(57)【要約】      （修正有）【課題】配向構造の形状に影響されない双安定ネマチック液晶デバイスとその製造方法を提供する。【解決手段】双安定液晶デバイスを製造する方法は、最初に、光重合可能なポリマー前駆物質を溶解しているネマチック液晶材料の層４を取り囲む、第１及び第２の間隔を置いて向かい合ったセル壁１からセルを形成することを含む。液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加するための電極２が、少なくとも１つのセル壁上に設けられる。少なくとも第１のセル壁の内側表面には、格子状配向構造３が設けられ、セルは適当な光で照射されて、第１のセル壁を介してポリマー前駆物質の光重合が行われる。これにより、重合は第１のセル壁の近傍で生じ、生成された高分子材料は第１のセル壁上の格子状配向構造上にコーティングとして堆積される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
双安定液晶デバイスを製造する方法であって、光重合可能なポリマー前駆物質が溶解されたネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１及び第２の間隔を置いて向かい合ったセル壁からセルを最初に形成し、その場合に
前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加するための電極が、少なくとも１つのセル壁上に設けられ、また
少なくとも前記第１のセル壁の内側表面に格子状配向構造が設けられ、
次いで前記第１のセル壁を介して前記セルに適当な光を照射して前記ポリマー前駆物質の光重合を行い、重合を前記第１のセル壁の近傍で生じさせ、生成された高分子材料が前記第１のセル壁上の前記格子状配向構造上にコーティングとして堆積されるようにすることからなる方法。
【請求項２】
前記照射の実質的に全てが前記第１のセル壁を介して前記セル内に差し向けられ、前記第２のセル壁は通らない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高分子材料が、前記デバイスの動作温度範囲においてガラス状又は結晶性のポリマーである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記高分子材料が、前記格子状配向構造の材料と化学的に異なる、請求項１から３のいずれか１に記載の方法。
【請求項５】
前記液晶材料の照射が、ネマチック相から等方相への転移よりも高い温度で行われる、請求項１から４のいずれか１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のセル壁の内側表面に、前記第１のセル壁上の格子状配向構造と同一又は類似の格子状配向構造が設けられる、請求項１から５のいずれか１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１に記載の方法によって得られる双安定液晶デバイスであって、
ネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１のセル壁及び第２のセル壁と、
前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加すべく少なくとも１つのセル壁上にある電極と、
前記第１のセル壁の内側表面上にある格子状配向構造と、
前記格子状配向構造上にある高分子材料のコーティングであって、前記高分子材料が前記液晶材料と接触し、前記液晶材料に実質的に不溶であるコーティングとを含み、
これらの配列が、適当な電気信号が前記電極に加えられた後に前記ネマチック層内に２つの安定した分子構造が存在し得るように行われている、デバイス。
【請求項８】
前記高分子材料が、前記格子状配向構造の材料と化学的に異なる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２のセル壁の内側表面に、前記第１のセル壁上の格子状配向構造と類似又は同一の格子状配向構造が設けられるが、前記高分子コーティングは存在しない、請求項７又は８に記載のデバイス。
【請求項１０】
ネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１のセル壁及び第２のセル壁と、
前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加すべく両方のセル壁上にある電極と、
両方のセル壁の内側表面上に形成された実質的に同一の格子状配向構造と、及び
前記第１のセル壁の前記格子状配向構造上にはあるが、前記第２のセル壁の前記格子状配向構造上にはない、前記液晶材料と接触する高分子材料のコーティングとを含み、
これらの配列が、適当な電気信号が前記電極に加えられた後に前記ネマチック層内に２つの安定した分子構造が存在し得るように行われている、双安定液晶ディスプレイデバイス。
【請求項１１】
前記高分子材料が、前記デバイスの動作温度範囲においてガラス状又は結晶性の材料である、請求項７から１０のいずれか１に記載のデバイス。
【請求項１２】
ネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１のセル壁及び第２のセル壁と、
前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加すべく両方のセル壁上にある電極と、
前記第１のセル壁の内側表面上に形成された格子状配向構造と、及び
前記第１のセル壁の前記配向構造上にあり、前記液晶材料と接触する高分子材料のコーティングとを含み、前記高分子材料が前記デバイスの動作温度範囲においてガラス状又は結晶性であり、
これらの配列が、適当な電気信号が前記電極に加えられた後に前記ネマチック層内に２つの安定した分子構造が存在し得るように行われている、双安定液晶ディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記高分子コーティングが前記液晶材料に実質的に不溶である、請求項７から１２のいずれか１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記高分子材料が約３０°より高いガラス転移温度を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記格子状配向構造が１μｍ未満の深さを有する、請求項７から１４のいずれか１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記格子の深さが１００から６００ｎｍの範囲内にある、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
双安定液晶デバイスを製造する方法であって、光重合可能なポリマー前駆物質が溶解されたネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１及び第２の間隔を置いて向かい合ったセル壁からセルを最初に形成し、その場合に
前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加するための電極が、両方のセル壁上に設けられ、また
前記セル壁の内側表面の各々に実質的に同一の格子状配向構造が設けられ、
次いで前記第１のセル壁を介して前記セルに適当な光を照射して前記第１のセル壁の近傍で前記ポリマー前駆物質の光重合を行い、生成された高分子材料が前記第１のセル壁上の前記格子状配向構造上にコーティングとして堆積されるようにし、
それにより非対称なデバイスを生成し、そこにおいて、適当な電気信号が前記電極に加えられた後に前記ネマチック層内に２つの安定した分子構造が存在し得るようにする方法。
【請求項１８】
前記高分子コーティングが前記液晶材料に実質的に不溶である、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記高分子材料が３０℃より高いガラス転移温度を有する、請求項１７又は１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記格子状配向構造が１μｍ未満の深さを有する、請求項１７から１９のいずれか１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、双安定ネマチック液晶デバイス及びその製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画素の双安定性は液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）にとって望ましい特性である。なぜならそれにより、ディスプレイを絶えずリフレッシュすることや、各画素の裏側にシリコンメモリデバイスを用いる必要性が排除されるからである。かかるデバイスは、画素の数が増えるとコストを著しく押し上げる。双安定性を有する場合、変更の必要がある画素のみをアドレス指定すればよく、簡単なマトリクスによるアドレス指定を用いることができる。
【０００３】
例えば、キラルスメクチックＣ材料のような、強誘電性を示すキラル傾斜スメクチック液晶を用いた双安定ＬＣＤが知られている。しかしながら、強誘電性ＬＣＤには、安定な室温用材料や、温度範囲の広い材料が存在しないこと、及び機械的応力に起因する構造的な欠陥といった、数多くの問題点がある。機械的応力による欠陥を低減するための試みが、Ｖ．  Ｖｏｒｆｌｕｓｅｖ及びＳ．  Ｋｕｍａｒ（Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｖｏｌ．  ２８３，  １９０３，  １９  Ｍａｒｃｈ  １９９９）によって記載されている。相分離複合フィルム（ＰＳＣＯＦ）技術と呼ばれるその方法では、液晶が光硬化可能なプレポリマーと混合され、セルに導入される。セルの１つの壁にはラビング処理されたポリビニルアルコール配向膜が設けられている。次いで、セルには配向膜を持たない壁を通して紫外線を照射され、相分離が行われる。相分離の結果として、紫外線源により近いセル壁上にある固化したポリマーのフィルムと、ポリマーフィルムと配向膜の間にある液晶フィルムとが生成される。薄い液晶フィルムを形成することができ、しかも多数のランダムな点でポリマーを液晶に隣接して基板と結合することにより、剛性及び強度が増大し、外部の機械的な変形の影響を受けにくくなると言われている。
【０００４】
強誘電性スメクチック材料には、材料に付随した問題点があるので、双安定ＬＣＤはネマチック液晶を用いて製造することが望ましい。
【０００５】
米国特許第４３３３７０８号は、安定した配列相互間でのスイッチングが電界に応答した転傾の動きにより行われる、多安定ネマチック液晶デバイスを開示する。
【０００６】
ＷＯ９１／１１７４７及びＷＯ９２／００５４６では、ＳｉＯコーティングの厚み及び蒸発を注意深く制御することにより、双安定表面を設けることが提案されている。ダイレクタの第１の安定したプレーナ配向が得られ、第２の安定した配向では、ダイレクタがその表面の平面内にある第１の配向に対して９０°の方位角（その表面の平面内において）にあり、約３０°ほど傾斜している。
【０００７】
Ｒ．  Ｎ．  Ｔｈｕｒｓｔｏｎ等の「Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  Ｂｉｓｔａｂｌｅ  Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｅｌｅｃ．  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｖｏｌ．  ＥＤ−２７，  Ｎｏ．  １１，  Ｎｏｖ．  １９８０）には、「垂直−水平」及び「水平−水平」と呼ばれる２つの双安定ネマチック液晶モードが記載されている。垂直−水平モードでは、両方のセル壁が約４５°の傾斜を与えるように処理され、それによりダイレクタは、デバイスの主面に対して垂直な平面内において、２つの状態の間で切り替わることができる。水平−水平モードでは、ダイレクタは、デバイスの主面に平行な平面内において、２つの角度の間で切り替わることができる。
【０００８】
単安定表面スイッチングを用いる双安定ネマチックディスプレイが、Ｉ．  Ｄｏｚｏｖ等（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ７０（９），  １１７９，  ３  Ｍａｒｃｈ  １９９７）によって提案されている。短い電気パルスを加えることにより、薄いセルにおいて、低いツイスト状態と高いツイスト状態との間でスイッチングが達成される。セル壁の表面は両方とも、平面方向のアンカリングを有する。両方のアンカリングの流体力学的結合を破壊する結果として高いツイスト状態になり、一方のアンカリングのみを破壊する結果として低いツイスト状態になる。
【０００９】
ネマチック液晶ポリマー混合物では、極性感応性のスイッチングが見いだされている。Ｒ．  Ｂａｒｔｏｌｉｎｏ等（Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ８５，  Ｎｏ．５，  ２８７０，  １  Ｍａｒｃｈ  １９９９）。液晶／プレポリマー混合物がセル内で重合され、そのセルにわたってポリマーをある濃度勾配で生成する。非対称の空間電荷分布によって、非対称な電気光学的挙動が生ずるものと考えられる。強い負電流によって散乱（明るい）状態が生成され、弱い正電流によってホメオトロピック（暗い）状態への移行が可能になる。
【００１０】
高分子材料はまた、ＬＣＤの表面特性を変更する用途を有することもわかっている。米国特許第５１５５６１０号及び第５２６２８８２号では、非反応性の液晶材料を含む異方性のゲル又はポリマーネットワークの表面層を基板上に設けることが提案されている。そのゲルは、液晶分子の傾斜した配向をもたらすことができる。表面層は液晶分子を含み、その分子の少なくとも一部の配向は、異方性ゲルにおいて不変に固定される。層の分子の傾斜の角度は、層が十分に厚い場合、基板との界面における最小値から液晶材料との界面における最大値まで、最大限に変化する。この層は、液晶材料との界面で所望の傾斜角度を生ずる厚みで適用される。
【００１１】
ＷＯ９９／１８４７４は、表面におけるアンカリングエネルギーを減少させるための潤滑剤として、オリゴマーや短鎖ポリマーを用いることを記載している。オリゴマー又は短鎖ポリマーは、液晶の存在時に実質的に非結晶状態であり、デバイスの動作温度範囲未満のガラス転移温度を有する。Ｏ．  Ｏｕ．  Ｒａｍｄａｎｅ等（Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ８４，  Ｎｏ．  １７，  ２４  Ａｐｒｉｌ  ２０００）は、同じような目的を果たすために、流動性の高いグラフト化されたポリイソプレン又はポリスチレンを用いることを記載している。
【００１２】
米国特許第５７９６４５９号は、複格子状配向構造を用いることを記載している。これは、異なる方位配列を有する双安定表面状態を生じさせる。ＷＯ９７／１４９９０及びＷＯ９９／３４２５１は、ホメオトロピック局部ダイレクタを有する単格子表面を用いることを記載している。これは、同じ方位平面において、異なる傾斜角を有する２つの安定した状態を有する。ホメオトロピック配向は、自発的なホメオトロピック配列を生じさせる材料層内に単格子を形成すること、即ちより具体的には、格子表面を、レシチンのようなホメオトロピック誘導配向剤でコーティングすることにより達成される。この格子表面は、頂部（Ｚｅｎｉｔｈａｌ）双安定デバイス即ちＺＢＤを形成するために用いられる。ＷＯ０１／４０８５３は、一次変調部と二次変調部とを有する配向膜を用いることを記載する。一次変調部は複数の小さな配向領域から形成され、この配向領域は各々、輪郭付けられた表面とホメオトロピック表面とを有し、双安定性のプレチルト配向と液晶分子に対する配向方向と両方を与える。二次変調部は、小さな配向領域の間隔及び／又は表面配向方向によって形成される。
【００１３】
双安定ネマチックデバイスがＥＰ１１３９１５１に記載されており、そこでは１つのセル壁に、ある形状及び／又は向きを有する直立した構造のアレイが設けられ、局部ダイレクタが実質的に同じ方位方向において、２つの異なる傾斜角を取るようにされる。この構成は、適当な電気信号が印加された後に、２つの安定した分子構成が存在可能となるようにされている。こうした構造は通常、微小なポストであり、ポスト配向（Ｐｏｓｔ−Ａｌｉｇｎｅｄ）双安定ネマチックデバイス即ちＰＡＢＮデバイスを形成するために用いられる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ＺＢＤデバイス又はＰＡＢＮデバイスの格子又はポストからなる配向構造の深さは約１μｍであり、深さ／幅の比は約０．６である。この深さの格子は大量生産工程によって再現するのがかなり難しいので、より浅い格子を用いたネマチックデバイスで双安定スイッチングを達成することが望ましい。
【００１５】
従来技術の格子又はポスト配向デバイスのスイッチング電圧は約１０から６０Ｖの範囲にあり、スイッチング速度は５０μｓから５０ｍｓの範囲にある。こうした速度は配向構造の形状を変更することにより最適化可能であるが、それはまた光学的な効果を好ましくなく変化させうる。従ってまた、配向構造の形状に影響を受けにくいデバイスが望まれる。双安定デバイスの最終的な状態を確実に選択するには、デバイスに何らかの固有の非対称性が必要とされる。従来技術のデバイスは、一方の側にのみ格子を有するか、両側に異なる格子を有するかのいずれかである。
【００１６】
本発明は、改良された双安定ネマチックデバイスと、その製造方法を提供することを課題としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面によれば、双安定液晶デバイスを製造する方法が提供される。その方法は、光重合可能なポリマー前駆物質が溶解されたネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１及び第２の間隔を置いて向かい合ったセル壁からセルを最初に形成し、その場合に、前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加するための電極が、少なくとも１つのセル壁上に設けられ、また少なくとも前記第１のセル壁の内側表面に格子状配向構造が設けられ、次いで前記第１のセル壁を介して前記セルに適当な光を照射して前記ポリマー前駆物質の光重合を行い、重合を前記第１のセル壁の近傍で生じさせ、生成された高分子材料が前記第１のセル壁上の前記格子状配向構造上にコーティングとして堆積されるようにすることからなる。
【００１８】
本発明者は驚くべきことに、一方のセル壁の格子状配向構造上にそのような高分子材料を設け、他方には設けないことにより、両方のセル壁上の配向構造が同じであっても、セルを双安定とし得ることを見いだした。また驚くべきことに本発明者は、比較的薄い配向構造と比較的厚い高分子コーティングの場合であっても、配向効果が保持されることを見いだした。このデバイスは、より浅い格子（約１μｍ未満）でも良好に動作し、また従来のディスプレイよりも格子構造の形状の影響を受けにくい。格子の深さは１００から６００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００１９】
「格子状配向構造」という用語は本明細書において、ＷＯ９７／１４９９０及びＷＯ９９／３４２５１に記載されたような単格子や複格子をも含む、従来の格子を参照するものとして用いられている。またこの用語は、ＥＰ１１３９１５１に記載されたような表面微細構造や、適当な媒体内の穴のような、液晶と接触した際に液晶に所望の配向を与える他の構造を参照するためにも用いられる。通常、格子状配向構造は、フォトリソグラフィやエンボス加工によって製造される。しかしながら、例えばマスクを介してのエキシマレーザによる融除、キャリア層からの転写、又は注型のような他の技術を用いて格子を形成することもできる。格子構造は通常、１００ｎｍから１０μｍの範囲のピッチと、５０ｎｍから５μｍの範囲の高さ又は深さを有する。
【００２０】
格子状配向構造の性質に基づいて、デバイスは多数の双安定モードで動作することができる。例えば、デバイスはＺＢＤモード又はＰＡＢＮモードにおいて動作することができ、又は米国特許第６３２７０１７号に記載されたような双安定モードで動作することができる。
【００２１】
高分子コーティングは、デバイスの動作温度、特に室温において結晶性又はガラス状であることが好ましい。しかしながらコーティングは、より軟らかな材料、例えばゲル、ゾル、又は膨潤網状構造として格子上に設けることもできる。融点又はガラス転移温度が２５℃より高く、特に３０℃よりも高いことが好ましい。融点又はガラス転移温度が５０℃より高いことが特に好ましい。
【００２２】
格子に対する主な要件は、それが液晶分子に良好な配向を与えることである。通常、格子の深さは５０から１０００ｎｍの範囲にある。他方の表面には、任意の所望の配向、例えばホメオトロピック配向又はプレーナ配向を与えることができる。他方の表面の配向がプレーナ配向又は傾斜したプレーナ配向である場合、製造後のセルの構成はねじれ（両側の配向方向が互いに垂直である）、又は平行（配向方向が平行）とすることができる。
【００２３】
セルを充填した後、適当な波長の光（例えば紫外光）が格子構造を有する一方の側を介して照射され、ポリマー前駆物質の重合が行われる。ネマチック液晶が正の誘電異方性を有することが特に好ましい。その混合物は、紫外線に暴露する前に、等方相転移温度より高い温度に加熱してもよい。代替的には、液晶がネマチック相にある状態で、任意には適当な電界によってネマチックに配向された状態で、混合物を紫外線に暴露することができる。
【００２４】
重合プロセスは紫外線源に最も近い表面上に局在化される。光の吸収は、Ｉ＝Ｉ０ｅ−αｘで記述することができ、ここでＩ０＝紫外線の強度、α＝光吸収係数、ｘ＝吸収の距離である。ＵＶα＝１０４の場合に、光が主に最初の１μｍまでで吸収されるものとすると、強い重合は表面からこの距離内でのみ行われると仮定することができる。薄いポリマー層が異方性配向膜上に形成され、格子構造の配向能力は保持される。このことは、ポリマーネットワークの薄い層が配向構造の形状に従い、ただその構造をより滑らかにしうることを意味している。一方の配向表面をコーティングすることにより、セルに非対称な状態が与えられる。特にポリマー層は、セルの容積内にある液晶よりも高い抵抗率を有している。このことは、印加される電界がポリマーネットワーク層の領域に集中し、印加電圧がより小さい場合でも、表面に対する液晶分子のアンカリングを破壊しやすくなることを意味している。またこれにより、スイッチング過程を制御し、スイッチされた状態を選択することが可能になる。
【００２５】
ポリマーコーティングは、格子を介しての光の作用によって形成されるので、生成されたコーティングは固有の性質を有することが予想される。格子による回折によって、不均一な光学的電界効果と不均一なコーティング輪郭形状がもたらされる場合がある。この不均一性は、格子の溝内、又は格子の微細構造の縁部で最初に生ずる相分離によって増大されうる。
【００２６】
当初はねじれているセルに対して、硬化層を備えた表面上のアンカリングを破壊するのに十分な電圧が印加される。しかしその電圧は、他方の表面において破壊を生ずるのに必要とされる電圧よりも低い。電気パルスがスイッチオフされると、アンカリングがより強い側に近い分子はまず、表面上での初期状態に向けて緩和し始める。２つのプレート間の弾性的な結合に起因して、強いアンカリングを有するプレートからの配向は、セルを通じて急速に広がり、セルがねじれた状態で再配向されるのを防ぐ。こうして、セルは第２の、ねじれていない状態にスイッチされる。例えばポストによって可能であるように、格子表面が傾斜状態を生じる場合には、その効果は増幅され、スイッチングはさらに促進される。遅い立ち下がりエッジを有する印加パルスは、デバイスを逆方向にスイッチする。この場合、この電圧は緩和過程を制御し、分子は両方の基板上で初期方向に沿って配列され、それによって初期のねじれ状態が再現される。
【００２７】
基板の内側表面の各々に同じ配向構造を有するセルから、非対称なセルが生成されるのを確実にするためには、高分子材料がコーティングとして、セル壁の実質的に片方のみに残存することが望ましい。従って、本発明の別の側面では、ネマチック液晶材料の層を取り囲む、第１のセル壁及び第２のセル壁と、前記液晶材料の少なくとも幾らかに電界を印加すべく両方のセル壁上にある電極と、両方のセル壁の内側表面上に形成された実質的に同一の格子状配向構造と、及び前記第１のセル壁の前記格子状配向構造上にはあるが、前記第２のセル壁の前記格子状配向構造上にはない、前記液晶材料と接触する高分子材料のコーティングとを含み、これらの配列が、適当な電気信号が前記電極に加えられた後に前記ネマチック層内に２つの安定した分子構造が存在し得るように行われている、双安定液晶デバイスが提供される。
【００２８】
このデバイスを製造する実用的な方法は、上記のように、液晶材料に溶解された適当なモノマーを現場で光重合することによる。重合された材料は液晶に不溶であり、差し向けられた紫外線が通過したセル壁の内側表面上に堆積される。
【００２９】
以下では本発明を、例示のみの目的で、添付図面を参照しながらさらに説明する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１のディスプレイセルは、間隔を置いて向かい合ったガラス又はプラスチックのプレート基板１を含み、これらの各々には、内側表面上に透明電極パターン２が設けられている。電極２の上側で、内側表面の各々には配向格子層３が設けられる。格子層３はピッチ５及び深さ６を有する。ネマチック液晶材料４の層が、基板１の間に狭まれており、その中には光硬化可能なモノマーが溶解されている。基板１の一方のみを通して紫外線を照射してモノマーを硬化させることにより、ポリマーコーティングがその基板上の配向構造２上に形成される。重合後に、セルは対称なセルから非対称なセルに変化する。
【００３１】
実験的に、本発明者は、２００、４００、及び１０００ｎｍの深さを有する単格子及びポストアレイを用いた。セルの厚みは、基板間のセルの境界上にボールスペーサを置き、光硬化接着剤を用いて２から５μｍで変化させた。セルは、Ｅ７又はＺＬＩ２２９３（いずれもＭｅｒｃｋ製）のような正の誘電異方性を有する液晶に、少量の光開始剤を含む１から１０％の範囲の量の光重合可能なモノマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  ＳＲ３４９）を添加したもので充填した。ＳＲ３４９の構造は、Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ８５  Ｎｏ．５，２８７０，  １  Ｍａｒｃｈ  １９９９に示されている。セルは、液晶混合物が等方相となるまで加熱し（７０から１００℃）、その後紫外線で、格子を有する一方の側から最長１０分間照射した。重合を行うために必要とされる時間は、紫外線ランプの電力、前駆物質の反応性、及び基板の性質といった要因に依存する。本発明者は、通常、硬化を行うのに１から５分間の照射で十分であることを見いだした。光硬化の前後に、セルの光学組織を偏光顕微鏡を用いて、交差した偏光子の間で観察した。電気パルス（１から５０ｍｓ、０から１００Ｖ）をセルに印加した。光硬化前は、セルの挙動は印加パルスの符号とは無関係であった。何れの極性の場合にも、本発明者は初期の光学組織からのスイッチングを観察したが、戻りは観察されなかった。スイッチング後の光学組織は、多数の輝度欠陥を有していた。光硬化後のセルは、電圧の極性及び振幅に対して高い応答性を有する双安定スイッチングを示した。スイッチング後に形成される光学組織は一様であり、非常に明るい。図３ａ及び図３ｂは、ガラス基板とフォトリソグラフィにより形成された格子を有し、本発明により現場で表面重合された場合のセルの、２つの安定した光学組織を示している。図３ａでは、液晶は平坦な光学組織を有し、図３ｂではねじれた光学組織を有する。この液晶は、１ｍｓの持続時間と６０Ｖの振幅を有する正及び負のパルスを加えることにより、これらの光学組織の間でスイッチされる。このセルは３μｍ厚であり、格子の深さは１μｍである。本発明者は、両方の壁に同一の格子構造を有するセルが、一方の壁のみを通して紫外線に暴露した後に、特性が非対称となることを見いだした。
【００３２】
図４ａ及び図４ｂは、エンボス加工された格子を有するポリマー基板を備えた１０μｍ厚のツイストセルにおける、２つの電気的に制御された安定状態を示す。その光学組織は図４ａではねじれており、図４ｂでは平坦である。これらの状態は、持続時間が０．５ｍｓで振幅が１３５Ｖの、正及び負のパルスを加えることにより選択される。
【００３３】
ここで図５を参照すると、種々のセル（光硬化後）について、スイッチングの閾値電圧に対する格子の深さがプロットされている。閾値は深さとともに大きく減少し、アンカリング強度が格子の深さに大きく依存することが示唆されている。
【００３４】
これらのセルは全て、その上に単格子を有するＩＴＯコーティングガラスを用いて形成された。各表面上の単格子は同じ構造を有していたが、先に記載したようにして、一方の格子表面上に高分子コーティングが、光重合によって現場で選択的に堆積された。液晶は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ  ＳＲ３４９光重合可能モノマーを４％含むＥ７であった。セル間隔は２μｍ径のボールによって設定された。グラフ上の点１は、３０から４０ｎｍの深さの単格子（格子は１０％のＳｈｉｐｌｅｙ  Ｓ１８１３フォトレジストを用いて形成された）の場合の結果を示す。点２は２００ｎｍの深さの単格子（４０％  Ｓ１８１３）の場合の結果を示し、点３は１０００ｎｍの深さの単格子（８５％  Ｓ１８１３）の場合の結果を示す。反平行及びツイストセル配列の両方の場合にも、同じようなスイッチング閾値が見いだされた。
【００３５】
光重合後、照射された紫外線が通過した表面上の格子は、高分子コーティングでコーティングされたが、反対側の表面は実質的に変更されない。図６及び図７に示される顕微鏡写真は、光重合後の両側のセル表面のＳＥＭである。ＳＥＭを撮影する前に、これらのセルは開放され、アセトンで洗浄された。１０００ｎｍのピッチと５００ｎｍの深さの単格子を有するツイストセルについて、図６ａは暴露されていない基板を示し、図６ｂは暴露された基板を示す。液晶は、４％のＳＲ３４９を含むＥ７であり、セル厚は２μｍである。図７ａ及び図７ｂは類似のセルのものであるが、より高い倍率で示す。硬化したＳＲ３４９は、室温でガラス状の固体であり、約６７℃のガラス転移温度を有する。この高分子コーティングは液晶材料に実質的に不溶であり、従って他方のセル壁に移動することはない。
【００３６】
明確化のために個々の実施形態に即して記載された本発明のある種の特徴は、単一の実施形態において組み合わせても提供されうることが理解されよう。また逆に、簡単化のために単一の実施形態に即して記載した本発明の種々の特徴が、個別に、又は任意の適当な組み合わせで提供される場合もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディスプレイデバイスを製造するのに用いられる液晶セルの概略図である。
【図２】図１の格子の輪郭形状の詳細図である。
【図３】本発明の１つの側面によるディスプレイデバイスの２つの異なる双安定状態を示す顕微鏡写真である。
【図４】本発明の１つの側面によるディスプレイデバイスの２つの異なる双安定状態を示す顕微鏡写真である。
【図５】光硬化後の種々のセル及び格子についてのスイッチング閾値のグラフである。
【図６】本発明によるデバイスの格子構造のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図７】本発明によるデバイスの格子構造のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  セル壁
２  電極
３  格子状配向構造
４  ネマチック液晶材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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