双安定ネマチック液晶表示装置
【課題】双安定性を綿密に制御することを、より正確でかつ簡単に行うことができる双安定ネマチック液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一対の基板１１，１７と、前記一対の基板１１，１７間に配置された液晶層２２と、この液晶層２２と前記一対の基板１１，１７の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、この液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用い、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用い、かつ二組の面内スイッチング（ＩＰＳあるいはＦＦＳ）電極構造を有する。
【解決手段】一対の基板１１，１７と、前記一対の基板１１，１７間に配置された液晶層２２と、この液晶層２２と前記一対の基板１１，１７の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、この液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用い、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用い、かつ二組の面内スイッチング（ＩＰＳあるいはＦＦＳ）電極構造を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双安定ネマチック液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）の新しい用途を開拓するための画素表示の双安定性に関する研究は、電力消費の少ない小型表示装置の需要の高まりに後押しされて、近年多くの論文や報告書に絶えず見られるようになっている。無電界状態で二つの安定状態を有する双安定性を適用することで、高精細化を促進することができると共に、本質的な低電力消費化を図ることができる。このため、１９８０年代初期に双安定コレステリック表示装置、表面安定型強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）表示装置並びに双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）表示装置が提案されて以来、表面アンカリング・ブレーキングと双安定表面アンカリング又はフレクソエレクトリック結合を使用した新種の双安定表示装置が開発され、それらのメリットが具体化された。双安定コレステリック表示装置は、組成の秩序−無秩序転移を利用している。秩序状態の平面配向は、ブラッグ反射によって円偏光の内の一つを強く反射する。無秩序状態のフォーカルコニック配向は、線欠陥によって分離された小領域から成り、光を反射せずに透過し、黒い背板での吸光による暗状態を呈する。この双安定装置は、偏光子とカラーフィルターを必要としない。特に、双安定性が分散されたポリマー鎖によって安定化されると、その双安定性も十分に良好なものとなる。しかし、この装置の光学特性は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）−ＬＣＤのような高品質表示装置と比較すると劣る。おそらく、最もよく研究された双安定ＬＣＤ技術は、ＳＳＦＬＣである。この表示装置は、二つの局所安定構造状態を示し、それら両状態で光軸はセル面内にあり、ビデオ・レートの画素書き換えができるように状態間の高速スイッチングを可能にしている。しかし、この表示装置の衝撃に対する安定性は極めて弱く、外部から小さな圧力が加わるだけでデリケートなスメクティックの階層構造が壊れたり又は表示画像が壊れたりする。ＢＴＮは、大きな反平行のプレチルトを有する強力な単安定アンカリングを採用している。双安定状態はトポロジー的に等価であり、表面アンカリングブレーキングをおこさずに連続してこれらの状態間をスイッチングできる。このような装置は、優れたコントラストと視野角と速いスイッチング速度を有している。しかし、ＢＴＮの主な欠点は、多くの欠陥ラインが動き易いために安定時間が短く且つ双安定なグレイスケールを達成且つ制御するのが難しい点である。近年このような問題に対処するために、ＺＢＤ（zenithal bistable display）、デュラン等によって提案されたフレクソエレクトリック結合を有する表面ネマチック双安定表示装置、表面制御された双安定ネマチック（ＢｉＮｅｍ）表示装置などの新しい双安定ネマチック表示装置が研究されてきた。これら双安定表示装置の大部分は、表面分極を使用した直流（ＤＣ）駆動又は特別なパルス形状を使用した交流（ＡＣ）駆動による垂直電界スイッチングによって動作するものである（例えば、下記特許文献１，２）。ただし、より簡単な電極構造を有し、面内電界スイッチングする横山研究グループで実施された表面パターン付き双安定表示装置は除外する。ところで、ＬＣセルを駆動するために極性フレクソエレクトリック結合が方位角的に双安定な表面アンカリングを採用している装置で使用されているが、実際にはＤＣ駆動がＬＣセルの寿命を短くするために、垂直スイッチングによって二つの安定状態を永久的且つ完全に制御することは非常に難しい。ＬＣの面外スイッチングも、面内スイッチングよりも狭い視野角を持つ。方位角でＬＣの双安定性を得るために表面に溝を設けた形状を造る最も一般的な方法として、斜めに蒸着させたＳｉＯが使用されてきた。しかし、この方法では、表面の溝のピッチと高さに関して、また大きな寸法のパネルにおける一様性に関して、正確なアンカリング制御を再現性良く行うことができない。横山研究グループは、前記問題を克服するために、面内スイッチングを有しマイクロパターン化された表面配向を使用した双安定又は三安定ネマチック液晶装置を開発した。
【特許文献１】特表平１１−５１３８０９号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ ０２／０６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した双安定又は三安定ネマチック液晶装置は、二つの互いに直交した表面領域の相互作用から発生する大きな捩じれによって、原子間力顕微鏡技術（ＡＦＭ）によって表面処理するために、コントラストも低く、非常に長い時間を要するので、大量生産には適していない。その電極構造も実際の適用には適していない。
【０００４】
以上のように、今日、双安定性を綿密に制御するためのより正確でより簡単な方法がＬＣＤ業界で強く要求されている。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、双安定性を綿密に制御することを、より正確でかつ簡単に行うことができる双安定ネマチック液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
より具体的には、簡単な一工程のナノインプリント処理によって作製することのできる、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）に基づいた新しい双安定ネマチック表示装置を提供する。また、優れたコントラストを提供すると共に産業上容易に利用できる簡略化された電極構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕双安定ネマチック液晶表示装置であって、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、この液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用い、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用いることを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記双安定性は面内（又は方位角による）双安定性として実現されている。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕に記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶配向層の少なくとも一方は、液晶配向方向として二つ以上の方位角の異なる容易軸を有する。
【００１０】
〔４〕上記〔３〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角の異なる容易軸の組合わせは、ナノインプリント・リソグラフィ技術（例えば、溝といった表面トポグラフィ）によって発生した容易軸の組合わせか、又はナノインプリント・リソグラフィ技術によって発生した前記容易軸とラビング処理、ＳｉＯx蒸着物、レーザ・リソグラフィ、フォトリソグラフィ、光配向又はイオンビーム配向のいずれかで発生した容易軸との組合わせである。
【００１１】
〔５〕上記〔４〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角が異なる容易軸のアンカリング強度は、同じ程度である。
【００１２】
〔６〕上記〔５〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、同じ程度のアンカリング強度を有する方位角の異なる容易軸は、ナノインプリント・リソグラフィ技術によって異なった方向に対して溝のピッチと高さを制御することで発生する。
【００１３】
〔７〕上記〔６〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型による一工程のナノインプリント・リソグラフィ技術によって生成される方位角が直交した二つの溝から二つの競合するアンカリング強度を有する格子状パターンが用いられる。
【００１４】
〔８〕上記〔６〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、線状のパターンのインプリントを行う二工程が使用されている。
【００１５】
〔９〕上記〔６〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型によるナノインプリント・リソグラフィ技術とラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）による線状のパターンの組合わせを使用する。
【００１６】
〔１０〕上記〔７〕から〔９〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記溝のピッチ及び高さ（又は深さ）は、５０から１５００ｎｍ及び２０から１０００ｎｍとなっている。
【００１７】
〔１１〕上記〔７〕から〔１０〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、インプリント方法は、光ナノインプリントおよび熱ナノインプリントを含む。
【００１８】
〔１２〕上記〔７〕から〔１０〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、表面トポグラフィーを作成するインプリント条件は、配向膜用のインプリント装置と金型を使用して２５℃から３５０℃で０．２分から５分の間、３ＭＰａから１０ＭＰａの圧力を加える。
【００１９】
〔１３〕上記〔１〕から〔１０〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記ネマチック液晶のプレチルト角度は、双安定性を得るための二つの異方性アンカリングエネルギーによる二つの優先方向の内の少なくとも一方において、１°未満である。
【００２０】
〔１４〕上記〔１〕から〔１３〕のいずれか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態をスイッチングするため、上部基板及び下部基板に交差した櫛歯状電極からなる電極構造を有する。
【００２１】
〔１５〕上記〔１〕から〔１３〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態の電極構造を、二周波駆動のネマチック液晶材料と上部基板と下部基板の一方に配置された櫛歯状電極からなる電極構造を有する。
【００２２】
〔１６〕上記〔１４〕又は〔１５〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯｘなど）が使用される。
【００２３】
〔１７〕上記〔１〕から〔１６〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、暗状態は、二つの安定状態を有する下部層（又は上部層）の安定状態の液晶配向方向が、ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向又はナノインプリント・リソグラフィなど）によって単安定状態の上部層（又は下部層）の液晶配向方向に平行になるときに得られ、また明状態は、前記下部層（又は上部層）のもう一つの安定状態の液晶配向方向が前記上部層（又は下部層）の前記単安定状態の液晶配向方向と方位角が直交しているときに得られる。
【００２４】
〔１８〕上記〔１７〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶層のリタデーションｄ△ｎは、０．３≦ｄ△ｎ≦０．６となるように制御される。
【００２５】
〔１９〕上記〔１〕から〔１８〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、配向層の材料は、１０-7から１０-4Ｊ／ｍ2のアンカリング強度（係数）を有している。
【００２６】
〔２０〕上記〔１〕から〔１９〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、１μｍよりも大きく且つ深さ（又は高さ）が５０ｎｍ未満のピッチを有する金型がナノインプリント・リソグラフィに使用されている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、従来の双安定装置の垂直スイッチングとは異なり、面内スイッチングによって、光学補償膜をなんら使用せずに高いコントラスト比と広い視野角を有している。
【００２８】
より具体的には、この装置はネマチック液晶−基板表面の界面で方位角方向に双安定状態を有し、これにより二組の面内電界によって簡単に駆動される。双安定性を得るための表面は、ナノインプリント・リソグラフィに基づいて作製されるが、これは柔軟なフィルムによって基板上に所望の表面トポグラフィー（溝）を作成するのに利用される。その双安定性は、同じ程度のアンカリング強度を有すると共に互いに直交した方向の表面トポグラフィーに関連する二つの弾性エネルギー間の複合作用から生まれる。双安定性の方位角方向は、二つの直交した方向各々に対して溝のピッチと高さを調整することで制御される。この双安定表示装置は、高いコントラストと輝度などの良好な光学特性と、面内スイッチングを行うネマチック液晶モードと同様の広い視野角特性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の双安定ネマチック液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、この液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用いられているとともに、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用いる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３１】
ここで、方位角のネマチック双安定性を得て且つ制御するための、容易で簡単且つ基本的な構想を有するほぼ永久的に双安定なネマチック表示装置に関する発明を実験結果と共に説明する。
【００３２】
双安定な表面配向規制を正確に制御するために実験で使用した表面処理方法は、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）である。ＮＩＬは、表面の溝のピッチと高さを再現良く形成可能であるため全領域で一様なアンカリング条件を繰り返し作成することができ、また、このシステムでは一工程の処理で双安定性を得ることができる。
【００３３】
図１は本発明に係る方位角での表面ネマチック双安定性のための概略表面外形図である。方位角で互いに直交した状態の二つの競合する弾性アンカリングエネルギー強度を有するこの格子状パターンでは、ネマチック液晶−基板の界面にほぼ４回対称な対称性がある。
【００３４】
図１に示されているように、基板１上の格子状パターン２は、二つの異なる、より正確には９０°の差を有するＬＣ配向規制間に表面複合作用を有している。ＮＩＬによって同時に作成された二つの配向方向のうちの一方は、ｘ軸と一致しており、残りはｙ軸と一致している。φはネマチックＬＣの方向である。互いに直交した配向を有するこの方位角システムでは、表面トポグラフィに関係した弾性エネルギーが、同じ程度のアンカリング強度を有する二つの異方性配向規制間の複合作用を一意的に決定すると想定される。その場合、このシステムにおける全表面の自由エネルギー密度は、次の等式によって与えられる。
【００３５】
ｆt ＝ｆx ＋ｆy ＋ｆs …（１）
ここで、ｘ軸沿いの溝３によって生じるＬＣの単位面積当りの自由エネルギーｆx は、次の等式によって与えられる。
【００３６】
ｆx ＝（１／２）ｗx ｓｉｎ2 φ …（２）
但し、ｗx はｘ方向のアンカリング強度である。また、ｙ軸沿いの溝４によって生じるＬＣの単位面積当りの自由エネルギーｆy は、次の等式によって与えられる。
【００３７】
ｆy ＝（１／２）ｗy ｓｉｎ2 φ …（３）
但し、ｗy はｙ方向のアンカリング強度である。直接的に固体基板の影響を受ける配向層の表面エネルギーへの弾性寄与に関連したｆs は、次の等式によって与えられる。
【００３８】
ｆs ＝（１／８）ａｓｉｎ2 ２φ …（４）
上記した等式（２）及び（３）におけるｗは、Ｂｅｒｒｅｍａｎの式によって具体化され、また、上記した等式（４）における係数は、符号が反対になっている。上記した等式（１）は最終的に次のように書き替えることができる。
【００３９】
ｆt ＝（１／２）ｗt ｓｉｎ2 φ＋（１／８）ａｓｉｎ2 ２φ …（５）
但し、ｗt ＝ｗx −ｗy
ＬＣダイレクタの方位角φについて等式（５）を最小化することによって、このシステムの表面における方位角上安定したダイレクタ状態を表すことができる。その結果は、次のように得られた。
【００４０】
（ｄｆt ／ｄφ）
＝（１／２）ｗt ｓｉｎ２φ＋（１／２）ａｃｏｓ２φｓｉｎ２φ＝０ …（６）
上記等式（６）では、｜ｗt ｜＞ａの場合、ネマチックＬＣダイレクタは、φ＝０又はφ＝π／２で安定されるが、このことは、ＬＣが単安定状態でｘ軸又はｙ軸に沿って配向されていることを意味している。｜ｗt ｜＜ａの場合、解はｃｏｓ２φ＝ｗt ／ａであり、このことはネマチックＬＣの方向が、方位角が直交している同じ程度の二つのアンカリング強度間で双安定した相互のアンカリング複合作用によって決められることを意味している。この条件では常に二つの解が存在しており、一方の解がφ＝ψであれば、他方はφ＝π−ψとなる。例えば、ｗx ＝ｗy であれば、ＬＣダイレクタは、φ＝４５°及びφ＝１３５°で安定される。
【００４１】
図２は、ＮＩＬによって金型パターンからスピンコートされたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、又はハイブリッド型ポリイミド（ＨＰＩ）に転写されたナノサイズの格子状パターンのＡＦＭ画像である。それらのピッチは、ｘ及びｙの両方向に対して全て４００ｎｍで、またそれらの高さは、ｘ方向に対して１６０ｎｍで且つｙ方向に対して１８０ｎｍであった。その場合、双安定性はｘ軸線から方位角で４７°と１３３°で達成された。すなわち、スピンコートされたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）膜又はハイブリット型ポリイミド膜（ＨＰＩ）に１ｍｍ×１ｍｍの面積の金型パターンから転写されたナノサイズの基板表面構造についての原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、ＳＰＭ−９５００Ｊ３、株式会社 島津製作所製）による画像を示している。ＰＭＭＡ膜は、インプリント装置（Ｘ−２００−ＮＶ、ＳＣＩＶＡＸ株式会社製）によって金型を使用して２００℃で５分間１０ＭＰａの圧力でプレスされた。なお、ＨＰＩの場合は２００℃で５分間、８．５ＭＰａでプレスされた。引き続いて、ガラス転移温度よりも低くなるよう冷却されて金型が分離される。そのパターンにおけるｘ方向のピッチと高さは、それぞれ４００ｎｍと１６０ｎｍで、またそのパターンにおけるｙ方向のピッチと高さは、それぞれ４００ｎｍと１８０ｎｍであった。このシステムにおけるＬＣ挙動は、方向角方向にほぼ４回対称なアンカリング構成の作用を基にして、全体的な表面アンカリングによって決定される。Ｂｅｒｒｅｍａｎの式によれば、この溝が形成された界面におけるネマチックＬＣの方位角アンカリング強度は、次の等式によって表される。
【００４２】
ｗ＝（１／２）ｋＡ2 ｑ3 …（７）
但し、ｋはＬＣの弾性定数であり、Αは溝の高さであり、またｑ＝２π／λ（λは溝のピッチである）は波数ベクトルである。ｋ22≒２×１０-12 Ｎとして上記した等式（７）の計算をすることで、二つの方位角アンカリングエネルギーのｗx ≒１０-4とｗy ≒１．３×１０-4Ｊ／ｍ2 を得た。それらは、実際には強い極性アンカリングエネルギーを有するＨＰＩに良く合致するので、それについて以下に説明する。
【００４３】
図３は、金型パターンからＨＰＩに転写されたナノサイズの線状のパターンのＡＦＭ画像である。ナノパターン上に実施されたラビング処理（露光、又はイオンビームへの暴露）方向が示された。
【００４４】
４−ｎ−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）が充填されたセルギャップ１０μｍのＬＣセルがこの実験に適用された。このセルにおける双安定性は、図３に描かれているようにＰＭＭＡとＨＰＩの両方に対して偏光顕微鏡によってφ＝４７°とφ＝１３３°で観察された。このシステムにおけるランダム成分の寄与ａは≒３．５×１０-4Ｊ／ｍ2 として推定され、強いアンカリングエネルギーを有するＨＰＩではより高い。正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶によって二つの安定状態をスイッチングする二組の面内電界を形成するための電極構造が図４と図５に示されている。
【００４５】
図４は、二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組の面内スイッチング（ＩＰＳ）電極構造を示している。図４（ａ）は暗状態を示し、図４（ｂ）は明状態を示す。
【００４６】
図４において、１１は上部基板、１２は上部基板１１の底面に形成される櫛歯状の第１の上部電極、１３は上部基板１１の底面に形成される櫛歯状の第２の上部電極、１４は第１の上部電極１２に接続される第１の接続電極、１５は第２の上部電極１３に接続される第２の接続電極、１６はラビング方向、１７は下部基板、１８は下部基板１７の上面に形成される櫛歯状の第１の下部電極、１９は下部基板１７の上面に形成される櫛歯状の第２の下部電極、２０は第１の下部電極１８に接続される第１の接続電極、２１は第２の下部電極１９に接続される第２の接続電極、２２はネマチック液晶、２３はネマチック液晶の単安定性を有する上部層、２４はネマチック液晶の双安定性を有する下部層を示している。上記したように、櫛歯状の第１の上部電極１２と櫛歯状の第２の上部電極１３、また、櫛歯状の第１の下部電極１８と櫛歯状の第２の下部電極１９とはそれぞれ互いにかみ合うように配置されている。また、上部基板及び下部基板のそれぞれの櫛歯状の電極は互いに直交している。
【００４７】
図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図４（ａ）に示されているように下部ＩＰＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、図４（ｂ）に示されているように上部ＩＰＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩じられたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００４８】
図５は、二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組のフリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）電極構造を示している。図５（ａ）は暗状態を示し、図５（ｂ）は明状態を示す。
【００４９】
図５において、３１は下部基板、３２はその下部基板の基部、３３は下部基板の第１の電極、３４は下部基板の絶縁部、３５は絶縁部３４の表面に形成される櫛歯状の第２の電極、３６は第２の電極３５に接続される接続電極、３７は上部基板、３８はその上部基板の基部、３９は上部基板の第１の電極、４０は上部基板の絶縁部、４１は絶縁部４０の下面に形成される櫛歯状の第２の電極、４２は第２の電極４１に接続される接続電極、４３はネマチック液晶を示している。また、上部基板及び下部基板のそれぞれの櫛歯上の電極は互いに直交している。
【００５０】
図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図５（ａ）に示されているように下部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏向子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、図５（ｂ）に示されているように上部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩じられたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００５１】
それらは、面内スイッチング（ＩＰＳ）のネマチックＬＣモード又はフリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）のネマチックＬＣモードで一般的に使用される電極の形と同様であり、上部基板及び下部基板において互いに直交した二つの電極である、上部電極と下部電極から構成されている。下部電極に起因する電界方向は方位角がφ＝４５°であり、上部電極に起因する電界方向は方位角がφ＝１３５°である。ＬＣダイレクタから２°の差だけ反れたそれらの方向は、電界によるＬＣ回転時の特異点を防ぐ。ラビング処理によって配向された上部層の表面ネマチックダイレクタはφ＝４７°で安定であった。別の電極構造によって、二つの安定状態をスイッチングすることもできる。
【００５２】
図６は、二つの安定状態をスイッチングするための二周波駆動液晶を備えた単一のＩＰＳ又はＦＦＳの電極構造を示している。図６（ａ）は暗状態を示し、図６（ｂ）は明状態を示す。
【００５３】
図６において、５１は上部基板、５２はそのラビング方向、５３は下部基板、５４は下部基板５３の表面に形成される櫛歯状の第１の下部電極、５５は下部基板５３の表面に形成される櫛歯状の第２の下部電極、５６は第１の下部電極５４に接続される第１の接続電極、５７は第２の下部電極５５に接続される第２の接続電極、５８は二周波駆動のネマチック液晶、５９はネマチック液晶の単安定性を有する上部層、６０はネマチック液晶の双安定性を有する下部層を示している。
【００５４】
この構造では、図６に示すように二周波駆動のネマチック液晶５８を使用する上部基板５１あるいは下部基板５３の一方にＩＰＳ又はＦＦＳ電極（ここでは下部ＩＰＳ電極）を有する。単安定性を有する上部層５９と双安定性を有する下部層６０のこのような構成をとることで、印加ａｃ電界の周波数が高周波時にはその誘電異方性が正で、低周波時にはその誘電異方性が負となる二周波駆動のネマチックＬＣを用いた場合、下部電極に高周波電界を印加した後すぐに電界を除去することによって交差した偏光子を備えた光学系の偏光子の吸収軸方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が発生する。また、下部電極に低周波電界を印加した後ですぐに電界を除去することによって、同じ光学系で９０°捩れた（正確には８６°の捩れ）ネマチックＬＣによって良好な明状態が発生する。
【００５５】
図４、図５及び図６で用いられる電極は、光の透過性を高めるために透明であるのが望ましい。クロム製の電極の幅は１０μｍで、隣り合う電極間の距離は１５μｍであった。１００Ｈｚの矩形波の面内電界が、０Ｖ／μｍから１０Ｖ／μｍまで電極に印加された。一方の状態から他方の状態へのスイッチングを行うために必要とされる表面ＬＣのアンカリング・ブレーキングを起こすための敷居電界は、表面層の材料に依存する。そのような意味で、等式（７）は、極角アンカリングを考慮にいれてより正確な形に変更されるべきである。有限な極角アンカリングを考慮にいれると、極角アンカリングが方位角アンカリングに影響することが示され、これら二つの係数が次のように関連付けられる。
【００５６】
ｗa ＝（１／２）ｋＡ2 ｑ3 〔１＋（ｋｑ／２ｗp ）〕-1 …（８）
但し、ｗa は方位角アンカリング強度であり、またｗp は極角アンカリング強度である。ｗp ≫ｑｋ／２であれば、方位角アンカリングは溝が形成された表面の近くの弾性歪みのみによって決定されることが等式（８）から証明され、これはＢｅｒｒｅｍａｎの式を裏付けるものである。しかし、ｗp ≪ｑｋ／２であれば、方位角アンカリングに対する極角アンカリングの寄与が重要になり、したがってその場合Ｂｅｒｒｅｍａｎの式は有効ではない。ｗp ≧ｑｋ／２の強い極角アンカリングを行うＨＰＩとｗp ≦ｑｋの弱い極角アンカリングを行うＰＭＭＡそれぞれの表面ネマチック境界では、表面アンカリング・ブレーキングに対して観察された敷居電界は、ＨＰＩに対して≒７Ｖ／μｍで、ＰＭＭＡに対して≒５Ｖ／μｍであった。表面アンカリングエネルギーのＲａｐｉｎｉ−Ｐａｐｏｕｌａｒ関数を用いた敷居電界に関連した方位角アンカリングエネルギーは、次のように与えられる。
【００５７】
ｗa ＝２Ｅs √（ｋ22Δε） …（９）
この等式（９）から、△ε≒７×１０-11Ｆ／ｍを用いて、ＨＰＩに対して≒１２ｎｍの外挿長を生じるｗa ≒１．７×１０-4Ｊ／ｍ2 と、ＰＭＭＡに対して≒１７ｎｍの外挿長を生じるｗa ≒１．２×１０-4Ｊ／ｍ2 を得る。ＨＰＩに対する値は、この表面ネマチック双安定システムにおけるｗa が、ｗx とｗy のベクトル構成要素によってもたらされるかのような値である。これが正しいと仮定すると、このシステムにおいて上記した等式（８）から誘導されたＰＭＭＡの推定極角アンカリングは、４．８×１０-5Ｊ／ｍ2 であり、したがって、ｗx 及びｗy は、それぞれ７．４×１０-5Ｊ／ｍ2 及び９．４×１０-5Ｊ／ｍ2 となることが分かる。その場合、ＰＭＭＡに対するランダム成分の寄与ａは、≒２．８×１０-4Ｊ／ｍ2 と推定される。
【００５８】
図７は、実際の双安定装置で測定された偏光顕微鏡画像を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ図３と図４の動作原理によって得られた暗状態及び明状態である。すなわち、ＰＭＭＡのＬＣ配向層を使用した実際の双安定装置で測定された偏光顕微鏡画像を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は暗状態と明状態であり、それぞれ、下部電極による敷居電界（≒５Ｖ／μｍ）及び上部電極による敷居電界（≒５．５Ｖ／μｍ）により完全にスイッチングされる。それらの敷居電界の差は、セルの厚さに由来する。二つの明瞭な状態間のコントラスト比（ＣＲ）は、２００：１より大きく、これは他の双安定表示装置よりも大きい。より大きなＣＲは、ＬＣセルの光学的設計を含んだ、光学部品の機械的組み立て精度を向上させることで得られる。実際に二つの永久的に双安定な状態を有するこの表示装置の光学的特徴は、一般的なＩＰＳモードとほぼ同じである。溝のピッチを大きくすることで敷居電界を弱めることができる。６００から８００ｎｍのピッチをこの表示装置に使用すると、方位角アンカリングエネルギーを≒１０-5Ｊ／ｍ2 まで低下させることができる。材料のランダム成分の寄与は変数であるが、それは敷居電界の急激な低下と関連している。
【００５９】
図８は、代表図面としてのＬＣセルの光学系を示す図である。図８（ａ）は暗状態を示し、図８（ｂ）は明状態を示す。
【００６０】
図８において、６１は下部基板、６２はその下部基板の基部、６３は下部基板の第１の電極、６４は下部基板の絶縁部、６５は下部基板の絶縁部６４の表面に形成される櫛歯状の第１の下部電極、６６は第２の下部電極６５に接続される接続電極、６７は上部基板、６８はその上部基板の基部、６９は上部基板の第１の電極、７０は上部基板の絶縁部、７１は上部基板の絶縁部７０の下面に形成される櫛歯状の第１の上部電極、７２は第２の上部電極７１に接続される接続電極、７３はネマチック液晶、７４は下部基板６１側に配置される第１の偏光子、７５はその吸収又は透過軸、７６は上部基板６７側に配置される第２の偏光子、７７はその吸収又は透過軸を示している。また、上部基板６７及び下部基板６１のそれぞれの櫛歯状の電極は互いに直交している。
【００６１】
図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図８（ａ）に示されているように下部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏向子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、図８（ｂ）に示されているように上部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００６２】
更に、双安定を得るためのもう一つ別の特徴として、線状のナノサイズのパターンを二工程でインプリントすることを提案する。
【００６３】
図９は、二工程でインプリントされたＡＦＭ画像を示している。第一工程では、線状パターンを有する金型８１によって同じインプリント条件の下でＨＰＩ基板８２にインプリントを行った。第二工程では、ＨＰＩ基板８２を同一平面上で９０°回転し、第一工程でインプリントされた領域に同じ金型８１で再びインプリントを行った。ＨＰＩ基板８２は、Ｔg よりも高い温度でインプリントされたが、第二工程で加熱しても第一工程で生成した線状パターンを何ら損なうことなくＨＰＩ基板８２において期待した二工程インプリントのパターン形状を正確に得ることができた。
［実施例１］
正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶（ＬＣ）を用いた二組の面内電界電極構成（ＩＰＳ＋ＩＰＳの組合わせ）
１．図４に示すような透明なＩＰＳ電極を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びＩＰＳ電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００６４】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＩＰＳのＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００６５】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向にラビング処理される（またはインプリントされるか、又は露光されるか、又はイオンビームに曝らされる）。
【００６６】
４．正又は負の誘電異方性を有する液晶が基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようにプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。
【００６７】
５．次にインプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００６８】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図４に示されているように下部ＩＰＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、上部電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
［実施例２］
正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶（ＬＣ）を用いた二組の面内電界電極構成（ＦＦＳ＋ＦＦＳの組合わせ）
１．図５に示されたような透明なＦＦＳ電極を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びＦＦＳ電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００６９】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＦＦＳのＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００７０】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向ラビング処理される（又は、インプリントされるか、露光されるか、又はイオンビームに曝らされる）。
【００７１】
４．正又は負の誘電異方性を有する液晶が基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。
【００７２】
５．次にインプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００７３】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図５に示されているように下部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また上部電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
［実施例３］
正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶（ＬＣ）を用いた二組の面内電界電極構成（ＩＰＳ＋ＦＦＳの組合わせ）
１．透明なＦＦＳ（ＩＰＳ）電極を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びＩＰＳ（ＦＦＳ）電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００７４】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＩＰＳ（ＦＦＳ）のＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００７５】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向、又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向にラビング処理される（または、インプリントされるか、露光されるか、イオンビームに曝らされる）。
【００７６】
４．正又は負の誘電異方性を有する液晶が基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。
【００７７】
５．次に、インプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００７８】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、下部ＩＰＳ（ＦＦＳ）電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の線に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また上部電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
［実施例４］
ＩＰＳ又はＦＦＳ電極及び二周波駆動ネマチック液晶（ＬＣ）を用いた単一面内スイッチング
１．図６に示されたような透明なＩＰＳ又はＦＦＳ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００７９】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＩＰＳ又はＦＦＳのＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００８０】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向にラビング処理される（または、インプリントされるか、露光されるか、イオンビームに曝らされる）。
【００８１】
４．二周波駆動のネマチックＬＣが基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み立て合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。ここで、上記の二周波駆動のネマチックＬＣは、印加ａｃ電界の周波数が高周波時にはその誘電異方性が正で、低周波時にはその誘電異方性が負となるものを用いた。
【００８２】
５．次に、インプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００８３】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、図６に示されているように下部ＩＰＳ又はＦＦＳ電極による高い（低い）周波数のａｃ電界をＬＣセルに印加しれてすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の線に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また下部電極による低い周波数のａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００８４】
本発明のネマチックＬＣ装置は、従来の双安定装置の垂直スイッチングとは異なり、面内スイッチングによって、光学補償膜をなんら使用せずに高いコントラスト比と広い視野角を有している。
【００８５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の双安定ネマチック液晶表示装置は、低電力消費で広い視野角の様々な携帯液晶表示装置に利用可能である。
【００８７】
更に、ｅ−ブックを含むモバイル・アプリケーションに対する需要は、将来的にも絶えることなく増大する。このような技術によるＬＣＤ機能の拡張は、使用者の好奇心を十分に満足させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る方位角での表面ネマチック双安定性のための概略表面外形図である。
【図２】本発明に係るＮＩＬによって金型パターンからスピンコートされたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、又はハイブリッド型ポリイミド（ＨＰＩ）に転写されたナノサイズの格子状パターンのＡＦＭ画像である。
【図３】本発明に係る金型パターンからＨＰＩに転写されたナノサイズの線状のパターンのＡＦＭ画像である。
【図４】本発明に係る二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組のＩＰＳ電極構造を示す図である。
【図５】本発明に係る二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組のＦＦＳ電極構造を示す図である。
【図６】本発明に係る二つの安定状態をスイッチングするための二周波駆動液晶を備えた単一のＩＰＳ又はＦＦＳの電極構造を示す図である。
【図７】本発明に係る実際の双安定装置で測定された偏光顕微鏡画像である。
【図８】本発明に係る代表例としてのＬＣセルの光学系を示す図である。
【図９】本発明に係る二工程でインプリントされたＡＦＭ画像である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 基板
２ 格子状パターン
３ ｘ軸沿いの溝
４ ｙ軸沿いの溝
１１，３７，５１，６７ 上部基板
１２，７１ 櫛歯状の第１の上部電極
１３ 櫛歯状の第２の上部電極
１４ 第１の上部電極に接続される第１の接続電極
１５ 第２の上部電極に接続される第２の接続電極
１６，５２ ラビング方向
１７，３１，５３，６１ 下部基板
１８，５４，６５ 櫛歯状の第１の下部電極
１９，５５ 櫛歯状の第２の下部電極
２０，５６，６６ 第１の下部電極に接続される第１の接続電極
２１，５７ 第２の下部電極に接続される第２の接続電極
２２，４３，７３ ネマチック液晶
２３，５９ ネマチック液晶の単安定性を有する上部層
２４，６０ ネマチック液晶の双安定性を有する下部層
３２，６２ 下部基板の基部
３３，６３ 下部基板の第１の電極
３４，６４ 下部基板の絶縁部
３５ 下部基板の櫛歯状の第２の電極
３６ 下部基板の第２の電極に接続される接続電極
３８，６８ 上部基板の基部
３９，６９ 上部基板の第１の電極
４０，７０ 上部基板の絶縁部
４１ 上部基板の櫛歯状の第２の電極
４２ 上部基板の第２の電極に接続される接続電極
５８ 二周波駆動のネマチック液晶
７２ 上部基板の接続電極
７４ 下部基板側に配置される第１の偏光子
７５ 第１の偏光子の吸収又は透過軸
７６ 上部基板側に配置される第２の偏光子
７７ 第１の偏光子の吸収又は透過軸
８１ 線状パターンを有する金型
８２ ＨＰＩ基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双安定ネマチック液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）の新しい用途を開拓するための画素表示の双安定性に関する研究は、電力消費の少ない小型表示装置の需要の高まりに後押しされて、近年多くの論文や報告書に絶えず見られるようになっている。無電界状態で二つの安定状態を有する双安定性を適用することで、高精細化を促進することができると共に、本質的な低電力消費化を図ることができる。このため、１９８０年代初期に双安定コレステリック表示装置、表面安定型強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）表示装置並びに双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）表示装置が提案されて以来、表面アンカリング・ブレーキングと双安定表面アンカリング又はフレクソエレクトリック結合を使用した新種の双安定表示装置が開発され、それらのメリットが具体化された。双安定コレステリック表示装置は、組成の秩序−無秩序転移を利用している。秩序状態の平面配向は、ブラッグ反射によって円偏光の内の一つを強く反射する。無秩序状態のフォーカルコニック配向は、線欠陥によって分離された小領域から成り、光を反射せずに透過し、黒い背板での吸光による暗状態を呈する。この双安定装置は、偏光子とカラーフィルターを必要としない。特に、双安定性が分散されたポリマー鎖によって安定化されると、その双安定性も十分に良好なものとなる。しかし、この装置の光学特性は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）−ＬＣＤのような高品質表示装置と比較すると劣る。おそらく、最もよく研究された双安定ＬＣＤ技術は、ＳＳＦＬＣである。この表示装置は、二つの局所安定構造状態を示し、それら両状態で光軸はセル面内にあり、ビデオ・レートの画素書き換えができるように状態間の高速スイッチングを可能にしている。しかし、この表示装置の衝撃に対する安定性は極めて弱く、外部から小さな圧力が加わるだけでデリケートなスメクティックの階層構造が壊れたり又は表示画像が壊れたりする。ＢＴＮは、大きな反平行のプレチルトを有する強力な単安定アンカリングを採用している。双安定状態はトポロジー的に等価であり、表面アンカリングブレーキングをおこさずに連続してこれらの状態間をスイッチングできる。このような装置は、優れたコントラストと視野角と速いスイッチング速度を有している。しかし、ＢＴＮの主な欠点は、多くの欠陥ラインが動き易いために安定時間が短く且つ双安定なグレイスケールを達成且つ制御するのが難しい点である。近年このような問題に対処するために、ＺＢＤ（zenithal bistable display）、デュラン等によって提案されたフレクソエレクトリック結合を有する表面ネマチック双安定表示装置、表面制御された双安定ネマチック（ＢｉＮｅｍ）表示装置などの新しい双安定ネマチック表示装置が研究されてきた。これら双安定表示装置の大部分は、表面分極を使用した直流（ＤＣ）駆動又は特別なパルス形状を使用した交流（ＡＣ）駆動による垂直電界スイッチングによって動作するものである（例えば、下記特許文献１，２）。ただし、より簡単な電極構造を有し、面内電界スイッチングする横山研究グループで実施された表面パターン付き双安定表示装置は除外する。ところで、ＬＣセルを駆動するために極性フレクソエレクトリック結合が方位角的に双安定な表面アンカリングを採用している装置で使用されているが、実際にはＤＣ駆動がＬＣセルの寿命を短くするために、垂直スイッチングによって二つの安定状態を永久的且つ完全に制御することは非常に難しい。ＬＣの面外スイッチングも、面内スイッチングよりも狭い視野角を持つ。方位角でＬＣの双安定性を得るために表面に溝を設けた形状を造る最も一般的な方法として、斜めに蒸着させたＳｉＯが使用されてきた。しかし、この方法では、表面の溝のピッチと高さに関して、また大きな寸法のパネルにおける一様性に関して、正確なアンカリング制御を再現性良く行うことができない。横山研究グループは、前記問題を克服するために、面内スイッチングを有しマイクロパターン化された表面配向を使用した双安定又は三安定ネマチック液晶装置を開発した。
【特許文献１】特表平１１−５１３８０９号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ ０２／０６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した双安定又は三安定ネマチック液晶装置は、二つの互いに直交した表面領域の相互作用から発生する大きな捩じれによって、原子間力顕微鏡技術（ＡＦＭ）によって表面処理するために、コントラストも低く、非常に長い時間を要するので、大量生産には適していない。その電極構造も実際の適用には適していない。
【０００４】
以上のように、今日、双安定性を綿密に制御するためのより正確でより簡単な方法がＬＣＤ業界で強く要求されている。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、双安定性を綿密に制御することを、より正確でかつ簡単に行うことができる双安定ネマチック液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
より具体的には、簡単な一工程のナノインプリント処理によって作製することのできる、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）に基づいた新しい双安定ネマチック表示装置を提供する。また、優れたコントラストを提供すると共に産業上容易に利用できる簡略化された電極構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕双安定ネマチック液晶表示装置であって、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、この液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用い、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用いることを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記双安定性は面内（又は方位角による）双安定性として実現されている。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕に記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶配向層の少なくとも一方は、液晶配向方向として二つ以上の方位角の異なる容易軸を有する。
【００１０】
〔４〕上記〔３〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角の異なる容易軸の組合わせは、ナノインプリント・リソグラフィ技術（例えば、溝といった表面トポグラフィ）によって発生した容易軸の組合わせか、又はナノインプリント・リソグラフィ技術によって発生した前記容易軸とラビング処理、ＳｉＯx蒸着物、レーザ・リソグラフィ、フォトリソグラフィ、光配向又はイオンビーム配向のいずれかで発生した容易軸との組合わせである。
【００１１】
〔５〕上記〔４〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角が異なる容易軸のアンカリング強度は、同じ程度である。
【００１２】
〔６〕上記〔５〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、同じ程度のアンカリング強度を有する方位角の異なる容易軸は、ナノインプリント・リソグラフィ技術によって異なった方向に対して溝のピッチと高さを制御することで発生する。
【００１３】
〔７〕上記〔６〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型による一工程のナノインプリント・リソグラフィ技術によって生成される方位角が直交した二つの溝から二つの競合するアンカリング強度を有する格子状パターンが用いられる。
【００１４】
〔８〕上記〔６〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、線状のパターンのインプリントを行う二工程が使用されている。
【００１５】
〔９〕上記〔６〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型によるナノインプリント・リソグラフィ技術とラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）による線状のパターンの組合わせを使用する。
【００１６】
〔１０〕上記〔７〕から〔９〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記溝のピッチ及び高さ（又は深さ）は、５０から１５００ｎｍ及び２０から１０００ｎｍとなっている。
【００１７】
〔１１〕上記〔７〕から〔１０〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、インプリント方法は、光ナノインプリントおよび熱ナノインプリントを含む。
【００１８】
〔１２〕上記〔７〕から〔１０〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、表面トポグラフィーを作成するインプリント条件は、配向膜用のインプリント装置と金型を使用して２５℃から３５０℃で０．２分から５分の間、３ＭＰａから１０ＭＰａの圧力を加える。
【００１９】
〔１３〕上記〔１〕から〔１０〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記ネマチック液晶のプレチルト角度は、双安定性を得るための二つの異方性アンカリングエネルギーによる二つの優先方向の内の少なくとも一方において、１°未満である。
【００２０】
〔１４〕上記〔１〕から〔１３〕のいずれか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態をスイッチングするため、上部基板及び下部基板に交差した櫛歯状電極からなる電極構造を有する。
【００２１】
〔１５〕上記〔１〕から〔１３〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態の電極構造を、二周波駆動のネマチック液晶材料と上部基板と下部基板の一方に配置された櫛歯状電極からなる電極構造を有する。
【００２２】
〔１６〕上記〔１４〕又は〔１５〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯｘなど）が使用される。
【００２３】
〔１７〕上記〔１〕から〔１６〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、暗状態は、二つの安定状態を有する下部層（又は上部層）の安定状態の液晶配向方向が、ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向又はナノインプリント・リソグラフィなど）によって単安定状態の上部層（又は下部層）の液晶配向方向に平行になるときに得られ、また明状態は、前記下部層（又は上部層）のもう一つの安定状態の液晶配向方向が前記上部層（又は下部層）の前記単安定状態の液晶配向方向と方位角が直交しているときに得られる。
【００２４】
〔１８〕上記〔１７〕記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶層のリタデーションｄ△ｎは、０．３≦ｄ△ｎ≦０．６となるように制御される。
【００２５】
〔１９〕上記〔１〕から〔１８〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、配向層の材料は、１０-7から１０-4Ｊ／ｍ2のアンカリング強度（係数）を有している。
【００２６】
〔２０〕上記〔１〕から〔１９〕の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、１μｍよりも大きく且つ深さ（又は高さ）が５０ｎｍ未満のピッチを有する金型がナノインプリント・リソグラフィに使用されている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、従来の双安定装置の垂直スイッチングとは異なり、面内スイッチングによって、光学補償膜をなんら使用せずに高いコントラスト比と広い視野角を有している。
【００２８】
より具体的には、この装置はネマチック液晶−基板表面の界面で方位角方向に双安定状態を有し、これにより二組の面内電界によって簡単に駆動される。双安定性を得るための表面は、ナノインプリント・リソグラフィに基づいて作製されるが、これは柔軟なフィルムによって基板上に所望の表面トポグラフィー（溝）を作成するのに利用される。その双安定性は、同じ程度のアンカリング強度を有すると共に互いに直交した方向の表面トポグラフィーに関連する二つの弾性エネルギー間の複合作用から生まれる。双安定性の方位角方向は、二つの直交した方向各々に対して溝のピッチと高さを調整することで制御される。この双安定表示装置は、高いコントラストと輝度などの良好な光学特性と、面内スイッチングを行うネマチック液晶モードと同様の広い視野角特性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の双安定ネマチック液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、この液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用いられているとともに、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用いる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３１】
ここで、方位角のネマチック双安定性を得て且つ制御するための、容易で簡単且つ基本的な構想を有するほぼ永久的に双安定なネマチック表示装置に関する発明を実験結果と共に説明する。
【００３２】
双安定な表面配向規制を正確に制御するために実験で使用した表面処理方法は、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）である。ＮＩＬは、表面の溝のピッチと高さを再現良く形成可能であるため全領域で一様なアンカリング条件を繰り返し作成することができ、また、このシステムでは一工程の処理で双安定性を得ることができる。
【００３３】
図１は本発明に係る方位角での表面ネマチック双安定性のための概略表面外形図である。方位角で互いに直交した状態の二つの競合する弾性アンカリングエネルギー強度を有するこの格子状パターンでは、ネマチック液晶−基板の界面にほぼ４回対称な対称性がある。
【００３４】
図１に示されているように、基板１上の格子状パターン２は、二つの異なる、より正確には９０°の差を有するＬＣ配向規制間に表面複合作用を有している。ＮＩＬによって同時に作成された二つの配向方向のうちの一方は、ｘ軸と一致しており、残りはｙ軸と一致している。φはネマチックＬＣの方向である。互いに直交した配向を有するこの方位角システムでは、表面トポグラフィに関係した弾性エネルギーが、同じ程度のアンカリング強度を有する二つの異方性配向規制間の複合作用を一意的に決定すると想定される。その場合、このシステムにおける全表面の自由エネルギー密度は、次の等式によって与えられる。
【００３５】
ｆt ＝ｆx ＋ｆy ＋ｆs …（１）
ここで、ｘ軸沿いの溝３によって生じるＬＣの単位面積当りの自由エネルギーｆx は、次の等式によって与えられる。
【００３６】
ｆx ＝（１／２）ｗx ｓｉｎ2 φ …（２）
但し、ｗx はｘ方向のアンカリング強度である。また、ｙ軸沿いの溝４によって生じるＬＣの単位面積当りの自由エネルギーｆy は、次の等式によって与えられる。
【００３７】
ｆy ＝（１／２）ｗy ｓｉｎ2 φ …（３）
但し、ｗy はｙ方向のアンカリング強度である。直接的に固体基板の影響を受ける配向層の表面エネルギーへの弾性寄与に関連したｆs は、次の等式によって与えられる。
【００３８】
ｆs ＝（１／８）ａｓｉｎ2 ２φ …（４）
上記した等式（２）及び（３）におけるｗは、Ｂｅｒｒｅｍａｎの式によって具体化され、また、上記した等式（４）における係数は、符号が反対になっている。上記した等式（１）は最終的に次のように書き替えることができる。
【００３９】
ｆt ＝（１／２）ｗt ｓｉｎ2 φ＋（１／８）ａｓｉｎ2 ２φ …（５）
但し、ｗt ＝ｗx −ｗy
ＬＣダイレクタの方位角φについて等式（５）を最小化することによって、このシステムの表面における方位角上安定したダイレクタ状態を表すことができる。その結果は、次のように得られた。
【００４０】
（ｄｆt ／ｄφ）
＝（１／２）ｗt ｓｉｎ２φ＋（１／２）ａｃｏｓ２φｓｉｎ２φ＝０ …（６）
上記等式（６）では、｜ｗt ｜＞ａの場合、ネマチックＬＣダイレクタは、φ＝０又はφ＝π／２で安定されるが、このことは、ＬＣが単安定状態でｘ軸又はｙ軸に沿って配向されていることを意味している。｜ｗt ｜＜ａの場合、解はｃｏｓ２φ＝ｗt ／ａであり、このことはネマチックＬＣの方向が、方位角が直交している同じ程度の二つのアンカリング強度間で双安定した相互のアンカリング複合作用によって決められることを意味している。この条件では常に二つの解が存在しており、一方の解がφ＝ψであれば、他方はφ＝π−ψとなる。例えば、ｗx ＝ｗy であれば、ＬＣダイレクタは、φ＝４５°及びφ＝１３５°で安定される。
【００４１】
図２は、ＮＩＬによって金型パターンからスピンコートされたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、又はハイブリッド型ポリイミド（ＨＰＩ）に転写されたナノサイズの格子状パターンのＡＦＭ画像である。それらのピッチは、ｘ及びｙの両方向に対して全て４００ｎｍで、またそれらの高さは、ｘ方向に対して１６０ｎｍで且つｙ方向に対して１８０ｎｍであった。その場合、双安定性はｘ軸線から方位角で４７°と１３３°で達成された。すなわち、スピンコートされたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）膜又はハイブリット型ポリイミド膜（ＨＰＩ）に１ｍｍ×１ｍｍの面積の金型パターンから転写されたナノサイズの基板表面構造についての原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、ＳＰＭ−９５００Ｊ３、株式会社 島津製作所製）による画像を示している。ＰＭＭＡ膜は、インプリント装置（Ｘ−２００−ＮＶ、ＳＣＩＶＡＸ株式会社製）によって金型を使用して２００℃で５分間１０ＭＰａの圧力でプレスされた。なお、ＨＰＩの場合は２００℃で５分間、８．５ＭＰａでプレスされた。引き続いて、ガラス転移温度よりも低くなるよう冷却されて金型が分離される。そのパターンにおけるｘ方向のピッチと高さは、それぞれ４００ｎｍと１６０ｎｍで、またそのパターンにおけるｙ方向のピッチと高さは、それぞれ４００ｎｍと１８０ｎｍであった。このシステムにおけるＬＣ挙動は、方向角方向にほぼ４回対称なアンカリング構成の作用を基にして、全体的な表面アンカリングによって決定される。Ｂｅｒｒｅｍａｎの式によれば、この溝が形成された界面におけるネマチックＬＣの方位角アンカリング強度は、次の等式によって表される。
【００４２】
ｗ＝（１／２）ｋＡ2 ｑ3 …（７）
但し、ｋはＬＣの弾性定数であり、Αは溝の高さであり、またｑ＝２π／λ（λは溝のピッチである）は波数ベクトルである。ｋ22≒２×１０-12 Ｎとして上記した等式（７）の計算をすることで、二つの方位角アンカリングエネルギーのｗx ≒１０-4とｗy ≒１．３×１０-4Ｊ／ｍ2 を得た。それらは、実際には強い極性アンカリングエネルギーを有するＨＰＩに良く合致するので、それについて以下に説明する。
【００４３】
図３は、金型パターンからＨＰＩに転写されたナノサイズの線状のパターンのＡＦＭ画像である。ナノパターン上に実施されたラビング処理（露光、又はイオンビームへの暴露）方向が示された。
【００４４】
４−ｎ−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）が充填されたセルギャップ１０μｍのＬＣセルがこの実験に適用された。このセルにおける双安定性は、図３に描かれているようにＰＭＭＡとＨＰＩの両方に対して偏光顕微鏡によってφ＝４７°とφ＝１３３°で観察された。このシステムにおけるランダム成分の寄与ａは≒３．５×１０-4Ｊ／ｍ2 として推定され、強いアンカリングエネルギーを有するＨＰＩではより高い。正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶によって二つの安定状態をスイッチングする二組の面内電界を形成するための電極構造が図４と図５に示されている。
【００４５】
図４は、二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組の面内スイッチング（ＩＰＳ）電極構造を示している。図４（ａ）は暗状態を示し、図４（ｂ）は明状態を示す。
【００４６】
図４において、１１は上部基板、１２は上部基板１１の底面に形成される櫛歯状の第１の上部電極、１３は上部基板１１の底面に形成される櫛歯状の第２の上部電極、１４は第１の上部電極１２に接続される第１の接続電極、１５は第２の上部電極１３に接続される第２の接続電極、１６はラビング方向、１７は下部基板、１８は下部基板１７の上面に形成される櫛歯状の第１の下部電極、１９は下部基板１７の上面に形成される櫛歯状の第２の下部電極、２０は第１の下部電極１８に接続される第１の接続電極、２１は第２の下部電極１９に接続される第２の接続電極、２２はネマチック液晶、２３はネマチック液晶の単安定性を有する上部層、２４はネマチック液晶の双安定性を有する下部層を示している。上記したように、櫛歯状の第１の上部電極１２と櫛歯状の第２の上部電極１３、また、櫛歯状の第１の下部電極１８と櫛歯状の第２の下部電極１９とはそれぞれ互いにかみ合うように配置されている。また、上部基板及び下部基板のそれぞれの櫛歯状の電極は互いに直交している。
【００４７】
図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図４（ａ）に示されているように下部ＩＰＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、図４（ｂ）に示されているように上部ＩＰＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩じられたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００４８】
図５は、二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組のフリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）電極構造を示している。図５（ａ）は暗状態を示し、図５（ｂ）は明状態を示す。
【００４９】
図５において、３１は下部基板、３２はその下部基板の基部、３３は下部基板の第１の電極、３４は下部基板の絶縁部、３５は絶縁部３４の表面に形成される櫛歯状の第２の電極、３６は第２の電極３５に接続される接続電極、３７は上部基板、３８はその上部基板の基部、３９は上部基板の第１の電極、４０は上部基板の絶縁部、４１は絶縁部４０の下面に形成される櫛歯状の第２の電極、４２は第２の電極４１に接続される接続電極、４３はネマチック液晶を示している。また、上部基板及び下部基板のそれぞれの櫛歯上の電極は互いに直交している。
【００５０】
図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図５（ａ）に示されているように下部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏向子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、図５（ｂ）に示されているように上部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩じられたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００５１】
それらは、面内スイッチング（ＩＰＳ）のネマチックＬＣモード又はフリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）のネマチックＬＣモードで一般的に使用される電極の形と同様であり、上部基板及び下部基板において互いに直交した二つの電極である、上部電極と下部電極から構成されている。下部電極に起因する電界方向は方位角がφ＝４５°であり、上部電極に起因する電界方向は方位角がφ＝１３５°である。ＬＣダイレクタから２°の差だけ反れたそれらの方向は、電界によるＬＣ回転時の特異点を防ぐ。ラビング処理によって配向された上部層の表面ネマチックダイレクタはφ＝４７°で安定であった。別の電極構造によって、二つの安定状態をスイッチングすることもできる。
【００５２】
図６は、二つの安定状態をスイッチングするための二周波駆動液晶を備えた単一のＩＰＳ又はＦＦＳの電極構造を示している。図６（ａ）は暗状態を示し、図６（ｂ）は明状態を示す。
【００５３】
図６において、５１は上部基板、５２はそのラビング方向、５３は下部基板、５４は下部基板５３の表面に形成される櫛歯状の第１の下部電極、５５は下部基板５３の表面に形成される櫛歯状の第２の下部電極、５６は第１の下部電極５４に接続される第１の接続電極、５７は第２の下部電極５５に接続される第２の接続電極、５８は二周波駆動のネマチック液晶、５９はネマチック液晶の単安定性を有する上部層、６０はネマチック液晶の双安定性を有する下部層を示している。
【００５４】
この構造では、図６に示すように二周波駆動のネマチック液晶５８を使用する上部基板５１あるいは下部基板５３の一方にＩＰＳ又はＦＦＳ電極（ここでは下部ＩＰＳ電極）を有する。単安定性を有する上部層５９と双安定性を有する下部層６０のこのような構成をとることで、印加ａｃ電界の周波数が高周波時にはその誘電異方性が正で、低周波時にはその誘電異方性が負となる二周波駆動のネマチックＬＣを用いた場合、下部電極に高周波電界を印加した後すぐに電界を除去することによって交差した偏光子を備えた光学系の偏光子の吸収軸方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が発生する。また、下部電極に低周波電界を印加した後ですぐに電界を除去することによって、同じ光学系で９０°捩れた（正確には８６°の捩れ）ネマチックＬＣによって良好な明状態が発生する。
【００５５】
図４、図５及び図６で用いられる電極は、光の透過性を高めるために透明であるのが望ましい。クロム製の電極の幅は１０μｍで、隣り合う電極間の距離は１５μｍであった。１００Ｈｚの矩形波の面内電界が、０Ｖ／μｍから１０Ｖ／μｍまで電極に印加された。一方の状態から他方の状態へのスイッチングを行うために必要とされる表面ＬＣのアンカリング・ブレーキングを起こすための敷居電界は、表面層の材料に依存する。そのような意味で、等式（７）は、極角アンカリングを考慮にいれてより正確な形に変更されるべきである。有限な極角アンカリングを考慮にいれると、極角アンカリングが方位角アンカリングに影響することが示され、これら二つの係数が次のように関連付けられる。
【００５６】
ｗa ＝（１／２）ｋＡ2 ｑ3 〔１＋（ｋｑ／２ｗp ）〕-1 …（８）
但し、ｗa は方位角アンカリング強度であり、またｗp は極角アンカリング強度である。ｗp ≫ｑｋ／２であれば、方位角アンカリングは溝が形成された表面の近くの弾性歪みのみによって決定されることが等式（８）から証明され、これはＢｅｒｒｅｍａｎの式を裏付けるものである。しかし、ｗp ≪ｑｋ／２であれば、方位角アンカリングに対する極角アンカリングの寄与が重要になり、したがってその場合Ｂｅｒｒｅｍａｎの式は有効ではない。ｗp ≧ｑｋ／２の強い極角アンカリングを行うＨＰＩとｗp ≦ｑｋの弱い極角アンカリングを行うＰＭＭＡそれぞれの表面ネマチック境界では、表面アンカリング・ブレーキングに対して観察された敷居電界は、ＨＰＩに対して≒７Ｖ／μｍで、ＰＭＭＡに対して≒５Ｖ／μｍであった。表面アンカリングエネルギーのＲａｐｉｎｉ−Ｐａｐｏｕｌａｒ関数を用いた敷居電界に関連した方位角アンカリングエネルギーは、次のように与えられる。
【００５７】
ｗa ＝２Ｅs √（ｋ22Δε） …（９）
この等式（９）から、△ε≒７×１０-11Ｆ／ｍを用いて、ＨＰＩに対して≒１２ｎｍの外挿長を生じるｗa ≒１．７×１０-4Ｊ／ｍ2 と、ＰＭＭＡに対して≒１７ｎｍの外挿長を生じるｗa ≒１．２×１０-4Ｊ／ｍ2 を得る。ＨＰＩに対する値は、この表面ネマチック双安定システムにおけるｗa が、ｗx とｗy のベクトル構成要素によってもたらされるかのような値である。これが正しいと仮定すると、このシステムにおいて上記した等式（８）から誘導されたＰＭＭＡの推定極角アンカリングは、４．８×１０-5Ｊ／ｍ2 であり、したがって、ｗx 及びｗy は、それぞれ７．４×１０-5Ｊ／ｍ2 及び９．４×１０-5Ｊ／ｍ2 となることが分かる。その場合、ＰＭＭＡに対するランダム成分の寄与ａは、≒２．８×１０-4Ｊ／ｍ2 と推定される。
【００５８】
図７は、実際の双安定装置で測定された偏光顕微鏡画像を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ図３と図４の動作原理によって得られた暗状態及び明状態である。すなわち、ＰＭＭＡのＬＣ配向層を使用した実際の双安定装置で測定された偏光顕微鏡画像を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は暗状態と明状態であり、それぞれ、下部電極による敷居電界（≒５Ｖ／μｍ）及び上部電極による敷居電界（≒５．５Ｖ／μｍ）により完全にスイッチングされる。それらの敷居電界の差は、セルの厚さに由来する。二つの明瞭な状態間のコントラスト比（ＣＲ）は、２００：１より大きく、これは他の双安定表示装置よりも大きい。より大きなＣＲは、ＬＣセルの光学的設計を含んだ、光学部品の機械的組み立て精度を向上させることで得られる。実際に二つの永久的に双安定な状態を有するこの表示装置の光学的特徴は、一般的なＩＰＳモードとほぼ同じである。溝のピッチを大きくすることで敷居電界を弱めることができる。６００から８００ｎｍのピッチをこの表示装置に使用すると、方位角アンカリングエネルギーを≒１０-5Ｊ／ｍ2 まで低下させることができる。材料のランダム成分の寄与は変数であるが、それは敷居電界の急激な低下と関連している。
【００５９】
図８は、代表図面としてのＬＣセルの光学系を示す図である。図８（ａ）は暗状態を示し、図８（ｂ）は明状態を示す。
【００６０】
図８において、６１は下部基板、６２はその下部基板の基部、６３は下部基板の第１の電極、６４は下部基板の絶縁部、６５は下部基板の絶縁部６４の表面に形成される櫛歯状の第１の下部電極、６６は第２の下部電極６５に接続される接続電極、６７は上部基板、６８はその上部基板の基部、６９は上部基板の第１の電極、７０は上部基板の絶縁部、７１は上部基板の絶縁部７０の下面に形成される櫛歯状の第１の上部電極、７２は第２の上部電極７１に接続される接続電極、７３はネマチック液晶、７４は下部基板６１側に配置される第１の偏光子、７５はその吸収又は透過軸、７６は上部基板６７側に配置される第２の偏光子、７７はその吸収又は透過軸を示している。また、上部基板６７及び下部基板６１のそれぞれの櫛歯状の電極は互いに直交している。
【００６１】
図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図８（ａ）に示されているように下部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏向子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、図８（ｂ）に示されているように上部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００６２】
更に、双安定を得るためのもう一つ別の特徴として、線状のナノサイズのパターンを二工程でインプリントすることを提案する。
【００６３】
図９は、二工程でインプリントされたＡＦＭ画像を示している。第一工程では、線状パターンを有する金型８１によって同じインプリント条件の下でＨＰＩ基板８２にインプリントを行った。第二工程では、ＨＰＩ基板８２を同一平面上で９０°回転し、第一工程でインプリントされた領域に同じ金型８１で再びインプリントを行った。ＨＰＩ基板８２は、Ｔg よりも高い温度でインプリントされたが、第二工程で加熱しても第一工程で生成した線状パターンを何ら損なうことなくＨＰＩ基板８２において期待した二工程インプリントのパターン形状を正確に得ることができた。
［実施例１］
正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶（ＬＣ）を用いた二組の面内電界電極構成（ＩＰＳ＋ＩＰＳの組合わせ）
１．図４に示すような透明なＩＰＳ電極を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びＩＰＳ電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００６４】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＩＰＳのＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００６５】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向にラビング処理される（またはインプリントされるか、又は露光されるか、又はイオンビームに曝らされる）。
【００６６】
４．正又は負の誘電異方性を有する液晶が基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようにプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。
【００６７】
５．次にインプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００６８】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図４に示されているように下部ＩＰＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また、上部電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
［実施例２］
正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶（ＬＣ）を用いた二組の面内電界電極構成（ＦＦＳ＋ＦＦＳの組合わせ）
１．図５に示されたような透明なＦＦＳ電極を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びＦＦＳ電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００６９】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＦＦＳのＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００７０】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向ラビング処理される（又は、インプリントされるか、露光されるか、又はイオンビームに曝らされる）。
【００７１】
４．正又は負の誘電異方性を有する液晶が基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。
【００７２】
５．次にインプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００７３】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、図５に示されているように下部ＦＦＳ電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の方向に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また上部電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
［実施例３］
正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶（ＬＣ）を用いた二組の面内電界電極構成（ＩＰＳ＋ＦＦＳの組合わせ）
１．透明なＦＦＳ（ＩＰＳ）電極を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びＩＰＳ（ＦＦＳ）電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００７４】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＩＰＳ（ＦＦＳ）のＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００７５】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向、又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向にラビング処理される（または、インプリントされるか、露光されるか、イオンビームに曝らされる）。
【００７６】
４．正又は負の誘電異方性を有する液晶が基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。
【００７７】
５．次に、インプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００７８】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、誘電異方性が正のネマチック液晶を用いた場合には、下部ＩＰＳ（ＦＦＳ）電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の線に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また上部電極によるａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
［実施例４］
ＩＰＳ又はＦＦＳ電極及び二周波駆動ネマチック液晶（ＬＣ）を用いた単一面内スイッチング
１．図６に示されたような透明なＩＰＳ又はＦＦＳ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板及びカラーフィルター（Ｃ／Ｆ）基板を用意する。
【００７９】
２．ナノインプリント・リソグラフィ用のＬＣ配向材料（ホモジニアス配向）がＩＰＳ又はＦＦＳのＴＦＴ基板及びＣ／Ｆ基板上にスピンコートされる。
【００８０】
３．焼成後に、一つの基板にナノサイズの格子状パターン（図２）〔又は線状のナノサイズのパターン＋ラビング処理（又は光配向又はイオンビーム配向）（図３）又は二工程の線状のパターン（図９）〕が、用意された金型によって特許請求の範囲に記載された適当な条件の下で電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して４５°又は１３５°の方向にインプリントされる。もう一つ別の基板は、電極（ＩＴＯ）による電界方向に対して０°又は９０°の方向にラビング処理される（または、インプリントされるか、露光されるか、イオンビームに曝らされる）。
【００８１】
４．二周波駆動のネマチックＬＣが基板の一方の上に滴下され、二つの基板が互いに直交した電極方向に組み合わされ、所望のセル・ギャップ〔△ｎｄ＝０．４８２（９０°ＴＮ条件）〕になるようプレスされ、そして完全にシールされる。勿論、ＬＣは組み立て合わされたセル内に毛細管法によって注入されてもよい。ここで、上記の二周波駆動のネマチックＬＣは、印加ａｃ電界の周波数が高周波時にはその誘電異方性が正で、低周波時にはその誘電異方性が負となるものを用いた。
【００８２】
５．次に、インプリントによって与えられた二つの安定したＬＣ方向の一方は、下部（上部）電極による電界方向に直交しており、またもう一つ別の方向は上部（下部）電極による電界方向に直交している。
【００８３】
６．図８に示されているように偏光子を交差させた光学系では、図６に示されているように下部ＩＰＳ又はＦＦＳ電極による高い（低い）周波数のａｃ電界をＬＣセルに印加しれてすぐに除去すると、偏光子の吸収軸の線に配向されたＬＣダイレクタによって良好な暗状態が達成され、また下部電極による低い周波数のａｃ電界をＬＣセルに印加してすぐに除去すると、９０°捩られたネマチックＬＣによって良好な明状態が達成される。
【００８４】
本発明のネマチックＬＣ装置は、従来の双安定装置の垂直スイッチングとは異なり、面内スイッチングによって、光学補償膜をなんら使用せずに高いコントラスト比と広い視野角を有している。
【００８５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の双安定ネマチック液晶表示装置は、低電力消費で広い視野角の様々な携帯液晶表示装置に利用可能である。
【００８７】
更に、ｅ−ブックを含むモバイル・アプリケーションに対する需要は、将来的にも絶えることなく増大する。このような技術によるＬＣＤ機能の拡張は、使用者の好奇心を十分に満足させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る方位角での表面ネマチック双安定性のための概略表面外形図である。
【図２】本発明に係るＮＩＬによって金型パターンからスピンコートされたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、又はハイブリッド型ポリイミド（ＨＰＩ）に転写されたナノサイズの格子状パターンのＡＦＭ画像である。
【図３】本発明に係る金型パターンからＨＰＩに転写されたナノサイズの線状のパターンのＡＦＭ画像である。
【図４】本発明に係る二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組のＩＰＳ電極構造を示す図である。
【図５】本発明に係る二つの安定状態をスイッチングするための正又は負の誘電異方性を有するネマチック液晶を備えた二組のＦＦＳ電極構造を示す図である。
【図６】本発明に係る二つの安定状態をスイッチングするための二周波駆動液晶を備えた単一のＩＰＳ又はＦＦＳの電極構造を示す図である。
【図７】本発明に係る実際の双安定装置で測定された偏光顕微鏡画像である。
【図８】本発明に係る代表例としてのＬＣセルの光学系を示す図である。
【図９】本発明に係る二工程でインプリントされたＡＦＭ画像である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 基板
２ 格子状パターン
３ ｘ軸沿いの溝
４ ｙ軸沿いの溝
１１，３７，５１，６７ 上部基板
１２，７１ 櫛歯状の第１の上部電極
１３ 櫛歯状の第２の上部電極
１４ 第１の上部電極に接続される第１の接続電極
１５ 第２の上部電極に接続される第２の接続電極
１６，５２ ラビング方向
１７，３１，５３，６１ 下部基板
１８，５４，６５ 櫛歯状の第１の下部電極
１９，５５ 櫛歯状の第２の下部電極
２０，５６，６６ 第１の下部電極に接続される第１の接続電極
２１，５７ 第２の下部電極に接続される第２の接続電極
２２，４３，７３ ネマチック液晶
２３，５９ ネマチック液晶の単安定性を有する上部層
２４，６０ ネマチック液晶の双安定性を有する下部層
３２，６２ 下部基板の基部
３３，６３ 下部基板の第１の電極
３４，６４ 下部基板の絶縁部
３５ 下部基板の櫛歯状の第２の電極
３６ 下部基板の第２の電極に接続される接続電極
３８，６８ 上部基板の基部
３９，６９ 上部基板の第１の電極
４０，７０ 上部基板の絶縁部
４１ 上部基板の櫛歯状の第２の電極
４２ 上部基板の第２の電極に接続される接続電極
５８ 二周波駆動のネマチック液晶
７２ 上部基板の接続電極
７４ 下部基板側に配置される第１の偏光子
７５ 第１の偏光子の吸収又は透過軸
７６ 上部基板側に配置される第２の偏光子
７７ 第１の偏光子の吸収又は透過軸
８１ 線状パターンを有する金型
８２ ＨＰＩ基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、該液晶層と前記一対の基板の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、該液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用い、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記双安定性は面内（又は方位角による）双安定性として実現されていることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶配向層の少なくとも一方は、液晶配向方向として二つ以上の方位角の異なる容易軸を有することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角の異なる容易軸の組合わせは、ナノインプリント・リソグラフィ技術によって発生した容易軸の組合わせか、又はナノインプリント・リソグラフィ技術によって発生した前記容易軸とラビング処理、ＳｉＯx蒸着物、レーザ・リソグラフィ、フォトリソグラフィ、光配向又はイオンビーム配向のいずれかで発生した容易軸との組合わせであることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角が異なる容易軸のアンカリング強度は、同じ程度であることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、同じ程度のアンカリング強度を有する方位角の異なる容易軸は、ナノインプリント・リソグラフィ技術によって異なった方向に対して溝のピッチと高さを制御することで発生することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型による一工程のナノインプリント・リソグラフィ技術によって生成される方位角が直交した二つの溝から二つの競合するアンカリング強度を有する格子状パターンを使用することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項８】
請求項６記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、線状のパターンのインプリントを行う二工程を用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項９】
請求項６記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型によるナノインプリント・リソグラフィ技術とラビング処理による線状のパターンの組合わせを用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項７から９の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記溝のピッチ及び高さ（又は深さ）は、５０から１５００ｎｍ及び２０から１０００ｎｍであることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、インプリント方法は、光ナノインプリントおよび熱ナノインプリントを含むことを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項７から１０の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、表面トポグラフィーを作成するインプリント条件は、配向膜用のインプリント装置と金型を使用して２５℃から３５０℃で０．２分から５分の間、３ＭＰａから１０ＭＰａの圧力を加えることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１から１０の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記ネマチック液晶のプレチルト角度は、双安定性を得るための二つの異方性アンカリングエネルギーによる二つの優先方向の内の少なくとも一方において、１°未満であることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態をスイッチングするため、上部基板及び下部基板に交差した櫛歯状電極からなる電極構造を有することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１から１３の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態の電極構造を、二周波駆動のネマチック液晶材料と上部基板と下部基板の一方に配置された櫛歯状電極からなる電極構造を有することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、透明電極を用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１６の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、暗状態は、二つの安定状態を有する下部層（又は上部層）の安定状態の液晶配向方向が、ラビング処理によって単安定状態の上部層（又は下部層）の液晶配向方向に平行になるときに得られ、また明状態は、前記下部層（又は上部層）のもう一つの安定状態の液晶配向方向が前記上部層（又は下部層）の前記単安定状態の液晶配向方向と方位角が直交しているときに得られることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶層のリタデーションｄ△ｎは、０．３≦ｄ△ｎ≦０．６となるように制御されることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１９】
請求項１から１８の何れか一項に記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、配向層の材料は、１０-7から１０-4Ｊ／ｍ2のアンカリング強度（係数）を有していることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項２０】
請求項１から１９の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、１μｍよりも大きく且つ深さ（又は高さ）が５０ｎｍ未満のピッチを有する金型がナノインプリント・リソグラフィに用いられることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１】
一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、該液晶層と前記一対の基板の少なくともいずれか一方との間に配置された液晶配向層とを有し、該液晶配向層の少なくとも一方には、ナノインプリント・リソグラフィ技術で液晶を配向し、双安定性を得るための液晶配向層の表面処理法として用い、前記液晶層に熱転移又は濃度転移型のネマチック液晶を用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記双安定性は面内（又は方位角による）双安定性として実現されていることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶配向層の少なくとも一方は、液晶配向方向として二つ以上の方位角の異なる容易軸を有することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角の異なる容易軸の組合わせは、ナノインプリント・リソグラフィ技術によって発生した容易軸の組合わせか、又はナノインプリント・リソグラフィ技術によって発生した前記容易軸とラビング処理、ＳｉＯx蒸着物、レーザ・リソグラフィ、フォトリソグラフィ、光配向又はイオンビーム配向のいずれかで発生した容易軸との組合わせであることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記方位角が異なる容易軸のアンカリング強度は、同じ程度であることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、同じ程度のアンカリング強度を有する方位角の異なる容易軸は、ナノインプリント・リソグラフィ技術によって異なった方向に対して溝のピッチと高さを制御することで発生することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型による一工程のナノインプリント・リソグラフィ技術によって生成される方位角が直交した二つの溝から二つの競合するアンカリング強度を有する格子状パターンを使用することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項８】
請求項６記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、線状のパターンのインプリントを行う二工程を用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項９】
請求項６記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、双安定性を得るために、凹凸金型によるナノインプリント・リソグラフィ技術とラビング処理による線状のパターンの組合わせを用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項７から９の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記溝のピッチ及び高さ（又は深さ）は、５０から１５００ｎｍ及び２０から１０００ｎｍであることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、インプリント方法は、光ナノインプリントおよび熱ナノインプリントを含むことを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項７から１０の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、表面トポグラフィーを作成するインプリント条件は、配向膜用のインプリント装置と金型を使用して２５℃から３５０℃で０．２分から５分の間、３ＭＰａから１０ＭＰａの圧力を加えることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１から１０の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記ネマチック液晶のプレチルト角度は、双安定性を得るための二つの異方性アンカリングエネルギーによる二つの優先方向の内の少なくとも一方において、１°未満であることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態をスイッチングするため、上部基板及び下部基板に交差した櫛歯状電極からなる電極構造を有することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１から１３の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、二つの安定状態の電極構造を、二周波駆動のネマチック液晶材料と上部基板と下部基板の一方に配置された櫛歯状電極からなる電極構造を有することを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、透明電極を用いることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１６の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、暗状態は、二つの安定状態を有する下部層（又は上部層）の安定状態の液晶配向方向が、ラビング処理によって単安定状態の上部層（又は下部層）の液晶配向方向に平行になるときに得られ、また明状態は、前記下部層（又は上部層）のもう一つの安定状態の液晶配向方向が前記上部層（又は下部層）の前記単安定状態の液晶配向方向と方位角が直交しているときに得られることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、前記液晶層のリタデーションｄ△ｎは、０．３≦ｄ△ｎ≦０．６となるように制御されることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項１９】
請求項１から１８の何れか一項に記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、配向層の材料は、１０-7から１０-4Ｊ／ｍ2のアンカリング強度（係数）を有していることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【請求項２０】
請求項１から１９の何れか一項記載の双安定ネマチック液晶表示装置において、１μｍよりも大きく且つ深さ（又は高さ）が５０ｎｍ未満のピッチを有する金型がナノインプリント・リソグラフィに用いられることを特徴とする双安定ネマチック液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−９６５６２（Ｐ２００８−９６５６２Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７６１７５（Ｐ２００６−２７６１７５）
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
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