性、スカラー秩序パラメーター、及び粘度の１つ又は複数である請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
バルク層全体に印加した電場（Ｅ）に対する前記サブ体積内でのバルク層の応答が、誘電性、曲げ誘電性、常誘電性、強誘電性、反強誘電性の１つ、又はその任意の組み合わせである請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記液晶バルク層をその間に拘束する２つの基板をさらに含み、前記ドーパント表面が前記基板の一方の上に位置している請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ドーパント表面が前記バルク層の内部に位置する請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ドーパントが感光性分子を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ドーパントがポリマー材料、オリゴマー材料、及びモノマー材料の少なくとも１つから製造される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ドーパントが有機材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記ドーパントが液晶の特性を示さない材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ドーパントが液晶の特性を示す材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ドーパントが前記表面に化学的に結合する請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ドーパント表面に好ましい分子配向をもたらすように配置された、別の整列層をさらに含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記別の整列層が非動的整列層である請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記バルク層がバルク層の第１の側に配置された前記ドーパント表面と、前記バルク層の反対側に配置された非動的表面整列層との間に拘束される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
第１ドーパント表面と呼ばれる第１の前記ドーパント表面に加えて、ドーパントを恒久的に付着した第２ドーパント表面をさらに含み、前記バルク層が前記第１ドーパント表面と第２のドーパント表面の間に拘束される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
各ドーパント表面の前記ドーパントが、前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積内に１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起しており、前記誘起された各局部変化が実質上前記サブ体積内で等しい請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
各ドーパント表面の前記ドーパントが、前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積内に１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起しており、前記誘起された各局部変化が前記サブ体積内で異なる請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記第１ドーパント表面及び第２ドーパント表面が反対の符号（Δε1≧０及びΔε2≦０）の誘電異方性を誘起している請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１ドーパント表面及び第２ドーパント表面が反対の符号（Ｐflexo1≧０及びＰflexo2≦０）の曲げ誘電分極を誘起する請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２２】
ドーパントを液晶バルク層中に恒久的に不均一に分散させるステップを含み、前記ドーパントが前記液晶バルク層に可溶である液晶デバイスを製造する方法。
【請求項２３】
前記ドーパントが非キラルである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記不均一な分布を維持するために、ドーパント表面と呼ばれる少なくとも１つの表面に前記ドーパントを恒久的に結合させるステップを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ドーパントを、前記バルク層の境界を画定する少なくとも１つの表面に恒久的に結合させる請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記ドーパントを、前記バルク層の内側に位置する少なくとも１つの表面に恒久的に結合させる請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記ドーパントが前記ドーパント表面に隣接する前記バルク層のサブ体積内の１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起するように、前記バルク層中の材料及びドーパントが選択される請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ドーパントが少なくとも１つの拘束基板の内表面上に堆積される請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ドーパントが２つの拘束基板の内表面上に堆積される請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記ドーパントの表面が基板表面をドーパント材料で被覆することによって製造される請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
非動的整列層を内側に配置した拘束基板を提供するステップをさらに含み、前記ドーパント表面が整列層をドーパント材料で被覆することによって製造される請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記ドーパント表面の重合を行うために、ＵＶ光などの光を当てるステップを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記ドーパント表面の重合を行うために、温度変化を加えるステップを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記ドーパントを提供するために、下記の各サブステップを含む請求項２２に記載の方法であって、
表面を重合性で感光性のドーパント材料で被覆すること、
前記ドーパント材料を露光することによって、前記ドーパント材料内の分子を好ましい方向に整列させること、
このようにして整列したドーパント材料を重合させ、ドーパント表面層を形成する方法。
【請求項３５】
光反応性ドーパントモノマーを前記液晶バルク層中に溶解するステップ、及び、
溶解した光反応性モノマーを前記バルク層中の１つ又は複数の面内で光活性化することにより、１つ又は複数のドーパント表面を形成するステップ
を含む、液晶バルク層中に１つ又は複数のドーパント表面を製造する方法。
【請求項３６】
液相バルク層の少なくとも１つのサブ領域中で電場応答特性の局部増加を誘起させるために、前記バルク層に可溶なドーパントで前記バルク層をドープするステップと、前記サブ領域を介して前記バルク層を間接的に制御するために電場（Ｅ）を印加するステップとを含む、液晶バルク層を制御する方法。
【請求項３７】
少なくともドープしたサブ領域に印加した電場によって液相バルク層を制御するために、ドープした結果として電場応答性の増加を示す、液晶バルク層のドープしたサブ領域の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶の分野に関する。より詳細には、液晶のバルク層と、この層に不均一分散の形で溶解したドーパントとを含む液晶デバイスに関する。また、本発明は液晶のバルク層に不均一に分布したドーパントを含む液晶デバイスを製造する方法にも関する。また、本発明は液晶デバイスを制御する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
現在ディスプレイデバイスにおいて電気光学媒体として広く使用されている液晶は、異方性の物性を有する有機材料である。液晶ディスプレイの動作は、印加された電場によるディスプレイの液晶の光学的外観の変化に基づく。
【０００３】
液晶ディスプレイ及びデバイスの基本的動作原理のひとつは、液晶の誘電異方性に結合する（誘電結合）印加電場によって液晶分子の配向を切り替えることである。そのような結合は印加電場に対して二次の、すなわち、電場の極性に依存しない電気光学応答を生じる。
【０００４】
実際に重要な他の動作原理は、強誘電性液晶に存在する、印加電場と自発分極Ｐｓの間の線形結合を用いることである。
【０００５】
液晶の動作が誘電結合に基づく多数の異なる種類のＬＣＤ、特に動的散乱ディスプレイ、ホメオトロピック配向ネマティック液晶の変形を用いるディスプレイ、シャット−ヘルフリッヒ（Ｓｃｈａｄｔ−Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）ねじれネマティック（ＴＮ）ディスプレイ、超ねじれネマティック（ＳＴＮ）ディスプレイ、及び面内切替（ＩＰＳ）ネマティックディスプレイが存在する。
【０００６】
他の種類のＬＣＤは、印加電場と自発分極Ｐｓ間の線形結合に基づいて動作する表面安定化液晶（ＳＳＦＬＣ）ディスプレイである。印加した電場は電場と線形に結合する自発分極を発生させることができよう。変形螺旋強誘電性（ＤＨＦ）液晶ディスプレイ及び反強誘電性液体（ＡＦＬＣ）ディスプレイはこの原理に基づく。
【０００７】
現代の用途には、液晶は、高いコントラストと輝度、低消費電力、低動作電圧、短い切替時間、コントラストの視野角依存性の低さ、諧調性又は双安定性等、いくつかの重要な特性をもたなければならない。ＬＣＤは安価で製造が容易であり、動作させるのが容易でなければならない。先行技術のＬＣＤはどれも重要な特性に関して最適化されていない。
【０００８】
誘電結合に基づいて動作する大部分の従来のネマティック液晶ディスプレイでは、電場は通常液晶のバルク層に印加される。これらのディスプレイは通常遅く、初期の分子配向と印加した電場によって形成される面（いわゆる面外切替）で液晶分子が切り替えられるため、殆ど全てコントラストの角度依存性が不十分である。また、面内切替を行う他の種類のＬＣＤがあり、電場は液晶のバルク層に平行に配向される。これらのディスプレイは像コントラストの角度依存性が非常に少ないが、輝度及び切替時間は不十分である。
【０００９】
次に、印加電場と強誘電性液晶中の自発分極間の線形結合に基づいて動作する他の種類のＬＣＤは、強誘電性液晶及び表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）ディスプレイにおけるそれらの用途を強調してスメクティック液晶を短く一般的に説明するものと考えられよう。
【００１０】
スメクティック液晶では、分子は隣接するスメクティック層に配向される。スメクティックＡ相とスメクティックＣ相は、液晶材料のこれらの「層化」された相の最も重要な２つの代表である。スメクティックＡ相では、分子はスメクティック層の垂線に沿って配向し（θ＝０°）、一方スメクティックＣ層では分子はスメクティック層に対して一般に２０°程度の角度に偏向する。さらに、スメクティック液晶はアキラル（例えばＡ若しくはＣ）又はキラル（例えばＡ＊若しくはＣ＊）とすることができ、用語のキラリティは鏡像対称性のないことを意味する。用語「キラル」は二次効果として生じ又は生じない螺旋状分子規則性の発生を指すものではないことを指摘すべきであろう。
【００１１】
キラリティ、すなわち構成分子の鏡像対称性が破壊されることは、スメクティックＣ＊などの偏向したスメクティック液晶中に、強誘電性、すなわち自発分極Ｐｓが出現するために必要不可欠である。Ｐｓはスメクティック層に沿って、すなわち分子の長軸に垂直に向き、分子と立体的に結合される。
【００１２】
強誘電性相はキラル分子で作られたスメクティック液晶材料だけではなく、キラルドーパントでドープしたアキラルスメクティックホスト材料にも現れる。入手可能な市場の強誘電性液晶材料の大部分はそれらの混合物である。これらの混合系では、選択されたアキラルＣホスト材料の広い温度範囲と低粘度を、選択されたキラルドーパントによって誘起された大きな分極と組み合わせることがより容易である。これらの材料のパラメーターの適切な組み合わせは、強誘電性液晶材料にとってきわめて重要なことである。
【００１３】
スメクティックＣ＊において、頂角β＝２θの円錐の周りを自由に回転する分子は、スメクティック層の垂線に沿う螺旋軸を有するキラリティのため、螺旋規則性をとる。しかし、Ｐｓは螺旋状になり、したがって局部分極は自己相殺される。したがって、スメクティックＣ＊のバルクの中には巨視的な分極は存在しないであろう（Ｐｓ＝０）。しかし、電場が螺旋状のスメクティックＣ＊バルクのスメクティック層に沿って印加されるならば、電場は永久双極子に結合してそれらを電場に平行に整列するであろう。結果として、電場は螺旋状規則性を巻き戻し、スメクティックＣ＊液晶バルクの巨視的な分極を誘起するであろう。
【００１４】
スメクティックＣ＊中に自発分極Ｐｓを得るための、螺旋状分子規則性を抑制する他の方法がある。これは、外部電場の替わりに固体表面／液晶相互作用を用いて行われる。これはいわゆる表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）の概念であり、これによれば、スメクティックＣ＊バルクは本棚幾何形状、すなわちスメクティック層が拘束面に垂直に整列される。
【００１５】
ＳＳＦＬＣディスプレイでは、スメクティック層に沿って、すなわち基板に垂直に印加された外部電場が、スメクティック円錐上の２つの位置の間の強誘電性液晶の分子を切り替える。これらの２つの位置は異なる電場の極性でのＰｓの方向に一致する。重要な特徴は、「フリップ−フロップ」機構（ゴールドストーンモード）が、従来のねじれネマティック液晶ディスプレイなど、永久分極をもたない液晶材料を切り替えるやや遅い誘電結合機構よりもはるかに速いことである。さらに、固体ディスプレイ基板の適切な表面処理によって、ＳＳＦＬＣディスプレイにおける液晶分子の切替を双安定化することができる。ＦＬＣ混合物と同様に単一成分のＦＬＣでは、これらの材料のバルク中に均一なＰｓ分散を示す。
【００１６】
ＦＬＣの代替として、液晶材料はいわゆる反強誘電性（ＡＦＬＣ）液晶相であることができ、これは電場がないとき、隣接するスメクティック層中の分子が反対側に偏向することを意味する。ＡＦＬＣディスプレイでは、スメクティック層に対してそれぞれ平行及び直角に設定した交差する偏光板の組の間にディスプレイを置くとき、暗い状態が得られる。この配置で電場が印加されないとき、ＡＦＬＣディスプレイは暗い状態である。印加された電場の下では、−Ｅと＋Ｅの両方とも同じ明るい状態を与える。したがって、ＡＦＬＣディスプレイは３つの状態の切替挙動を示す。
【００１７】
表面安定化ＦＬＣ及びＡＦＬＣディスプレイの欠点は、キラルスメクティック相を配向し、その配向を維持するのが難しいことを含む。さらにＦＬＣディスプレイは表面電荷層の形成による像の固着問題がある。これらのディスプレイの消費電力も比較的高い。さらに他の欠点は、これらの材料の巻き戻されない状態を得るためにこれらのデバイスの液晶層の厚さが１〜１．５μｍ程度でなければならないことである。この薄い厚さの要求はＦＬＣとＡＦＬＣディスプレイの製造を複雑、繊細にし、かつ非常に高価にする。
【００１８】
上で論じたディスプレイでは、液晶層の所望の整列は、拘束する固体表面を有機又は無機層などで処理すること、同様に機械的研磨を用いることによって達成される。外部の電場がないとき、初期の液晶整列は固体表面／液晶相互作用によって定まる。
【００１９】
固体表面の液晶分子の配向は弾性力によってバルク中の液晶分子に転写される。例えば、基板表面近くでは、一般に液晶分子は基板表面に対して直角（ホメオトロピック）又は平行（面状）に配向することができ、これは液晶のバルクの中に同じ分子整列を強制する。液晶は強い複屈折性があり、その整列のいかなる変化も、適切な偏光板の間で見えるように、その光学性能にある種の変化をもたらす。
【００２０】
先行技術では、液晶中に初期の整列とは異なる新しい配向を形成することによって液晶の光学性能を変化させる、原理的に３種類の異なる技術がある。
【００２１】
１．外部電場の印加による再配向
第１に、分子の再配向に広く使用される技術の大部分はバルクの液晶層に外部電場を印加することである。電場と誘電異方性及び自発分極などいくつかの液晶材料のパラメーターの間が直接結合されるので、それらの当初の整列が電場といくつかの液晶材料のパラメーターとの相互作用の最小エネルギーに一致しないならば、電場は液晶分子を新しい方向に再配向するであろう。しかし、場合によって、上記の表面液晶相互作用のため、固体表面近くの液晶分子を電場によって再配向することは難しいが、一方、表面からより離れた「バルク分子」は全く自由であり、したがって電場によって再配向することが容易である。
【００２２】
２．光制御指令表面による再配向
液晶相の分子を再配向するための第２の知られた技術は、拘束する整列表面の１面又は両方を光制御された「指令表面（ｃｏｍｍａｎｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）」として設計することである。それらの光制御指令表面は、例えばＵＶ露光すると、表面に接触する液晶分子上の、表面によって強制された整列の方向を変えることが可能である。
【００２３】
「光指令表面」の概念は、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗｓ、１００、１８４７頁、（２０００年）の中で概観された多数の報文にＫ．Ｉｃｈｉｍｕｒａによって述べられている。より具体的には、ネマティック液晶相を含むサンドイッチセルの内部基板表面上にアゾベンゼンの単分子層が堆積される。アゾベンゼン分子はＵＶ光の照射下でその配座を「トランス」から「シス」に変化させる。アゾベンゼン分子はトリエトキシシリル基によって基板表面の横方向に固定する。アゾベンゼンのトランス−異性体はネマティック液晶のホメオトロピック整列（基板表面に垂直に配向された液晶分子）を強制するが、一方、シス−異性体は液晶分子の面状配向（基板表面に平行）を与える。したがって、ＵＶ照射による整列層中の分子配座の変化は、ネマティック液晶分子の整列の変化をもたらす。試料をＶＩＳ光で照射することによって、又はそれを単純に等方性状態に加熱することによって当初の整列に対する緩和が得られる。
【００２４】
２つの状態間の液晶の整列を切り替えるために、光指令整列表面を用いることの欠点は速度が遅いことである。さらに、今のところ、光指令整列表面はネマティック液晶デバイスにのみ有効であることが判っている。他の欠点は、光指令整列表面を有するデバイスの寿命が、ＵＶ照射のために起きる劣化プロセスによって短くなることである。さらに、光を液晶の整列切替のための外部要因として使用することは、特に液晶ディスプレイには都合が悪い。
【００２５】
したがって、液晶ディスプレイの性能は光の替わりに外部電場で制御されるように選択される。電場はバルクの液晶と直接結合して整列を変化させ、それによって光透明性、異なる波長での吸光、光散乱、複屈折性、光活性、環状光二色性などの液晶ディスプレイの特性を変える。
【００２６】
３．電気的に支配された表面ＥＣＳによる再配向
液晶を再配向する第３の知られた原理は、いわゆる電気的に支配された表面（ＥＣＳ）の使用を含む。この原理は公開された国際特許出願第ＷＯ  ００／０３２８８号に記載されている。
【００２７】
より速いＥＣＳの原理は、主として強誘電性液晶ポリマー層を制御するのに使用される。上記のように、強誘電性液晶の自発分極と拘束基板に垂直な印加電場の間の線形結合に基づくＬＣＤは、誘電結合に基づくＬＣＤよりも多くの利点を有する。より具体的には、強誘電性ＬＣＤはより速く、それらは視野角依存性のより少ない像コントラストを備える光学軸の平面内切替を可能にし、強誘電性ＬＣＤは、適切な固定条件の下で双安定性のある切替を可能にする。しかし、既に指摘したように、強誘電性液晶をディスプレイに使用することに関していくつかの問題がある。
【００２８】
ＥＣＳ原理によれば、別の薄い強誘電性液晶ポリマー層は、液晶のバルク材料を従来のサンドイッチセル中に拘束するガラス基板の内表面上に堆積される。強誘電性液晶ポリマー層は、隣接する液晶のバルク材料上に面状整列を強制する動的整列層として働く。より具体的には、セルを横断する外部電場を印加し、それによって動的整列層を横断して印加するとき、別の強誘電性液晶ポリマー層中の分子は切替を行う。続いて、別のポリマー層中のこの分子の切替は、別の整列層とバルク層の境界の弾性力によってバルク体積中に転写され、したがってバルク体積分子の比較的速い面内切替がもたらされる。
【００２９】
ＥＣＳ原理は強誘電性液晶の全ての利点を有し、同時にそれらの重大な問題の殆どを回避するように見える。しかし、やはりＥＣＳ材料が満足すべきいくつかの必要条件があり、ＥＣＳの調製をかなり要求の厳しいものにしている。
ＥＣＳ層は非常に薄く（１００〜２００ｎｍ）なければならない。
ＥＣＳ層は好ましくは本棚幾何形状、すなわちスメクティック層が、拘束する基板に垂直に、良好に配向されていなければならない。
【００３０】
ＥＣＳ層とその動作を完全に維持するにはＥＣＳ層の材料は液晶のバルク材料に不溶性でなければならない。
【００３１】
上記に加えて、請求する発明を認識するために、以下を言及することもできる。
【００３２】
従来の液晶デバイス及びディスプレイでは、液晶分子構造によって定められる液晶材料の物性としての誘電異方性は、支持基板の間に拘束されている液晶層中のあらゆる場所で均一な分散を有する。したがって、誘電異方性はあらゆる場所で同じ符号（正又は負）と大きさを有する。したがって、外部電場との誘電結合のため、印加電場が液晶層中で均一に分布するならば、液晶分子はあらゆる場所で同じ大きさのトルクを受けるであろう。
【００３３】
曲げ誘電性（ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）は液晶材料の一般的な物性であり、斜角及び／又は曲げ弾性変形の結果生じる分極を指す。液晶の曲げ誘電特性は斜角及び曲げ係数で特徴付けられる。これらの係数の符号及び大きさは、形状及び正味の双極子モーメントなど分子の特性で決まる。したがって、誘電性特性と同様に、曲げ誘電特性は均一な特性を有する。すなわちこれらの特性を表す曲げ誘電係数の大きさと符号は液晶中のあらゆる場所で同じである。
【００３４】
最近、液晶の屈曲又は／及び拡張弾性変形の結果生じる曲げ誘電分極は、コレステリックデバイスと同様に双安定性ネマティックデバイスに用途が見出された。液晶の曲げ誘電分極は構成分子の分子構造に強く依存する。拡張及び／又は屈曲などの弾性変形を受けたときに曲げ誘電分極がゼロである液晶がある。
【００３５】
誘電結合に加えて、印加電場と曲げ誘電分極間の線形結合が行われるＬＣＤの種類は、双安定性ネマティック液晶ディスプレイである。この種のディスプレイでは、２つの拘束表面への固定状態はそれぞれ弱く、また強い。この種のディスプレイの動作は、電場を停止した後に残る１つの電場の極性との誘電結合による分子の配向の切替に基づくものである。反対の極性の電場を印加することによって、曲げ誘電分極が電場と線形結合することから、分子はそれらの最初の位置に切り替えられる。この位置は電場を切った後、液晶に保たれる。この種の液晶ディスプレイでは、液晶の曲げ誘電特性は非常に重要な役割を果たす。
【００３６】
スカラー秩序は、ダイレクター（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）と呼ばれる空間中の好ましい方向に沿う液晶分子の規則性の程度を特徴付ける材料のパラメーターである。液晶材料の等方性相において、スカラー秩序パラメーターはゼロである。その値は等方性からネマティックへ、またスメクティック相になると大きくなる。液晶材料の全ての物性は、液晶／表面相互作用と同様にスカラー秩序パラメーターに大きく依存する。
【００３７】
液晶のバルク層中に均一に分散する印加電場は、この層中いずれの場所も同じである液晶分子にトルクを加える。一般に、固体表面の液晶分子は液晶／表面の相互作用のため電場によって再配向することが難しいが、表面からより離れているバルクの液晶分子は、全く自由であり、したがって電場によって再配向することが容易である。表面の液晶分子を完全に再配向するのに必要な印加電場の強さは、通常バルクの液晶分子に必要なそれよりもはるかに高い。その大きさは固定強度に依存し、したがってスカラー秩序パラメーターに依存する。
【００３８】
したがって、先行技術では、誘電性及び曲げ誘電性液晶の特性は、液晶層中（液晶表面の界面と同様に体積中）のあらゆる場所で同じ符号と大きさを有する。したがって、液晶中に均一な分布を有する印加電場は全ての液晶分子に同じトルクを加える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
上記の液晶デバイスの望ましい特性、及び上述の知られた液晶ディスプレイの異なる欠点の観点から、本発明の全体的な目的は改善された液晶デバイス、液晶デバイスの改善された製造方法、及び液晶デバイスの改善された制御方法を達成することである。本発明はディスプレイだけに向けたものではなく、他の多くの液晶の用途に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
この説明の部分は、同じ出願人及び発明者によって共係属出願で請求されている、いわゆる「第１発明」に関する。しかし、この「第１発明」は本出願で請求する発明の発明概念の部分である。
【００４１】
この「第１発明」は、液晶のバルク層と、キラル表面と呼ぶ少なくとも１つの表面に恒久的に結合している結果としてバルク層中に不均一に分布するキラルドーパントとを含み、前記キラルドーパントが液晶のバルク層中に可溶である液晶デバイスに関する。
【００４２】
これは、別の不溶性ＥＣＳ層を有する先行技術の解決策とは明らかに対照的である。
【００４３】
「第１発明」は、前記キラル表面に隣接するバルク層の制限された体積（本明細書では「サブ体積」又は「サブ領域」と呼ぶ）内部に、キラリティに関する１つ又は複数の物性（本明細書ではキラリティ効果とも呼ぶ）の局部変化、特にキラリティ効果の局部増加を誘起することを可能にする。したがって、誘起されたキラリティ効果の変化又は増加はバルク層の体積全体には生じず、１つ又は複数の制限された領域だけに生じ、本発明の大部分の実施においてそれは非常に薄い。それらのサブ領域の各々が、関連のキラル表面の近くに位置することを考えて、それらのサブ領域は「表面のサブ領域」と呼ぶこともできよう。
【００４４】
ドーパント材料及び液晶のバルク材料は、サブ体積内部に誘起されたキラリティの局部変化／増加が前記サブ体積中に自発分極の増加をもたらすように選択することができる。それらの誘起された自発分極の増加は通常不均一な分布を示し、前記キラル表面で最大であり、前記キラル表面から離れる方向に低下する。したがってそれらの自発分極は強誘電特性を提供し、外部電場に直接電気的に結合することが可能になる。
【００４５】
上に述べ、また異なる実施形態で以下に示す「第１発明」は、バルク層の１つ又は複数のサブ領域内部に、キラリティ効果の変化、特にキラリティ効果の増加を提供するため、液晶のバルク層中に恒久的に不均一に分布するキラルドーパント分子を使用することに関する。
【００４６】
しかし、発明者達は、液晶のバルク体積中に不均一に分布するドーパント、特に非キラルドーパントのより広い使用、又は異なる使用も考慮した。このドーパントのより広い使用をここで論議し、請求する発明と呼ぶ。
【００４７】
請求する発明を使用して実施できることであるが、例えば固体表面のサブ領域での誘電率及び／又は曲げ誘電特性が液晶バルク中のそれと異なれば、分子が電場を印加したときに示すトルクは異なるであろう。これらの相違は大きさに関係し、同様に誘電異方性の符号及び曲げ誘電係数にそれぞれ関係するであろう。支持固体表面に拘束された液晶層中の誘電率及び曲げ誘電特性のその不均一な分布は、今まで知られた他の方法では達成することの不可能な形で、固体表面（すなわち表面のサブ領域中の）及びバルク層中での液晶分子の切替を可能にする。
【００４８】
請求する発明の第１の態様によれば、液晶のバルク層及びドーパント表面と呼ばれる少なくとも１つの表面に永久に結合している結果としてバルク層中に不均一に分布するドーパントを含み、前記ドーパントが液晶のバルク層中に可溶である液晶デバイスが提供される。
【００４９】
請求する発明は、前記ドーパント表面に隣接するバルク層の限られた体積内部（本明細書では「サブ体積」又は「サブ領域」と呼ぶ）に、液晶材料の１つ又は複数の物性の変化を誘起することを可能にする。
【００５０】
これらの物性は、キラリティ及びキラリティに係わる特性（「第１発明」に関して述べたように）、誘電異方性、曲げ誘電特性、スカラー秩序パラメーター、粘度等の１つ又は複数の特性を含むことができる。
【００５１】
したがって、液晶のバルクに溶解したドーパントの存在によって誘起された物性の変化は、バルクの液晶層の体積全体には起きないが、１つ又は複数の限られた領域にのみ起きる。請求する発明の大部分の実施において、これらの領域は非常に薄いであろう。これらのサブ領域の各々は、「表面のサブ領域」と呼ばれる関連のドーパント表面近くに位置する。
【００５２】
本明細書で使用される用語「可溶」はドーパントが液晶のバルク層に溶解可能であることを意味する。
【００５３】
本発明によれば、ドーパントは表面に恒久的に付着している。これは、ドーパントが自由にバルクの体積中を動くことを妨げられているように表面に結合しているものと解釈すべきである。したがって、均一な分散が起きないであろう故に、ドーパントのバルク体積中での不均一な分布は「恒久的」性質である。明らかに、これは外部電場を印加することによってドーパントを液晶バルク体積内部に一時的に再配置する、知られた技術とは異なる。
【００５４】
ドーパントは表面に「恒久的に付着」しているが、それらはやはり限られた可動性、特にドーパント分子が例えば外部電場の印加による切替の間に表面に再配向することが可能になる可動性を示す。
【００５５】
バルク層に均一に分散していないが、ドーパントはバルク層中に（局部的に）溶解していると言うことができる。
【００５６】
本発明の範囲内において、デバイスは単一のドーパント表面（「第１発明」に関してキラル表面と呼ばれる）、又は代替として、各々そのドーパントが恒久的に表面に付着した、２つ又は複数のそれらのドーパント表面（「第１発明」に関してキラル表面と呼ばれる）を示すことができる。より具体的には、デバイスは１つ又は複数の本質的に類似したドーパント表面、又は２つ又はそれ以上の異なるドーパント表面、又はその組み合わせを含むことができる。
【００５７】
２つのドーパント表面を含む実施形態において、各ドーパント表面は、ドーパント表面に隣接したバルク層のサブ体積内部に、１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起することができ、誘起された局部変化は、２つのサブ体積内部で実質上等しくても異なってもよい。
【００５８】
２つ又はそれ以上のドーパント表面の影響を受けた液晶の特性／複数の特性は、各サブ体積内部で同一、部分的に同一、又は異なってもよい。
【００５９】
例えば、２つのキラル表面は、異なる符号の自発分極を誘起することができ、それらは異なるねじれ力、異なるドーパント材料、ドーパントの異なる表面分散等を示すことができる。
【００６０】
２つのドーパント表面を含む実施形態において、１つのドーパント表面の影響を受けた前記少なくとも１つの液晶特性は、他のドーパント表面の影響を受けた前記少なくとも１つの液晶特性と同一又は異なることができる。前記２つのドーパント表面の１つが１つ以上の液晶特性に影響を与えれば、他のドーパント表面は、これらの特性に影響を与えない（すなわち他の物性に影響を与える）か、少なくとも１つ、又は全てに影響を与えることができる。
【００６１】
上記の「ドーパント表面」（「第１発明」に関して「キラル表面」と呼ばれる）を参照するときの用語「表面」は、バルク層の境界に位置する表面、又は境界を画定する表面を含むだけではなく、バルク層の内部に位置する表面又は面を含むものと考えるべきである。したがって、用語「表面」は、ドーパント材料を経由して直接又は間接にバルク層の材料と接触している任意の物理的又は幾何形状的表面又は面を含むことができる。
【００６２】
バルク層が２つの基板の間に拘束される実施形態では、ドーパント表面は一方又は両方の基板上に配置することができる。代替として、又は補足として、１つ又は複数のドーパント表面はバルク層の内部、すなわちバルク層の境界から距離を置いて位置することができる。内部ドーパント層又は面を有する実施形態は、例えば以下に述べるレーザ活性化重合プロセスによって実施することができる。
【００６３】
表面に恒久的に付着するドーパント材料又は分子は「ドーパント表面層」（「第１発明」に関して「キラル表面層」と呼ばれる）を画定するものと考えることができる。それらの「ドーパント表面層」は通常非常に薄く、例えば２０〜１００Å程度であろう。特に、ドーパント表面層の厚さは、１層のドーパント分子だけを含む「単分子層」として形成することができる。
【００６４】
この意味で、目的とする効果を達成するためにはＥＣＳ層は好ましくは非常に薄くなければならないことを考えると、キラルドーパントを表面に結合させる原理は「ボーナス効果」を与えることに留意すべきである。例えば、キラルドーパントは前記表面に単分子層を形成することができる。
【００６５】
本発明によるデバイスにおいて、液晶のバルク層に可溶なドーパントは、少なくとも１つの表面に恒久的に付着される結果、バルク体積中に不均一に分布する。しかし、前記表面上のドーパントの分散に関しては多くの可能性がある。好ましい一実施形態では、ドーパントは表面上又は各表面上に均一に分散される。しかし、特定の又は予め定めたパターンに従って前記基板上に、例えば予め定めた面積内にドーパントを分散することが可能であろう。
【００６６】
請求する発明において、ドーパント材料及び液晶のバルク材料は、ドーパント表面から遠く離れた領域に比べて表面のサブ領域で、
１．誘電異方性の大きさがより大きい／より小さい、
２．誘電異方性が同一又は反対の符号を有する、
３．フレクソエレクトロニック係数によって定まるフレクソエレクトロニック分極の大きさがより大きい／より小さい、
４．フレクソエレクトロニック係数によって定まるフレクソエレクトロニック分極が同一又は反対の符号を有する、
５．キラルの影響が大きい又は少ない、
６．キラルの影響が同一又は反対の符号を有する、
７．スカラー変数が光の照明下で増加又は減少する、
８．表面の粘度がはるかに高い又ははるかに低い、
ように選択することができる。
【００６７】
以下のいくつかの例はそれらのドーパント及び液晶材料の選択を行うひとつの考え方を与えるであろう。
【００６８】
例えば、キラルドーパント表面（「第１発明」による）はアキラルスメクティック液晶バルク層のサブ体積内部に自発分極を出現させる。
【００６９】
他方、サブ体積内のより高い粘度は双安定性の切替を得るために不可欠であろう。しかし、双安定性ネマティックデバイスなどの場合、はるかに低い粘度が双安定性のために必要である。
【００７０】
液晶バルクのそれと異なるサブ体積中の誘電異方性の符号は、２つの異なる方向に沿う印加電場によって、これらの２つの領域中の液晶分子を再配向させ、９０度の角度にする。
【００７１】
ネマティック液晶を支持するドーパント表面のスカラー秩序パラメーターの減少は、液晶層を完全に再配向するためのスレショルド電圧の低下をもたらす。
【００７２】
他の実証例は、少量の負の誘電異方性を有するアキラルネマティック液晶を含むバルク層の場合であり、その液晶分子は、支持固体表面に少量の逆の予備偏向を有し、液晶バルクの主要部に面状整列を有する。これらの表面に結合したドーパントは、表面サブ領域内の誘電異方性の符号を逆にする。その結果、液晶層を横断して印加された電場は、表面サブ領域内の液晶分子を、電場に沿って横たわる方向に再配向させ、一方、液晶バルク中の分子の面状整列、すなわち電場に垂直な整列は安定化される。これは液晶層の強い拡張／屈曲変形を招き、やはり印加電場と相互作用する曲げ誘電分極が起きる。ドーパントを選択することによって、表面サブ領域中のフレクソエレクトロニック特性も強く影響を受けることができる。例えば、ドーパント表面に隣接する表面サブ領域中のフレクソエレクトロニック分極の符号は、おのおのそれらの中で異なることができる。このようにして、曲げ誘電分極のため、誘電率及び線形結合が同様に作用し、印加した電場でバルク液晶層の弾性変形を増加させてπねじれ状態へ移る。
【００７３】
請求する発明を使用する他の例は、ＵＶ光照明など外部要因の影響の下で、ドーパントがその分子形状を変化させ、したがって表面サブ領域内のスカラー秩序パラメーターを減少させる場合である。
【００７４】
また、ドーパントの選択は、ドーパント表面がバルク液晶材料のそれに比較して表面サブ領域内の粘度増加又は粘度低下を示すように行うことができる。
【００７５】
一般に、キラルドーパントについて「第１発明」に関して上記及び下記する実質上全てのことは、適用可能であれば、請求する発明を参照して本明細書に述べる、ドーパント表面を提供するより一般的な発明概念に変換することができる。
【００７６】
請求する発明において、ドーピングされたサブ体積の外部と同様、内部のバルク材料の電場応答は、誘電性、曲げ誘電性、常誘電性（ｐａｒａｅｌｅｃｔｒｉｃ）、強誘電性、及び反強誘電性、又はその任意の組み合わせであることができる。応答はサブ体積と残りのバルク層の間で異なることができる。
【００７７】
したがって、請求する発明によれば、表面サブ領域中の物性は、恒久的に前記ドーパント表面に結合するドーパントによって効率的に変化することができる。誘電異方性の大きさ及び／又は符号は、曲げ誘電分極と同様に変化することができる。表面粘度の大きさと同様にスカラー秩序パラメーターの大きさはそれぞれ増加及び減少することができる。その結果、表面サブ領域は印加電場の下で液晶バルクとは異なる挙動を示すであろう。
【００７８】
実証例だけであるが、バルク層はアキラルスメクティックＣ材料などのアキラル（非キラル）液晶材料を含むことができる。サブ体積中又はサブ領域中ではアキラルスメクティックＣはアキラルスメクティックＣに可溶なキラルドーパントでドープされ、キラル表面に恒久的に付着する。キラルドーパントはキラリティを誘起し、したがってサブ体積内の液晶バルク材料中にキラリティ効果の変化を誘起する。続いて、誘起されたキラリティはサブ体積内に自発分極Ｐｓを発生させ、このサブ体積に強誘電特性を与える。ドーパント分子がドーパントからのある距離にもキラリティを誘起するので、ドープされるサブ領域の実際の体積と、キラリティ及び増加した自発分極を示す体積はわずかに異なる。この実証例ではデバイス上に電場を印加することによって（すなわちバルク体積の残りと同様にドープされたサブ体積上に）、ドーパントの結果強誘電特性を示す領域中の分子は印加した電場に直接強誘電性応答又は結合するため、非常に速く切替を行う。この速い強誘電性切替は、表面サブ領域の分子とバルク体積の隣接する分子の間の弾性結合のため、今度はサブ体積外部のバルク分子を急速に切り替えさせる。
【００７９】
上記の例では、バルク体積はアキラル液晶材料を含む。しかし、例えば、その非ドープ条件で限られた自発分極を示すキラルバルク材料を最初に使用することも可能である。その実施形態では、ドーパントを選択してサブ体積内の自発分極の変化を達成し、サブ体積内のバルク材料の（例えば強誘電性）応答を増加させることができる。初期キラリティは、誘起されたキラリティ効果の増加を「バイアス」すると言えよう。
【００８０】
ドープされたサブ体積の外部と同様に内部のバルク材料の電場応答は、強誘電性、反強誘電性、曲げ誘電性、及び常誘電性であることができる。また、ドープされないバルク材料の電場応答も誘電性だけ（すなわち電場と直接の線形結合がない）とすることができる。
【００８１】
バルク層材料の初期キラリティについては、バルク層は、アキラルネマティック液晶材料、キラル液晶材料、又はその組み合わせなどのアキラル液晶材料を含むことができる。バルクがアキラルであれば、キラリティはキラルドーパントによって誘起することができる。バルクが最初にキラルであれば、キラリティ効果の増加はキラルドーパントによって誘起することができる。
【００８２】
したがって、バルク層を形成する液晶材料は、本発明の範囲内で大きく変化することができる。使用される電場によって、バルク層の材料は、前記バルク層内にネマティックダイレクターのねじれ又は非ねじれ構成を有するネマティック液晶材料、前記バルク層内にネマティックダイレクターのねじれ又は非ねじれ構成を有するスメクティック液晶材料、ディスコティック液晶材料の１種又は複数のものから選択することができる。
【００８３】
バルク層は実質上前記ドーパント表面（例えばキラル表面）に平行な好ましい配向を有する表面ダイレクターを示すことができる。特に、バルク層は、バルク層の前記表面ダイレクターの切替が印加電場によって直接制御可能ではない液晶材料を含むことができる。その実施形態では、ドープされた面積は印加電場（一次切替）に直接応答を示し、一方、残りのバルク層は弾性結合（二次切替）に応答するであろう。
【００８４】
デバイスは別の整列層をさらに含んで、前記ドーパント表面に好ましい分子配向、例えば非動的整列層を提供することができる。
【００８５】
ドーパントは感光性分子を含むことができ、感光性は、デバイスの製造中に、そこに結合したドーパントを有するドーパント表面を形成するために使用される。
【００８６】
ドーパントは少なくとも１種のポリマー材料、オリゴマー材料、及びモノマー材料から製造することができる。
【００８７】
本発明による液晶デバイスは多くの構造的に異なる方法で実施することができる。１つだけのドーパント表面を有する実施形態では、バルク層は、一方で、バルク層の第１の側に配置された単一ドーパント層の間に拘束することができ、他方では、バルク層の反対側に配置された非動的表面整列層の間に拘束することができる。非動的表面整列層は予め定めた好ましい方向を確立し、これはデバイスの意図する用途によって選択することができる。
【００８８】
また、バルク層は、各々そこに恒久的に付着したドーパントを有する２つのドーパント表面の間に拘束することができる。しかし、ドーパントはやはりバルク層中に恒久的に不均一に分布され、すなわちキラル表面に高い「濃度」を示すであろう。その両面の実施形態では、例えば、２つのキラル表面は、同一又は反対の符号（Ｐｓ＞０及びＰｓ＜０）の自発分極を誘起することができる。第１のキラル表面は第１の対掌性を示すキラル材料を含むことができ、一方、第２のキラル表面は第２の異なる対掌性を示すキラル材料を含むことができる。さらに、複数のキラル表面は異なるねじれ力を有するキラル材料から作ることができる。
【００８９】
上記のように、２つのキラル層は、（ｉ）自発分極の符号、（ｉｉ）対掌性の符号、及び／又は（ｉｉｉ）ねじれ力に関して互いに異なることができる。同じ考えが一方でキラル層間に当てはまり、他方でバルクの特性に当てはまる。したがって、例として、バルク材料の特性はドープされたサブ領域内のドーパントによって妨げられ、又は実質上消失することがあり得る。
【００９０】
本発明の液晶デバイスは、ドーパント表面でサブ体積上に電場を印加するための表面電極などの手段を含むことができる。その電場の印加手段は、電場が、バルク層と同様前記ドーパント表面上に印加されるように配置することができる。それらの電場の印加手段は、マトリックス呼び出しデバイスを作るための２つの交差する電極群を含むことができ、デバイスの各ピクセルはアクティブ呼び出しを行うための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含むことができる。
【００９１】
本発明の液晶デバイスは、バルク層内のダイレクターの方向切り替えを検出可能な効果に変換するように配置された手段を含むことができる。例として、それらの手段は、偏光板、リターダー、反射板、バルク層にドープされた染料、及びその組み合わせの１個又は複数の素子を含むことができる。
【００９２】
一実施形態において、キラルドーパントは、ネマティックバルク層のサブ領域中にキラル表面に垂直又は平行な螺旋軸を有する螺旋分子規則性を誘起することができる。ピッチの勾配はデバイス中で変化し得る。
【００９３】
請求する発明の他の態様によれば、液晶バルク層に可溶なドーパントを液晶バルク層中に恒久的に不均一な状態で分散するステップを含む、液晶の製造方法が提供される。方法は、拘束面（例えば基板上の表面）、又は内表面（例えばバルク層内で面を画定する）、又はその組み合わせなどの少なくとも１つのドーパント表面と呼ばれる表面に、ドーパントを恒久的に結合させるステップを含むことが好ましい。
【００９４】
バルク層の材料及びドーパントは、ドーパントが、前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積又はサブ領域内に液晶特性の局部変化（「第１発明」に関して、より詳細には、キラリティ効果の増加などキラリティ効果の変化）を誘起するように選択することができる。
【００９５】
ドーパント表面は基板表面をドーパント材料で被覆することによって製造することができる。一実施形態において、ドーパント表面は基板表面に既に堆積された整列層上に配置することができる。ドーパント表面は光及び／又は温度を加えてドーパント表面の重合を行うことによって製造することができる。
【００９６】
一実施形態において、ドーパントは、前記表面を重合性で感光性のあるドーパント材料で被覆すること、ドーパント材料に光を当てることによってドーパント内の分子を好ましい方向に整列させること、ドーパント表面層を形成するためにこのようにして整列させたドーパント材料を重合させること、のサブステップによって提供することができる。
【００９７】
誘起されたキラリティ効果を有する関連のサブ領域を提供するために、１つ又は複数の内部ドーパント表面若しくは面を製造すべき実施形態では、光反応性ドーパントモノマーを液晶バルク層に溶解することができる。次いでこのようにして溶解された光反応性モノマーは、それらの内部ドーパント面を製造するために、前記バルク層中の１つ又は複数の面を光活性化することができる。これを実施するにはマスク、又は干渉パターンを使用することができよう。
【００９８】
また、本発明は、バルク層の少なくとも１つのサブ領域に局部的な好ましくは恒久的な電場応答特性の増加を誘起するために、液晶バルク層に可溶なドーパントで液晶バルク層をドープするステップと、前記サブ領域によってバルク層を間接的に制御するために電場を印加するステップとを含む、液晶バルク層を制御する方法を提供する。
【００９９】
具体的には、本発明は、前記バルク層の関連する副表面領域中にダイレクターの方向を有する電場によって直接制御可能な相を誘起し、前記バルク層と相互作用する、前記バルク液晶層に接触する少なくとも１つのキラル表面層を提供するステップと、前記副表面領域の方向変化を起こさせ、それによってバルク層内に面内バルク切替を行わせるために前記副表面領域に電場を印加するステップとを含む、液晶デバイスの液晶バルク層中で面内切替を達成する方法を提供する。
【０１００】
したがって、本発明は、自発分極、ピッチ、光学活性、誘電異方性、曲げ誘電分極、スカラー秩序パラメーター、粘度等、ドープ領域によって間接的にバルク層を制御するのに使用することのできる、液晶ホスト材料の１つ又は複数の物性の局部変化を達成することを可能にする。
【０１０１】
上記の及び他の本発明の特徴並びに実施形態は添付の請求項に記載されている。
【０１０２】
ここで、付随する図面を参照して、本発明を非制限的な例示によってより完全に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０３】
ａ）キラルドーパントに関する実施形態（「第１発明」）
図１は本発明による液晶デバイスの一実施形態の一部を示している。液晶バルク分子１２を含むバルク層１０は、ガラス板などの２つの対向する基板１４（その内の１つだけが図１には示されている）の間に拘束される。非制限的な、実証例として、バルク材料１２はアキラルスメクティックＣ材料とすることができる。
【０１０４】
液晶バルク層に可溶なキラルドーパント２０は、例えば化学結合として実施される結合又は連結１６で図示したように、基板１４に恒久的に付着（結合）される。したがって、ドーパントはバルク層に可溶であるが、ドーパント２０は残りのバルク層１０（２４）中に動き出す自由さはなく、基板１４の表面１８に結合したまま保たれる。しかし、ドーパント２０は、印加された電場に応答して再配向することがやはり可能である。
【０１０５】
キラルドーパント２０は基板１４に近いバルク層１０のサブ体積又はサブ領域２２中のキラリティ効果を誘起する。この表面サブ領域の厚さは、とりわけ基板表面１８を覆うキラル層の性質に依存するが、通常非常に薄いであろう。その結果、デバイスは、キラリティ効果の増加を示す、バルク層１０のドープされたサブ体積又はサブ領域２２と、キラリティ効果が実質上ゼロ又はそれ以下のドープされない実質上より大きなバルク体積２４とを示す。
【０１０６】
図１に示したように、ドーパント２０は、バルク分子１２がドープされた領域内の基板１４近くに位置するような表面１８からの距離に位置することができる。ドーパント２０が恒久的に付着する基板１４の表面１８は「キラル表面」と呼ぶことができ、そこに結合したキラルドーパントを示すことを表す。表面に結合したドーパントは「キラル表面層」と呼ぶことができる。しかし、それらのドーパントは、例えば化学結合によって表面から限られた距離に位置することができることに留意すべきである。通常、サブ領域はドーパント材料／分子とバルク層分子の両方を含むであろう。この理由付けの方法は、請求する発明による全てのドーパント（キラル及び非キラル）に当てはまることに留意すべきである。ここで、サブ領域２２に誘起されたキラリティ効果は、この領域２２に誘起された自発分極Ｐｓである。次いで、これはサブ領域２２内に液晶材料の強誘電性電気光学応答をもたらすであろう。
【０１０７】
図１による構造を含むデバイスの動作を、図２Ａを参照して説明する。電場Ｅが液晶セル全体に加えられるとき、強誘電性サブ領域２２中の液晶分子の配向方向は、領域中に自発分極Ｐｓが存在し、したがって、強誘電性サブ領域２２中の液晶材料と印加電場Ｅの間の直接電気的結合のため変化する。図２Ａにおいて、この分子配向の変化は点線Ｄ０（Ｅ＝０で可能性のある初期方向）と実線Ｄ２（切り替わった方向、Ｅ≠０）で図２に示されている。これは「一次切替」と呼ぶことができよう。
【０１０８】
サブ領域２２中の液晶分子１２の一次切替Ｄ０→Ｄ２は、次いで弾性力によってアキラルスメクティックＣ液晶材料１２のバルク２４中に浸透するであろう。
【０１０９】
２つの基板１４の内表面１８の１つだけがキラルになるので、サブ領域２２中の分子切替Ｄ０→Ｄ２はバルク中に電場誘起のねじれ状態をもたらし、図２Ａには分子の面内切替Ｍ１→Ｍ２（二次切替）によって図示されている。バルク液晶材料１２の誘電異方性Δεの符号によって、電場Ｅとバルク材料間の誘電結合はこの面内切替Ｍ１→Ｍ２を安定化させ（Δε＜０）、又は不安定にする（Δε＞０）ことができる。
【０１１０】
ここで、基板１４の１つだけがキラル層２０で被覆されている、図２Ａによるセルを示す図２Ｂを参照する。
【０１１１】
この実施形態では、バルクアキラルスメクティック材料１２は約４５度の分子ねじれを有する。他の基板１４の表面は、一方向にこすり付けられたポリイミドで被覆されており、非動的表面整列層３２をもたらす。整列層３２はこの基板１４に位置するバルク分子１２’の非動的表面整列方向Ｄ３を確立する。整列方向Ｄ３は、他の基板表面１４におけるＥ≠０での分子（Ｍ１）の好ましい整列方向Ｄ１と一致する。Ｄ１は強誘電性サブ領域の２つの切替状態の１つを表すことに留意すべきである。
【０１１２】
「オフ状態」（Ｅ＝０）において、バルク液晶材料１２は、図２Ｂの点線の分子で示された方向Ｍ１（Ｄ１と平行）に沿う光学軸で均一に配向される。セルは、光学軸Ｍ１に沿う偏光板３６の透過方向に配向された交差偏光板３４、３６の間に配置される。この配置では、入射光はデバイスを通る光路の下で消去されるであろう。しかし、約５Ｖ／μｍのＥの電場の印加は、キラル表面１８で強誘電性サブ領域２２中の分子の直接で急速な９０度切替（Ｄ１→Ｄ２）を誘起する。この急速な切替Ｄ１→Ｄ２は、次いでバルク液晶材料中に誘起された９０度分子ねじれＭ１→Ｍ２をもたらす。この切り替えられた「オン状態」において、デバイスは光透過性である。
【０１１３】
偏光板３４、３６の他の適切な設定によって、「オフ状態」は代りに透過性になることができる。
【０１１４】
図３は、２つのキラル固体基板１４を含む液晶デバイス又はセルの断面を示すもので、各々キラルに作られた内表面１８を示している。セルは、（上から始めて）、第１のガラス又はプラスチック（ポリマー）基板１４、第１の透明伝導性ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜３０、第１の受動（非動的）整列膜又は層３２、比較的薄い（非常に薄いことが好ましい）キラル分子の第１の層２０、液晶バルク材料１２のバルク層２４、比較的薄いキラル分子の第２の層２０、第２の受動整列膜３２、第２の透明な伝導性ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜３０、及び第２のガラス又はプラスチック基板１４の素子を含む。２つの基板１４はスペーサー１７によって予め定めた互いの距離に固定される。この間隔は数μｍ程度である。
【０１１５】
図３に示したセルは、バルク層２４の両側にキラル分子２０の２つの薄膜を含む、本発明の両面実施形態である。図４に示したセルは、キラル分子の１つだけの薄膜を含む、すなわち図２Ａ及び２Ｂに示した実施形態による片面実施形態である。
実施例１
【０１１６】
調製の方法
図３又は４に示したキラル表面層の調製の一実施形態において、ガラス又はプラスチック基板１４の内表面は最初に透明な伝導性ＩＴＯ膜３０で被覆され、その後、例えば通常の垂直入射で蒸着した薄いＡｕ膜の整列層３２で被覆される。整列層３２は受動整列層とすることができる。
【０１１７】
次いで、整列層３２は、この実施例ではキラル分子２０を含む感光性有機材料を含む薄膜２０で被覆される。このキラル材料２０は、硫黄含有基によってＡｕ膜に結合した、オルソ−又はメタ位置にキラル部が側部結合する型のものとすることができる。有機キラル材料２０の分子構造は、次式、
【化１】
2005521102.tif 000003
とすることができる。
【０１１８】
感光性キラル材料２０の薄い層で被覆された基板１４は、一方向性で面状の、キラル分子２０の予め定めた整列を得るために、線形に偏光させたＵＶ露光される。キラル分子２０のこの整列は、弾性力によって、接触する液晶バルク分子１２に転写される。光で活性化する整列はバルク層１０を加えた前と同様、後で行うことができる。
実施例２
【０１１９】
調製の方法
第２実施例において、キラル表面は実施例１と同じ種類のキラル分子の混合物を含む有機材料の薄膜で調製することができるが、この場合、それらは下図に示すような異なる長さの結合基を有する。
【化２】
2005521102.tif 000004
【０１２０】
結合基の長さはキラルドーパント分子と基板間の最大距離を定めるであろう。しかし、キラルドーパント分子は表面に向かう方向に自由に動くことができる。
実施例３
【０１２１】
調製の方法
実施例３によれば、例えば図４に描かれたキラル分子２０の第１の薄膜を形成するキラル表面を調製するために、ガラス基板１４の透明な伝導性ＩＴＯ膜３０は、例えば垂直入射で蒸着させた、バフ掛けしたＳｉＯｘ膜の受動整列層３２で被覆される。良く知られているように、この受動整列層は殆どの液晶材料の一方向性面状整列を与える。同じ種類の整列は、基板に関して入射角α〜６０°でＳｉＯｘを蒸着させることによって得ることができる。その後、受動整列層３２は実施例１で述べた種類の感光性有機キラル材料２０の薄膜で被覆される。この材料の分子は、例えばシリル化を用いることによってシリカ表面に恒久的に結合させることができる。
実施例４
【０１２２】
調製の方法
実施例４によれば、ガラス基板１４の透明な伝導性ＩＴＯ膜３０は、例えば基板表面１８に関して約８５°の入射角αで蒸着させた、ＳｉＯｘ膜の受動整列層３２で被覆される。この受動整列層３２は、知られているように、殆どの液晶材料の偏向した整列を提供する。その後、受動整列層３２は、シリカ表面に恒久的に付着した、実施例１で述べた種類の感光性有機キラル材料２０の膜で被覆される。
実施例５
【０１２３】
調製の方法
実施例５によれば、接触表面１８は、例えば次式、
【化３】
2005521102.tif 000005
【化４】
2005521102.tif 000006
の１つの構造を有するキラル側鎖液晶ポリマーの堆積によってキラル化される。
実施例６
【０１２４】
調製の方法
実施例６によれば、キラル表面を形成するキラルドーパント２０は次式、
【化５】
2005521102.tif 000007
の構造を有するデンドリマー型である。
【０１２５】
デンドリマー分子は、硫黄又はシリコン含有架橋基のいずれかによって受動整列層に恒久的に付着する。図１５はデンドリマー分子２０によって形成されたキラル層を図示している。
実施例７Ａ
【０１２６】
調製の方法
実施例７Ａによれば、液晶バルク層１０中の恒久的に不均一なキラルドーパント２０の分散は、液晶バルク層２４内に少なくとも１つのキラル面を内部的に形成することによって実施される。これは感光性キラルモノマーと架橋剤の使用によって実施され、その構造は、次式
【化６】
2005521102.tif 000008
とすることができる。
【０１２７】
最初に、感光性キラルモノマーがバルク液晶ホスト材料中に溶解される。次いで、その内側１８にＩＴＯ膜３２を予備被覆し、受動整列層３０をその上に堆積した２つのガラス基板を含むサンドイッチセルは、その中に溶解したキラルモノマーを有する液晶バルク材料１２で充填される。その後、バルク１２と溶解したキラルモノマーを含むセルは露光される。光は感光性キラルモノマー分子の光重合を開始させる。光の波長は光重合プロセスを促進するために通常ＵＶ光スペクトル内である。この重合プロセスの間に、ポリマーは液晶ホスト１２から相分離する。
【０１２８】
上記の原理を用いることによって、液晶バルク１０中に相別のキラルポリマー２０の良好に画定された面（すなわち表面）を、例えばＡｒレーザからの干渉、又はマスキング技術によって達成することができる。
【０１２９】
１つ又は複数のそれらのキラル面４０は、図５Ａ及び５Ｂにそれぞれ示したように、固体基板１４に垂直又は平行に配向することができる。それらの組み合わせも可能であり、同様に、内部キラル面４０と基板１４の１つ又は２つのキラル副表面層との組み合わせが可能である。
実施例７Ｂ
【０１３０】
調製の方法
実施例７Ｂによれば、図１４Ａ及び１４Ｂに図示したように、基板１４は、キラルドーパント又は分子２０との化学カップリングを与えることのできる官能基を含むポリマーの薄い層１５で被覆される。ドーパント２０の付着の前に（図１４Ａ）、ポリマー１５層を一方向性の機械的ラビングをかけて、後続で加えられるドーパント分子２０、同様に液晶バルク材料１２の好ましい整列方向を得ることができる。したがって、前記ポリマー層１５は受動整列層の役割を果たすことができる。
【０１３１】
ポリマー１５の材料は光応答性とすることができ、したがって偏光したＵＶ光で照射することによって光整列が可能である。この場合、ドーパント材料２０は整列プロセスの前又は後に加えることができる。
【０１３２】
一例として、ドーパント２０はキラル分子又はキラルポリマー又はキラル液晶ポリマーの形とすることができる。
【０１３３】
バルク液晶の面内切替
ここで、誘起された面内切替を得るための本発明の原理の用途を実証例で示す。
【０１３４】
以下の実施例に使用されるキラル表面を備える液晶デバイスは、ミクロンサイズの間隙を形成して、その内表面１８がＩＴＯ電極で被覆されている、２つの平行な固体基板１４を含んでいた。１つ又は両方の電極基板の内表面を薄いキラル膜２０で被覆した。実験デバイスの構造は図３及び４に示したものであった。
【０１３５】
実験セルの電気光学応答は図６にその概略を描いた装備によって検出した。
【０１３６】
発生器３８で供給される電場Ｅが試料に印加されるときに透過光の最大光変調が得られるように、その光軸を偏光板の１つの透過方向に関して２２．５度の角度に配向して、試料Ｓを２つの交差した偏光板３４、３６（分析器及び偏光板）の間に挿入した。必要ならば、印加電圧は差動電圧増倍器４２で増幅することができる。透過した光の強度Ｉは検出器４４によって検出した。オシロスコープ４６を電源３８、及び光検出器４４に接続し、印加した電圧と対応するセルＳの電気光学応答を視覚化した。
実施例８
【０１３７】
片面実施例
実施例８では、デバイスの内表面の１つを実施例１によるキラル有機層で予備被覆した。バルク液晶層１０を製造するために、デバイスは、相順序
Ｃ  １０℃  ＳｍＣ  ６３℃  ＳｍＡ  ６４℃  Ｉ
を有するアキラル液晶材料２０（Ｈｏｅｃｈｓｔ  ９０８）で充填した。
【０１３８】
セルを、その光軸を１つの偏光板に関して２２．５度の角度に配向して、図６の装備の交差偏光板３４、３６の間に挿入した。ここで、この液晶材料を充填し、内部基板表面上に堆積したキラル層をもたない「従来の」先行技術セルは、印加した外部電場Ｅへの誘電性応答だけを示すであろうことに留意すべきである。しかし、薄いキラル層で予備被覆した内表面の１つを有する本発明のセルでは、セル間隙３μｍのセルに約Ｅ＝５Ｖ／μｍの電場を印加すると、スメクティック相において明らかな極性電気光学応答が見出された。
【０１３９】
実施例８によるセルの電気光学応答は図７に描かれており、応答が極性であることを明らかに示している。試料Ｓの光学軸は、試料Ｓを単に４５度回転することによって試料の面内で切り替わり、次いで図８に描いた電気光学応答を１８０度相シフトさせることが実証された。
実施例９
【０１４０】
円偏光の対掌性の切替
この実施例９では、円偏光の対掌性を切り替えるために使用することのできる液晶デバイスの実施形態が開示される。実施形態は図９Ａに示されている。図２Ｂに示した片面実施形態とは対照的に、図９Ａの実施形態は両方の基板１４にドーパント材料２２のキラル表面を示す。したがって、誘起された強誘電特性を示す薄い層がＬＣバルク層の両側に形成された。
【０１４１】
図９Ａにおいて、デバイスのパラメーターは、λ／４波プレートの条件を満たすように選択した。バルクアキラルスメクティック液晶材料２０は４５度の分子偏向角を有するように選択した。デバイスは、切替状態（Ｄ１／Ｄ２）が図示したように偏光板３４、３６の透過方向の周りで対称的であるようにして、交差偏光板３４、３６の間に挿入した。
【０１４２】
電場Ｅの印加は、強誘電性相２２中の急速な（直接）切替と、弾性結合による、バルク層２４中の対応する面内切替を提供するであろう。２つの一次切替層２２が配置され、これらはこの実施形態では同じ方向に切り替えるので、バルク層内のバルク分子１２の螺旋ねじれは本質的にないであろう。したがって、デバイスの出力での円偏光の対掌性は印加した電場Ｅの極性に依存する。このように、円偏光の対掌性の急速な切替を行うことができる。
【０１４３】
上で指摘したように、誘電結合は面内切替を安定化させ（Δε＜０）、又は不安定にする（Δε＞０）ことができる。
実施例１０
【０１４４】
バルク液晶の面内切替
この実施例１０では、実施例１によって調製したデバイスを、
ＳｍＣ  ４８℃  ＳｍＡ  ５７℃  Ｉ
の相順序を有するラセミ液晶混合物ＷＩＬＣ  ４８（Ｈｏｅｃｈｓｔ）で充填した。
【０１４５】
上で示したものと同じＳｍＣ相中の極性電気光学応答が、３μｍの間隙を有するセルに電場Ｅ〜４Ｖ／μｍを印加して検出された。
実施例１１
【０１４６】
両面実施形態−アキラルバルク
図９Ｂに示したこの実施例１１では、液晶デバイスの両方の基板１４に実施例１によるキラル有機層２２を予備被覆した。デバイスはアキラル液晶材料Ｈｏｅｃｈｓｔ  ９０８で充填した。
【０１４７】
次いで、セルを、その光軸Ｍ１（切替状態の１つに該当する）を偏光板の１つの透過方向と平行に配向させて、交差偏光板３４、３６の間に挿入した。電場Ｅを液晶セルに印加することによって、両方のサブ領域２２でＤ１→Ｄ２の移動で示すような、２つの表面サブ領域２２中の分子の配向性変化が起きる。キラリティを誘起されたこのサブ領域２２中の表面分子の一次切替Ｄ１→Ｄ２は、次に弾性力によって、アキラルバルク分子１２のバルク層１０の残り（２４）内に分子１２の切替（二次切替）をもたらすであろう。この誘起されたバルク分子の切替は、初期の分子配向Ｍ１（点線）が新しい方向Ｍ２（実線）に切り替える形で図示されている。バルクの光軸の誘起されたバルク切替は、実際に、面内切替（図２Ｂのように）であり、例えばＭ１からＭ２への切替は基板１４に平行な面内で起きる。
【０１４８】
約３μｍのセル間隙を有するセルに約Ｅ〜５Ｖ／μｍの電場を印加すると、上記と同様の極性応答がスメクティック相に見出された。
実施例１２
【０１４９】
両面実施形態−キラルバルク
実施例１１で述べたものと同様に、この実施例では両方の基板が実施例１による薄いキラル有機層で予備被覆された内表面を有する。
【０１５０】
デバイスを非常に小さな自発分極Ｐｓを有する強誘電性液晶で充填した。この場合、基板表面に結合したキラル分子はサブ領域におけるＰｓの大きさを増加させた。限られた初期のキラルバルク材料を有するこの実施形態では、印加した電場Ｅもバルク液晶材料と直接結合するであろう。キラリティがバルク材料の初期のキラリティによって「バイアス」されているので、キラル表面での切替はより効率的であろう。
実施例１３
【０１５１】
諧調
この実施形態は本発明がどのように諧調機能を実施するのに使用できるかを説明する。セルは図２Ｂに示した実施形態によって調整した。セルの一方向性転位によって得られる互いの機械的せん断は、液晶のバルク中と同様に表面サブ領域中の分子の予備偏向をもたらす。予備偏向がスメクティックＣ中の分子偏向と等しければ、透過光の線形変調（諧調）を得ることができる。この実施形態におけるセルの諧調の能力は図１０に示されており、ｙ軸は任意のユニットの透過光の強度を示している。
実施例１４
【０１５２】
誘起されたスメクティックＣ＊
この実施例１４によれば、セル間隙は負の誘電異方性（Δε＜０）を有するネマティック液晶と下地のスメクティックＣ相で充填される。液晶分子の面状整列を誘電結合によって安定化するために、Δε＜０の液晶材料を選択した。セル基板１４の内表面１８に結合したキラル分子２０は基板のサブ領域２２中にスメクティックＣ＊相を誘起する。誘起されたスメクティックＣ＊相は強誘電性である。
【０１５３】
外部電場を印加することによって、表面サブ領域中の好ましい配向方向を電場との直接結合によって切り替えることができる。表面サブ領域中の分子の切替は、弾性力によって、液晶のバルク中の分子に転写される。
実施例１５
【０１５４】
両面実施形態、電場誘起ねじれ
ここで、本発明による液晶デバイスの実施形態を図示する図１１を参照すれば、第１キラル表面は、正の自発分極（Ｐｓ＞０）を有する関連のサブ領域２２中にスメクティックＣ＊相を誘起し、一方、第２キラル表面は負の自発分極（Ｐｓ＜０）を有する関連のサブ領域２２中にスメクティックＣ＊相を誘起する。両方の表面サブ領域２２中の分子偏向は２２．５度程度であった。
【０１５５】
図１１のデバイスを負の誘電異方性（Δε＜０）を有するネマティック液晶と下地のスメクティックＣ相で充填した。その後、デバイスを、その光軸（Ｅ＝０で）を偏光板の透過方向に関して４５度に配向させて、平行な偏光板３４、３６の間に配置した。印加電場の符号を逆にすると、２つの表面サブ領域２２の異なるＰｓ符号のため、デバイスは透過性の非ねじれ状態と非透過性（暗い）のねじれ状態の間で切り替えるであろう。
実施例１６
【０１５６】
光誘起Ｐｓ変化
実施例１６によれば、デバイスは実施例１４に従って調製した。しかしこの場合、内部基板表面の１つに堆積したキラル層は、光照射で表面サブ領域中の誘起されたＰｓの符号を変える能力のある感光性分子を含む混合物である。
【０１５７】
また、両方のキラル表面を被覆するキラル有機材料が、光照射の下で表面サブ領域中の誘起されたＰｓの符号を変える能力のある感光性分子を含む混合物であるデバイスを提供することも可能である。デバイスは、例えばアキラル液晶材料のＨｏｅｃｈｓｔ  ９０８で充填することができる。セルはマスクを通してＵＶ光で照射される。電場を印加することによって、セルの照射された領域中のセル光軸は、光から保護したセル領域とは反対方向に切り替えるであろう。
実施例１７
【０１５８】
選択的反射
ここで図１２を参照する。この場合、キラル材料２０は高いねじれ力を有するように選択される。デバイスはΔε＞０を示すネマティック液晶混合物Ｅ７（Ｍｅｒｃｋ）で充填した。２つのキラル表面は、参照番号５０で示すように、関連する表面サブ領域２２中に非常に小さなピッチの螺旋分子規則性を誘起する。この螺旋規則性は、参照番号５２で示すように、基板から遠ざかるほど連続的にピッチ長さを増加させながら、液晶材料１２のバルク２４中に浸透する。
【０１５９】
したがって、セル中には勾配をもつピッチを示す螺旋分子規則性があるであろう。この原理又は効果を用いることによって、非常に広いスペクトルで入射光の選択的反射を得ることが可能であろう。キラル材料及びセル間隙を適切に選択することにより、デバイスからの白色光の効率的な選択的反射を得ることが可能であり、したがって白色に見えるであろう。
【０１６０】
ここで、デバイスを吸光黒色背景の上に置くと、黒い背景はセルを通して見えないであろう。さらに、セルへの電場の印加は、電場に沿って、すなわち基板１４に垂直に液晶分子を配向し、セルは透明になり、黒い背景が見えるであろう。したがって、それぞれ選択的光の反射及び光の吸収を図示する図１３Ａ及び１３Ｂのように、「電場がオンの状態」でセルは黒く見え、一方、「電場がオフの状態」で白くなるであろう。
【０１６１】
ｂ）非キラルドーパントに関する実施形態
以下に、請求する発明の実施形態を例示するために、図面を参照していくつかの実施例１８〜２４を示す。
実施例１８
【０１６２】
調製の方法
図１８及び１９は、ドーパント表面が、固体基板の感光性分子に恒久的に付着させることによって、図１８に従うことのできる構造に調製される実施例を示している。ドーパント分子は下部の受動整列層によって均一な形で整列される。ＵＶ光を照射すると、図１８に描いた分子はトランスからシス光異性化を受ける。図１９に描いたシス異性体分子は屈曲形状を有し、表面サブ領域中で液晶の規則性を歪ませる、すなわちスカラー秩序パラメーターの低下をもたらす。
実施例１９
【０１６３】
調製の方法
この実施例では、透明な伝導性ＩＴＯ膜はＳｉＯｘの受動整列層で被覆されている。整列層は、ネマティック液晶が二重に縮退して固定されるような入射角度αで蒸着される。通常、この蒸着角度αは６８°から８２°の範囲内である。
【０１６４】
その後、図１８に従うことのできる構造を有する感光性分子は、受動ＳｉＯｘ整列層に結合する。
【０１６５】
二重固定状態の下で、蒸着方向と基板垂線で画定される蒸着面に関するネマティック液晶の好ましい方向は、表面サブ領域のスカラー秩序パラメーターに依存する。したがって、感光性分子の光異性化がスカラー秩序パラメーターの低下を招くので、ネマティックの整列の好ましい方向の位置はＵＶ照射の下で変化させることができる。
実施例２０
【０１６６】
調製の方法
この実施例では、ドーパントは図２０、２１、２２に描かれたものと同様の分子構造を有することができる。前の実施例における他のように基板表面に恒久的に結合しているこれらのドーパントは、それらの屈曲形状及び横方向の永久双極子モーメントのため、表面サブ領域中の曲げ誘電分極の大きさを増加させる。図２０及び２１によるドーパントは異なる符合の曲げ誘電分極を与える。
実施例２１
【０１６７】
調製の方法
この実施例では、表面サブ領域中の曲げ誘電分極を高めるためのドーパントは、永久双極子モーメントが図２３及び２４に描いたように分子軸に沿って横たわる、梨形状を有することができる。図２３に示す構造の双極子モーメントは図２４のものと反対である。したがって、それらがもたらす曲げ誘電分極は異なる符合を有する。
実施例２２
【０１６８】
調製の方法
この実施例では、ドーパントは図２４のものと同様の構造を有することができる。それらの種類のドーパントは、その構造に分子軸に沿って強い双極子モーメントを与えるＣＮ基が存在するため、表面サブ領域中に正の誘電異方性を増加させる。
実施例２３
【０１６９】
調製の方法
この実施例によれば、ドーパントは図２５及び２６に示したものと同様の構造を有することができる。固体基板に結合したシロキサンポリマーは、表面サブ領域の粘度を大きく増加させる。
実施例２４
【０１７０】
πねじれ状態のＬＣＤ
非キラルドーパント表面によって生じた不均一な物性のデバイスの実施は図１６Ａ〜１６Ｃに図示されている。サブ領域２２の厚さは動作を例示するために誇張して示してあることに留意すべきである。
【０１７１】
小さな負の誘電異方性（Δε≦０）を示すネマティック液晶のバルク層１０は、２つの基板１４の間に拘束されている。両方の基板１４はその上に堆積した非キラルドーパント２０を示す。上方の表面上には、正の誘電異方性（Δε≧０）と正の曲げ誘電分極（Ｐｆｌｅｘｏ≧０）を有する表面サブ領域２２をもたらすドーパント材料が堆積され、一方、下方の基板表面１８に堆積したドーパント材料は、関連するサブ領域２２が正の誘電異方性（Δε≧０）を示し、負の曲げ誘電分極（Ｐｆｌｅｘｏ≦０）を示す。
【０１７２】
最初に、このデバイスの界面液晶／固体基板の分子は逆の予備ねじれを有する、すなわち液晶層は小さな初期の斜角変形（図１６Ａ）を有する。電場が液晶層に印加されると、液晶バルクの面状配向は、負の誘電異方性（Δε≦０）のため安定化されるであろう。電場Ｅの１つの極性で、誘電性及び線形（曲げ誘電）結合が同時に働く結果、両方の表面サブ領域２２中の斜角変形は電場Ｅで増加するであろう（図１６Ｂ）。しかし、強い斜角変形は、πねじれ（１８０度）（図１６Ｃ）を有する組織への転移を起こすと思われ、それは交差偏光板の間で初期の斜角変形状態とは光学的に区別可能である。反対の極性の電場では、πねじれは初期の電場オフの状態に切り替えられるであろう。
実施例２５
【０１７３】
面内電場を印加したＬＣＤ
面内電場Ｅを印加するための相互嵌合した電極を有するデバイスは図１７Ａに図示されている。電極６０は下方基板１４上に配置される。バルク液晶材料１２は弱い正の誘電異方性（Δε≒０）を有するネマティックである。内部基板の表面１８上に堆積されたドーパントは、それらが、下方基板に属する表面サブ領域２２中に負の誘電異方性（Δε≦０）を誘起し、上方表面のサブ領域２２中に強い正の誘電異方性（Δε≧０）を誘起するように選択される。
【０１７４】
電極に関するネマティック液晶の初期の整列は、図１７Ｂにおいて二重線の矢で示されている。面内電場Ｅを印加するとき、下方及び上方表面の分子は、それぞれ電場に垂直及び平行に自ら再配向する。したがって、電場で誘起された９０度ねじれが起きるであろう。交差偏光板の間で、電場がオフ状態と電場がオン状態は十分区別可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】「第１発明」の原理を示す図である。
【図２Ａ】「第１発明」による液晶デバイスの片面実施形態における電場で活性化された分子の再配向を示す図である。
【図２Ｂ】交差偏光板間に挿入された図２Ａのデバイスの動作を示す図である。
【図３】「第１発明」による液晶デバイスの両面実施形態を示す断面図である。
【図４】「第１発明」による液晶デバイスの片面実施形態を示す断面図である。
【図５Ａ】バルク層中に内部キラル面を有する「第１発明」の実施形態を示す斜視図である。
【図５Ｂ】バルク層中に内部キラル面を有する「第１発明」の実施形態を示す斜視図である。
【図６】「第１発明」による液晶デバイス又はセルの電気光学応答を分析するための装備を示す図である。
【図７】「第１発明」による実施形態の電気光学応答を示す図である。
【図８】「第１発明」による実施形態の電気光学応答を示す図である。
【図９Ａ】「第１発明」による液晶デバイスの両面実施形態における、電場で活性化された分子再配向を示す図である。
【図９Ｂ】「第１発明」による液晶デバイスの両面実施形態における、電場で活性化された分子再配向を示す図である。
【図１０】「第１発明」による実施形態の諧調電気光学効果を示す図である。
【図１１】誘起された自発分極が反対の符号を有する、「第１発明」による液晶デバイスの両面実施形態を示す図である。
【図１２】勾配のあるピッチを示す「第１発明」による実施形態を示す図である。
【図１３】図１２の実施形態の動作を示す図である。
【図１４Ａ】キラル層調製の例を示す図である。
【図１４Ｂ】キラル層調製の例を示す図である。
【図１５】キラルデンドリマー分子を示すキラル表面を示す図である。
【図１６Ａ】ドーパント表面が同じ符号の誘電異方性を誘起し、反対の符号の曲げ誘電分極を誘起する、請求する発明による液晶デバイスの両面実施形態を示す図である。
【図１６Ｂ】ドーパント表面が同じ符号の誘電異方性を誘起し、反対の符号の曲げ誘電分極を誘起する、請求する発明による液晶デバイスの両面実施形態を示す図である。
【図１６Ｃ】ドーパント表面が同じ符号の誘電異方性を誘起し、反対の符号の曲げ誘電分極を誘起する、請求する発明による液晶デバイスの両面実施形態を示す図である。
【図１７Ａ】ドーパント表面が反対の符号の誘電異方性を誘起する、請求する発明による液晶デバイスの両面実施形態を示す図である。
【図１７Ｂ】ドーパント表面が反対の符号の誘電異方性を誘起する、請求する発明による液晶デバイスの両面実施形態を示す図である。
【図１８】スカラー秩序パラメーターの変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図１９】スカラー秩序パラメーターの変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２０】曲げ誘電特性の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２１】曲げ誘電特性の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２２】曲げ誘電特性の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２３】曲げ誘電特性の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２４】曲げ誘電特性及び誘電異方性の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２５】粘度の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図２６】粘度の変化を誘起するドーパント分子の例を示す図である。
【図１】
2005521102.tif 000009
【図２Ａ】
2005521102.tif 000010
【図２Ｂ】
2005521102.tif 000011
【図３】
2005521102.tif 000012
【図４】
2005521102.tif 000013
【図５Ａ】
2005521102.tif 000014
【図５Ｂ】
2005521102.tif 000015
【図６】
2005521102.tif 000016
【図７】
2005521102.tif 000017
【図８】
2005521102.tif 000018
【図９Ａ】
2005521102.tif 000019
【図９Ｂ】
2005521102.tif 000020
【図１０】
2005521102.tif 000021
【図１１】
2005521102.tif 000022
【図１２】
2005521102.tif 000023
【図１３Ａ】
2005521102.tif 000024
【図１３Ｂ】
2005521102.tif 000025
【図１４Ａ】
2005521102.tif 000026
【図１４Ｂ】
2005521102.tif 000027
【図１５】
2005521102.tif 000028
【図１６Ａ】
2005521102.tif 000029
【図１６Ｂ】
2005521102.tif 000030
【図１６Ｃ】
2005521102.tif 000031
【図１７Ａ】
2005521102.tif 000032
【図１７Ｂ】
2005521102.tif 000033
【図１８】
2005521102.tif 000034
【図１９】
2005521102.tif 000035
【図２０】
2005521102.tif 000036
【図２１】
2005521102.tif 000037
【図２２】
2005521102.tif 000038
【図２３】
2005521102.tif 000039
【図２４】
2005521102.tif 000040
【図２５】
2005521102.tif 000041
【図２６】
2005521102.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月19日(2004.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶バルク層と、
ドーパント表面と呼ばれる少なくとも１つの表面に恒久的に付着する結果、バルク層中に不均一に分布し、それによって前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積内に１つ又は複数の液晶特性の局部変化をもたらすドーパントと、
を含む液晶デバイスであって、
前記ドーパントは液晶バルク層に可溶である液晶デバイス。
【請求項２】
液晶特性の前記局部変化が、前記サブ体積内の電場応答の局部変化を、バルク層の残りの電場応答に対してもたらすものである請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ドーパントがアキラルである請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記液晶特性が、誘電異方性、曲げ誘電特性、スカラー秩序パラメーター、及び粘度の１つ又は複数である請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
１つ又は複数のキラリティ関連特性の局部変化も、前記バルク層の前記サブ体積内にもたらされる請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
バルク層全体に印加した電場（Ｅ）に対する前記サブ体積内でのバルク層の応答が、誘電性、曲げ誘電性、常誘電性、強誘電性、反強誘電性の１つ、又はその任意の組み合わせである請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記液晶バルク層をその間に拘束する２つの基板をさらに含み、前記ドーパント表面が前記基板の一方の上に位置している請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ドーパント表面が前記バルク層の内部に位置する請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ドーパントが感光性分子を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ドーパントがポリマー材料、オリゴマー材料、及びモノマー材料の少なくとも１つから製造される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記ドーパントが有機材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ドーパントが液晶の特性を示さない材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ドーパントが液晶の特性を示す材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ドーパントが前記表面に化学的に付着する請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ドーパント表面に好ましい分子配向をもたらすように配置された、別の整列層をさらに含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記別の整列層が非動的整列層である請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ドーパントを前記非動的整列層に化学的に付着させる請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記バルク層がバルク層の第１の側に配置された前記ドーパント表面と、前記バルク層の反対側に配置された非動的表面整列層の間に拘束される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
第１ドーパント表面と呼ばれる第１の前記ドーパント表面に加えて、やはりドーパントを恒久的に付着した第２ドーパント表面をさらに含み、前記バルク層が前記第１と第２のドーパント表面の間に拘束される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記液晶バルク層をその間に拘束する２つの基板をさらに含み、前記第１ドーパント表面が前記基板の一方に位置し、前記第２ドーパント表面が前記基板の他方に位置する請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
各ドーパント表面の前記ドーパントが、前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積内に１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起しており、前記誘起された各局部変化が実質上前記サブ体積内で等しい請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
各ドーパント表面の前記ドーパントが、前記ドーパント表面に隣接するバルク層のサブ体積内に１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起しており、前記誘起された各局部変化が前記サブ体積内で異なる請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記第１ドーパント表面及び第２ドーパント表面が反対の符号（Δε1≧０及びΔε2≦０）の誘電異方性を誘起している請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第１ドーパント表面及び第２ドーパント表面が反対の符号（Ｐflexo1≧０及びＰflexo2≦０）の曲げ誘電分極を誘起する請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記バルク層内のダイレクターの方向切替を光学的な可視効果へ変換するように配置された手段をさらに含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項２６】
ドーパントを液晶バルク層中に恒久的に不均一に分散させるステップを含み、前記ドーパントが前記液晶バルク層に可溶である液晶デバイスを製造する方法。
【請求項２７】
前記ドーパントがアキラルである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記不均一な分布を維持するために、ドーパント表面と呼ばれる少なくとも１つの表面に前記ドーパントを恒久的に付着させるステップを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記ドーパントを、前記バルク層の境界を画定する少なくとも１つの表面に恒久的に付着させる請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記ドーパントを、前記バルク層の内側に位置する少なくとも１つの表面に恒久的に付着させる請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記ドーパントが前記ドーパント表面に隣接する前記バルク層のサブ体積内の１つ又は複数の液晶特性の局部変化を誘起するように、前記バルク層中の材料及びドーパントが選択される請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記ドーパントが少なくとも１つの拘束基板の内表面上に堆積される請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記ドーパントが２つの拘束基板の内表面上に堆積される請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記ドーパントの表面が基板表面をドーパント材料で被覆することによって製造される請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
非動的整列層を内側に配置した拘束基板を提供するステップをさらに含み、前記ドーパント表面が整列層をドーパント材料で被覆することによって製造される請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記ドーパント材料を非動的整列層へ化学的に付着させることを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ドーパント表面の重合を行うために、ＵＶ光などの光を当てるステップを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記ドーパント表面の重合を行うために、温度変化を加えるステップを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記ドーパントを提供するために、
表面を重合性で感光性のドーパント材料で被覆すること、
前記ドーパント材料を露光することによって、前記ドーパント材料内の分子を好ましい方向に整列させること、
このようにして整列したドーパント材料を重合させ、ドーパント表面層を形成することの各サブステップを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項４０】
光反応性ドーパントモノマーを前記液晶バルク層中に溶解するステップ、及び
溶解した光反応性モノマーを前記バルク層中の１つ又は複数の面内で光活性化することにより、１つ又は複数のドーパント表面を形成するステップ
を含む、液晶バルク層中に１つ又は複数のドーパント表面を製造する方法。
【請求項４１】
液相バルク層の少なくとも１つのサブ領域中で電場応答特性の局部増加を誘起させるために、前記バルク層に可溶なドーパントで前記バルク層をドープするステップと、前記サブ領域を介して前記バルク層を間接的に制御するために電場（Ｅ）を印加するステップとを含む、液晶バルク層を制御する方法。
【請求項４２】
少なくともサブ領域に印加した電場によってバルク層を制御するために、ドープした結果として電場応答性の増加を示す、液晶バルク層のドープしたサブ領域の使用。
【国際調査報告】
2005521102.tif 000043
2005521102.tif 000044
2005521102.tif 000045