JP3997087B2

JP3997087B2 - 液晶セル用電極パターン

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Publication number: JP3997087B2
Application number: JP2001539067A
Authority: JP
Inventors: ペトシェック，ロルフ，ジー; テイバー，ドナルド，ビー
Original assignee: チメイオプトエレクトロニクスコーポレイション
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: WO2001037036A1; US6671019B1; JP2007256973A; KR100786555B1; KR20020084064A; AU1354601A; JP2003515189A

Description

【０００１】
発明の背景
ネマチック、スメクチックＣ、キラールネマチック、キラールスメクチックＣ、及びその他の液晶デバイスは、ディスプレイやその他の電気光学への応用として、頻繁に使用される。多くのディスプレイへの応用に関し、輝度、グレイスケール及び角度に関する関数としてのグレイスケールは重要な特徴事項である。好適な輝度、グレイスケール及び角度に関する関数としてのグレイスケールを潜在的に示す装置が期待されるが、このような装置は、米国特許第５、４６６、３５８号に記載されるような垂直又はホメオトロピックアラインコレステリック（ＶＡＣ）装置を含み、更に、米国特許第５、４７７、３５８号に記載されるような平面内スイッチセルを含む。好ましいスイッチング速度と、視野角の関数としてのグレイスケール作用に関し、これら装置は、液晶の方向を急に多領域（マルチドメイン）でコントロールすることを要求する。
【０００２】
液晶配列をマルチドメインでコントロールするのに平面内電場を使用することが、例えば米国特許第５、３０９、２６４号に記載される。更に精密にすることが例えば米国特許第５、７７７、７１１号に記載される。これら装置のいずれもが、液晶がホメオトロピックに配列された場合、適当かつ十分に速くドメインの制御が行えていない。これらのパターンの幾つかが、比較的精密に上下電極の相対的位置決めを行うことを必要とするが、実現するのが難しく、大抵は製造スループットが明瞭にロスする結果となる。平面内電場に関する他のアプローチによれば、米国特許第５、７４５、２０７号に見られるように、液晶装置の表面の少なくとも１方に、２つの電極を配置する。この結果、平面内電場が増大するが、実現は困難で、この装置の製造に際し多くの工程を必要とする。
【０００３】
発明の概要
本発明は、ディスプレイ又は他の電気光学装置において、液晶の配列を可能な範囲で非常に良く制御する。液晶配列の制御は、好適にパターニングされた電極を使用して達成する。特に、小スケールのパターンは、本発明により選択された寸方と形状を有する非導電性ギャップにより、電極内に形成される。これら小スケールのパターンは、その大部分或いは全部が液晶の単一ドメイン（領域）に含まれ、しばしば、電極領域の大部分をカバーする。結果として、本発明は、液晶方向の制御を良くし、その結果、高速スイッチングと良好な制御が、液晶ドメインの数、サイズ及び位置が変化しても得られる。更に、本発明の利点は、比較的シンプルかつ安価な製造技術により概ね達成される。
【０００４】
従って、本発明の一側面によれば、距離ｔで離間した第１及び第２の基板と、それらの間に配置された液晶物質とからなる液晶セルを提供する。第１及び第２の電極は第１及び第２の基板上にそれぞれ配置され、且つ１つの電源に接続される。第１及び第２の電極の少なくとも１つが、少なくとも１つのピクセルを有し、このピクセルは、基板面に平行な面内での寸法で画定され、更に、少なくとも１つの非導電性ギャップを含む。この非導電性ギャップは小さな寸法のギャップであり、電極面内で、距離ｔの２．５倍を超えない少なくとも１つの寸法を有する。前記第１及び第２の電極の他方との協働の基での電場印加状態において、ピクセルは、基板面に平行な面内での寸法を有する少なくとも１つの液晶ドメインを生成するのに有効な電場を含み、この基板内において、液晶分子は、１つの配向ベクトルと概ね同一の符号及び方向とを有する。そして、前記小さな寸法のギャップの少なくとも１部は、ドメイン中に配置され、ドメインの境界からの距離ｔの少なくとも約１倍好ましくは少なくとも２倍である。好ましくは、セルは前記少なくとも１つのピクセル中に複数の小さな寸法のギャップを含む。
【０００５】
１実施の形態において、電場印加状態では、液晶物質はピクセル内に複数のドメインを示す。各ドメインは前記複数の小さな寸法のギャップの少なくも１つに隣接する。或いは、他の実施の形態において、各ドメインは前記複数の小さな寸法のギャップに隣接する。更に他の実施の形態において、前記第１及び第２の電極の双方は、少なくとも１つの前記小さな寸法のギャップを含むか、或いは、他の実施の形態として複数の前記小さな寸法のギャップを含む少なくとも１つのピクセルを含む。更に他の実施の形態において、前記第１及び第２の電極の双方は、少なくとも１つのピクセルを含み、電場印加状態下で、液晶物質は各ピクセル内に複数のドメインを現し、各ドメインは、少なくとも１つの小さな寸法のギャップ或いは、複数の前記小さな寸法のギャップに隣接する。発明の多くの実施の形態において、第１及び第２の基板上のピクセルは、実質的に隣接し共に延在する。
【０００６】
更なる他の実施の形態において、ドメインの境界の少なくとも１部は実質的に直線であり、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と境界が実質的に隣接し、共通の直線を介して接しているか、或いは、ピクセルの端部で互いに対向する基板上の電極の端部の位置が異なる。そして、複数の前記小さな寸法のギャップが、それに対しある角度で配置されるかあるいはそこからある角度で延在する。多くの実施の形態において、前記小さな寸法のギャップは、実質的に矩形であり互いに平行である。他の実施の形態において、ドメインの境界の全ては、実質的に直線であり、１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と実質的に隣接し共通の直線を介して接しているか、或いは、ピクセルの端部で互いに対向する基板上の電極の端部の位置が異なる。そして、複数の前記小さな寸法のギャップが、それに対しある角度で配置されるかあるいはそこからある角度で延在する。好ましくは、前記小さな寸法のギャップは、実質的に矩形であり互いに平行である。幾つかの好適な実施の形態において、第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つのピクセルを含み、このピクセルは、実質的に隣接し共通の直線を介して接している。他の実施の形態において、各ピクセルが複数の前記小さな寸法のギャップを含む場合、この小さな寸法のギャップは、実質的に矩形であり互いに平行であり、互いに対向する基板上の実質的に平行なギャップは、セル中でのナチュラルピッチの結果として液晶の配向ベクトルが回転している角度より約１０度以上約３０度未満の範囲の角度だけ相対的に回転した関係にある。好ましくは、液晶物質は、ネガティブ誘電率非対象性を有するネマチック液晶或いはキラールネマチック液晶から選択され、少なくとも１つの基板が液晶を配向するよう処理される。
【０００７】
本発明の他の視点によれば、少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約１．５倍以内であり、好ましくは０．７倍以内である。多くの好適な実施の形態において、ピクセル中の面積の少なくとも約８０％、より好ましくは９０％が、そのように設計される。このような１実施の形態として、電場印加時に液晶物質が各ピクセル内に複数のドメインを現し、各ドメインは、複数の前記小さな寸法のギャップに隣接し、少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約１．５倍以内である。
【０００８】
好ましくは、前記小さな寸法のギャップは各液晶のドメイン内の１パターンを形成し、Ｐｇ、Ｃｍ又はＰｌからなる群から選択される１つの２次元空間群により変形する。
【０００９】
本発明のさらなる別の視点によれば、液晶セルを提供するが、ここで、ピクセルは、前記基板の面内にある長さと幅を有する複数の前記小さな寸法のギャップを含み、前記幅が前記距離ｔの約１．５倍を超えず、かつ、少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約１．５倍以内である。そうすることで、前記第１及び第２の電極の他方との協働の基での電場印加状態において、ピクセルは、ピクセル内で隣接する液晶の配向ベクトルを制御するのに有効な電場を含む。好ましくは、前記ピクセル中の面積の少なくとも約９０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約１．５倍以内である。ある１つの好適な実施の形態において、ギャップは、前記幅よりも大きな長さを有し、概ね平行である。更に好ましくは、ギャップは、実質的に矩形であり互いに平行である。他の実施の形態において、少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％、好ましくは少なくとも約８０％、さらに好ましくは少なくとも約９０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約０．７倍以内である。更なる他の実施の形態において、ピクセルは少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部を含み、これら少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部は、ドメインの境界の少なくとも１部に隣接し、共通の直線を介して接している。そして、複数の前記小さな寸法のギャップが、それに対しある角度で配置されるかあるいはそこからある角度で延在する。いくつかの実施の形態において、前記小さな寸法のギャップは、実質的に矩形であり互いに平行である。多くの実施の形態において、第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つのピクセルを含み、このピクセルは、実質的に隣接し共通の直線を介して接している。他の実施の形態において、互いに対向する基板上の実質的に平行なギャップは、セル中でのナチュラルピッチの結果として液晶の配向ベクトルが回転している角度より約１０度以上約３０度未満の範囲の角度だけ相対的に回転した関係にある。
【００１０】
本発明の他の側面によれば、液晶セルは、距離ｔで離間した第１及び第２の基板と、それらの間に配置された液晶物質と、前記第１及び第２の基板上の第１及び第２の電極とからなり、第１及び第２の電極の少なくとも１つが、少なくとも１つのピクセルを含み、このピクセルは、基板面に平行な面内での寸法で画定され、更に、少なくとも１つの非導電性ギャップを含むことで、非導電性ギャップを提供し、電極面内での寸法を有することで、ギャップがピクセル内にある１つのパターンを形成するよう配置されて、前記第１及び第２の電極の他方との協働の基での電場印加状態において、電極が、ある１つの液晶ドメイン内の電位を複数の空間的繰返しを形成する。繰返しは、３つ組からなる少なくとも１つの組を含む。空間的な繰返しはさらに、液晶ドメインの最大サイズ以下の周期を有する。複数の空間的繰返しの３つ組からなる少なくとも１つの組は、波動ベクトルを有し、互いに重ねあわせるとゼロになる。更に、i）３つ組の１つが、それ自身により単独作用し、残りの２つの繰返しは互いに相互作用する。その結果、ベクトルＤの大きさ或いはその方向又は双方が空間的に変化し、これら変化は、Ｄがある１つの符号を有する場合同一符号を有し、Ｄが異なる符号を有する場合異なる符号を有する。又ii）基板の１方で評価すると、３つ組の少なくとも１つの複素振幅が、互いに重畳する場合大きな虚数部を有する。又iii）基板の１方で評価すると、３つ組の少なくとも１つの複素振幅が、ある範囲の波動ベクトルの大きさを有し、その大きさが互いに重ね合わされて、かつ他の２つの波動ベクトルのドット積の１倍の様々な波動ベクトルの和により重ね合わされて、波動ベクトルのこの範囲での積算即ち積分されることにより、大きな虚数部を有する和即ち積分値が得られる。これにより電極が、基板面に平行な面内で寸法を有する１又はそれ以上の液晶ドメインを形成し、この基板間で、液晶分子は実質的に同一の符号と方向を有する配向ベクトルを有する。
【００１１】
本発明の１側面によれば、各基板は、少なくとも１つのそのようなピクセルを有する。好ましくはこれらピクセルは、実質的に隣接し共に延在する。本発明の他の側面によれば、１つの基板が複数のピクセルを含む。更なる他の側面によれば、双方の基板が複数のピクセルを含む。好ましくは、各ピクセルは、対向基板上の対応するピクセルと実質的に隣接し共に延在する。幾つかの実施の形態において、ピクセル中の面積の少なくとも６０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約１．５倍以内である。他の実施の形態において、各基板は、少なくとも１つのピクセルを含み、ピクセル中の面積の少なくとも８０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約０．７倍以内である。好ましくは、各液晶のドメイン内小さな寸法のギャップのパターンは、Ｐｇ、Ｃｍ又はＰｌからなる群から選択される１つの２次元空間群により変形する。本発明の他の側面によれば、少なくとも１つの液晶ドメイン内で、１基板上の小さな寸法を有するギャップのパターンが、他の基板上のパターンに基づき、基板の法線に垂直なセルの中心を貫通する軸の周りに１８０度回転することで得られる。幾つかの実施の形態によれば、回転軸は、ギャップの長手方向に垂直な方向に対しある角度を成し、この角度は、セルを介して液晶セル配向ベクトルが回転する角度の半分より約５度小さい角度とそれより約１５度大きい角度との間の角度である。好ましくは、少なくとも１つのピクセルを含む基板は、さらに前記液晶の配向を促すよう処理される。幾つかの実施の形態において、前記双方の基板が、前記液晶の配向を促すよう処理される。更なる実施の形態において、液晶物質は、ネガティブ誘電率非対象性を有するネマチック液晶或いはキラールネマチック液晶から選択され、１つ又は双方の基板が液晶をホメオトロピックに配向するよう処理される。
【００１２】
本発明の他の側面によれば、方法を提供する。更に好適には、距離ｔで離間した第１及び第２の基板と、それらの間に配置された液晶物質と、第１及び第２の基板上にそれぞれ配置され、且つ１つの電源に接続される第１及び第２の電極とからなる液晶セルにおいて、発明は、液晶の配向ベクトルの符号と方向を制御する方法を提供する。この方法によれば、非導電性ギャップが、電極面内に寸法を有する電極の少なくとも１つに配置され、ギャップがピクセル内にある１つのパターンを形成し、前記他方の電極との協働の基での電場印加において、電極が、ある１つの液晶ドメイン内の電位を複数の空間的繰返しを形成する。繰返しは、３つ組からなる少なくとも１つの組を含む。空間的な繰返しはさらに、液晶ドメインの最大サイズ以下の周期を有する。複数の空間的繰返しの３つ組からなる少なくとも１つの組は、波動ベクトルを有し、互いに重ねあわせるとゼロになる。更に、i）３つ組の１つが、それ自身により単独作用し、残りの２つの繰返しは互いに相互作用する。その結果、ベクトルＤの大きさ或いはその方向又は双方が空間的に変化し、これら変化は、Ｄがある１つの符号を有する場合同一符号を有し、Ｄが異なる符号を有する場合異なる符号を有する。又ii）基板の１方で評価すると、３つ組の少なくとも１つの複素振幅が、互いに重畳する場合大きな虚数部を有する。又iii）基板の１方で評価すると、３つ組の少なくとも１つの複素振幅が、ある範囲の波動ベクトルの大きさを有し、その大きさが互いに重ね合わされて、かつ他の２つの波動ベクトルのドット積の１倍の様々な波動ベクトルの和により重ね合わされて、波動ベクトルのこの範囲での積算即ち積分されることにより、大きな虚数部を有する和即ち積分値が得られる。
【００１３】
１つの実施の形態によれば、前記方法は、非導電性ギャップを配置して複数の前記ドメインを生成する。他の実施の形態によれば、前記方法は、非導電性ギャップを配置して、基板面に平行な面での寸法を有する少なくとも１つのピクセルを生成し、基板間において、ピクセルの面積の少なくとも約６０％、好ましくは少なくとも約８０％、さらに好ましくは少なくとも約９０％が、電極の導電部分の端部からの前記距離ｔの約１．５倍以内であり、好ましくは約０．７倍以内である。本発明の幾つかの側面によれば、非導電性ギャップが配置され、ドメインの境界の少なくとも１部は実質的に直線であり、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と境界とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しているか、或いは、ピクセルの端部で互いに対向する基板上の電極の端部の位置が異なる。そして、複数の前記小さな寸法のギャップが、それに対しある角度で配置される。好ましくは、前記方法は、前記非導電性ギャップをＰｇ、Ｃｍ又はＰｌからなる群から選択される１つの２次元空間群により変形する１パターン内に形成する。本発明の１つの側面によれば、前記方法は、前記非導電性ギャップの少なくとも１部を提供し、電極面内において前記距離ｔの２．５倍を超えない少なくとも1つの寸法を有する小さな寸法のギャップを生成することで、小さな寸法のギャップの少なくとも１部は、ドメインの境界からの距離ｔの少なくとも約１倍でドメイン中に配置される。好ましくは、複数の液晶ドメインを生成するようギャップを配置する。
【００１４】
前述の原理が多くの液晶ディスプレイや他の電気光学的応用に有用であることは当業者にとって明らかである。ここで述べる電極パターンは多数のセルとともに使用でき、液晶指方は電場印加時において２つより多い可能な配向を有する。限定するわけではないが、これらはホメオトロピックに配向された液晶のセルを含み、以下詳細に説明するように、平面配向を有するツイステッドネマチックセルを含み、配向はセルを介して９０度の角度ねじれる。また、これらはネガティブ誘電率非対象性を有するハイブリッドセルを含み、ホメオトロピックに配向された表面近くでの液晶の配向ベクトルは本発明のパターニングされた電極により制御される。このような電極は、スメクチックＣ、キラールスメクチックＣ、又はスメクチックＣγのような他の傾向したキラール、キラールスメクチックが充填されたセルに有用であり、連続する層での液晶方向の傾斜は、スメクチックＣで実現されるものよりより複合的である。本発明のパターニングされた電極は、スメクチック液晶物質層の法線が電極あるいは基板の法線に対し平行であるセルに特に有用である。これらはまた、ある１つの状態から他の状態へ緩和される際ネマチック或いは他の配向をダイナミックに決定するのに有効である。
【００１５】
本発明の１つの好適な応用によれば、ホメオトロピックに配向した液晶セルの配向を制御することである。このような液晶セルの１例において、セルの両面はホメオトロピック配向を促すよう処理され、キラールネマチック液晶を使用するものである。他の例は、ハイブリッドセルと呼ばれるもので、前述したように、１つの電極がラビングされ均一にパターニングされるか、或いはさもなければ、平面配向を促すよう処理される。そして、他の電極はホメオトロピック配向促すよう処理され、本発明に従ってパターニングされる。このようなデバイスがアクティブマトリックスを使用する場合、本発明は、好適には、アクティブマトリックスを含む基板をラビングする必要を無くする。本発明によるラビングされていない基板の好適なパターニングにより液晶セル中のドメイン数が有益に増加する。
【００１６】
とりわけ好適な応用として、本発明を使用し、ネマチック或いはコレステリック液晶セル中の配向を制御する。このことは、米国特許第５，４７７，３５８に記載され、参照文献としてここで加える。このセルは、２つの電極間にホメオトロピックに配向されたキラールネマチック液晶からなり、液晶の方向は、Ｚ−軸即ち、電極面の法線方向に平行である。液晶はネガティブ誘電率非対象性を有し、十分大きな電圧を印加した際、セル中の液晶方向が傾く。適当な補償手段により、非常に暗い“黒”の状態および他の所望の視野状態への動作を可能にする。本発明のこのようなデバイスへの応用は、ＸＹ−面での傾斜方向の制御であり、大きな視野角とグレイスケールを有する高性能マルチドメイン装置を比較的簡単に生産できる。
【００１７】
更に本発明は、ネマチックツイストセル中のマルチドメインパターンを形成することができる。このようなセルは、基板面内に配向するような方向でラビングした二つの表面からなる。ラビングする表面はパターニングされ、配向が、１表面から他の表面にわたり、時計回り或いは反時計回りの方向に概算で９０度回転する。このようなセルにおいて、キラールドーパントの添加或いは表面処理を行い液晶にプレチルトを形成し、これら２つの可能な回転方向間に優先順位を与える。複雑な製造工程を必要とするパターニングされたプレチルトを除き、これら技術は、セルの幾つかの部分では１つの方向に回転し、セルの他の部分では反対方向に回転することを可能にしない。これに対し、本発明のパターニングされた電極は、さらなる工程を付加することなく、セル全体にわたりねじれ方向を制御することを可能にする。
【００１８】
最後に、本発明を使用し電極を処理し平面或いは平面に近い配向を可能にする。固定強度が小さい場合、本発明は、電場を印加することでネマチックの方向を再配向し、面内スイッチング電極と同様の結果を、これらに関連して非常に複雑な製造の更なる要求無しに得ることが可能である。
【００１９】
これら及びその他の本発明の利点並びに完全な理解は、以下好適な実施例の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【００２０】
好適な実施例の詳細な説明
簡略化するため、発明に係る電極の小さな寸法のパターニングの利点を、ネガティブ誘電率非対象性を有し、主としてホメオトロピックに配向されたネマチック液晶に関連して示す。スメクチックＣ、キラールネマチック、キラールネマチックのようなポジティブ誘電率非対象性を有する他の液晶物質への応用は、本開示に基づき当業者にとって自明である。
【００２１】
一般的には、本発明は液晶セルに関し、液晶セルは概ね均一の厚さを有し２つの基板間に挟持される液晶層からなり、基板は電圧が印加される導電性領域を有する。この技術として知られるように、一般的には、基板はさらにピクセル又は他の光開口部へ分割され基板間の電位差を異なるピクセル毎に選択的に制御する。幾つかのデバイスにおいては、所望により、複数の異なる電位を各ピクセルに印加することが有益である。本発明に関連して使用するのに好適なパワー供給、アクティブマトリックス、パッシブマトリックス等を含む電極の駆動は、当業者にとって自明である。典型的には基板は、液晶の適当な配列を促すよう処理される。デバイスの光学的活性領域の典型的な面積は、０．０１乃至１００センチメータのオーダーであり、典型的には、前記層の厚さ即ちセルギャップｔよりずっと大きい。このセルギャップｔは、典型的には、１乃至４０ミクロンのオーダーであり、例えばガラススペーサー等により維持される。これら全ては当業者にとって自明である。
【００２２】
多くのデバイスでは、ピクセルは基板面内における全ての方向において、セルギャップｔよりずっと大きい直線サイズを有する。典型的なデバイスは、３００μｍ×１００μｍのピクセルと、５μｍのセルギャップを有するが、幾つかの応用において、このようなセルギャップを有する１ｍｍ×５ｍｍオーダーのピクセルを使用しうる。更に、光シャッターや非常に大きなデバイスのような単一ピクセルデバイスは、1辺が数センチの１つのピクセルを有する。本発明の好適な応用において、基板面内のピクセルの寸法は、顕著に大きく、例えばセルギャップｔより少なくとも約５倍大きい。本開示により明らかになるが、本発明は対向する基板にそれぞれ配置された単一の電極内のギャップに関し、他の寸法より小さな厚さを有するセルに電位差が印加された際、セル中の電極面内平均電場は非常に低いと予想される。面内平均に限り、ピクセルの境界から来るものとの妥当な解釈ができる。したがって、平均電場は、１つの基板から他の基板へと向かうものである。ピクセル内の可変電位およびピクセルの境界に基づかない空間的に可変電場につき、以下周期的（繰返し）関数として議論する。
【００２３】
図１は、ここに参考文献として加える米国特許第５、４７７、３５８号に記載されるような、ホメオトロピックに配向されたキラールまたはアキラール液晶セル内の電極の作用を示す。図1は、前記特許で議論した液晶のホメオトロピック配向を促すよう処理された２つの基板３及び５間の液晶１を示す模式図である。ネマチック方位即ち液晶分子１の長軸の概平均配向が、フレデリック転移を誘起するのに十分な電場の印加に続いて現れる。セルの中心における液晶の配向ベクトルの基板３及び５の面に平行な面９へ投影した成分をベクトルＤで示す。このようなセルの電場が増加すると、配向ベクトルは、通常の概ホメオトロピックな配向から図1に示した傾向した配向へと歪む。完全な等方系において、２つの電極間の中間に位置する配向ベクトル７は傾くが、この傾きは図１の９で概略的に示すようにＸＹ−面内のいずれの方向でもよい。換言すると、極性角ＰＡ即ち配向ベクトルが電極表面の面内に垂直な直線（ｚ−軸）に対して成す角度は一定であるが、方位角ＡＡ即ち配向ベクトルの面９への投影成分が電極内の任意に選択された線例えばＹ−軸に対し成す角度は任意である。配向ベクトルの極性角は、例えば本発明の電極パターンを使用して制御可能であるが、この場合を除けば、電場印加時で配向ベクトルはランダムである。
【００２４】
このベクトルＤのランダムな方位は多くの応用において好ましくなく、したがって、ベクトルＤが、1又はそれ以上のドメイン内で概ね同一となるよう制御し、ドメイン内でその方位と大きさを概ね一定にすることが有用である。ベクトルＤを有するドメインの形成を促すように基板を処理していないセル中では、電場の無印加によるセルのスイッチオン時にゆっくりと動作する。液晶のランダム動作（熱的）揺らぎ或いはセルの不均一性のいずれかにより、ベクトルＤは、様々な場所で様々な方位を有する。液晶は、全ての隣接する分子が同一方向に配向した場合、自由エネルギーが低くなるので、これが高自由エネルギー条件だと、一般的に時間がたつにつれ緩和さればらけてより均等な構造となる。これには時間がかかるが、ベクトルＤ中の様々な方位により形成されるパターンがｔの１０乃至２０倍のオーダーで互いに離間した構造を含んだ時、概ね有効に前記緩和が停止する。このことは、しばしば、欠陥或いは回位（ディスクリネーション）領域と呼ばれ以下回位（ディスクリネーション）領域という。このような回位（ディスクリネーション）領域の中心では、ベクトルＤの大きさはゼロである。基板の法線に沿った視点でのベクトルの空間的配列を示す図２で判るように、ベクトルＤは、３６０度全方向で回位（ディスクリネーション）領域の中心から周囲へと向かって伸びている。したがって、ベクトルＤを配列する機構は無く、ベクトルＤはセル中を非常にゆっくり移動するが、ベクトルＤが概ね一定となる明確なドメインは形成しない。
【００２５】
前述の動作に代え、顕著に配向するメカニズムが存在する。ここではドメインウォールと呼ぶ欠陥或いは回位（ディスクリネーション）構造により境界づけされた明瞭なドメインが存在する。ドメインの境界の一部を形成する明確に異なる２つのタイプのドメインウォールが存在する。第１のタイプのドメインウォールは、図２ｂで判るように、回位（ディスクリネーション）領域でのベクトルＤの方位が典型的には１８０度未満の角度で変化するものである。したがって、ベクトルＤの方位は回転するが、一方でベクトルＤの長さは減少傾向にあるがゼロにはならない。第２のタイプのドメインウォールは、図２ｃで判るように、回位（ディスクリネーション）領域でのベクトルＤの方位が１８０度変化するが回転はしない。一方ベクトルＤの長さは変化し、ドメインウォールの中心でゼロとなる。配向メカニズムが存在する場合であっても回位（ディスクリネーション）にすることは可能であるが、回位（ディスクリネーション）の本質は明らかに変化する。回位（ディスクリネーション）領域は典型的には３つ又はそれ以上のドメインウォールが合流する点或いは図２ｄで明らかなように、第１のタイプのドメインウォールの中心に存在する。これらドメインウォールの1又はその他の緩和は、以下詳細に説明するよう多くのファクターに依存する。
【００２６】
ドメインウォールの幅とりわけ第１のタイプのドメインウォールの幅は、配向メカニズムの強度に依存し、配向メカニズムの強度が増加するとその幅は短くなる。加えて、第２のタイプのドメインウォールは、一般的には配向メカニズムの強度が減少すると第１のタイプのドメインウォールになる。しかしながら、ベクトルＤの回転が止まるか或いはその長さが変化しなくなるはっきりとした境界は存在しない。更に、本発明の配向メカニズムにより、一般的には、ベクトルの配向が実質的に同一なドメインが無いにもかかわらずベクトルＤの方向と長さとが変化する。したがって、ここで用いるように、ドメインの境界は、ベクトルＤの長さがドメイン中の平均長さの５０％未満まで減少するか、或いはベクトルＤの配向角がドメイン中のベクトルの平均方向から３０度を超える位置である。したがって、ドメインの内側から外側へ移動する際、前記パラメータのいずれかが一致すればドメインの境界に達する。但し、ピクセル或いは他の光開口部の境界において、このドメインの境界は、ドメインウォールの1辺を貫通するか或いは回位（ディスクリネーション）領域を含むか、或いはその両方である。
【００２７】
また、配向ベクトルの配向はある１つの符号を有し、この場合図１のＸＹ面９への配向ベクトルの投影部分に相当するベクトルＤに対しＸＹ面９内のベクトルの相対的方向に相当する符号が付与されることは重要である。図１で明らかなようにベクトルＤは、配向角が制御されない場合、ＸＹ面９内の各ポイントと関連つけされる。ＸＹ面９内の任意の線を選択し、1つの符号をこのベクトル化された配向ベクトルの投影部分に割当てて、配向を記す。ここでベクトルＤは逆の符号を有する。Ｄの方向と符号とを制御するよう配向を制御することは、オフアングルでの視野やドメイン境界の数や位置の制御が所望されるような幾つかの応用において重要である。すなわち、電極の非導電性ギャップの小さな寸法のパターンを使用し、液晶の配向ベクトルの配向の方向または方向と符号との双方を電場印加の下制御することが可能である。
【００２８】
シンプルな小さな寸法のパターンは、ここでは、小さな寸法のギャップまたはギャップの小さな寸法の部分であり、それ自身で、Ｄの方向だけ制御し符号は制御しない。しかしながら、複合の小さな寸法のパターンは、小さな寸法のギャップまたはギャップの小さな寸法の部分であり、それ自身で、Ｄの方向だけでなく符号をも制御する。小さな寸法の非導電性ギャップ又はその部分は、電極面で、セルギャップである距離ｔの約２．５倍を超えない、好ましくは約２．０倍を超えない少なくとも１つの寸法を有するものである。さらに好ましくは、小さな寸法の非導電性ギャップは、前述の寸法を有するギャップとして画定され、少なくともその1部は、以下より詳細に説明するように、液晶ドメインの境界ないで距離ｔの少なくとも約１．０倍さらに好ましくは約２．０倍となるよう配置される。同様に単語ギャップは、電極表面の非導電性部分を示す。好適な実施の形態において、一般的には、ギャップは、形成したパターンを使用したエッチングや、フォトリソグラフィーのような既知のほうほうで電極が除去された基板の部分である。
【００２９】
図３を参照すると、発明の1実施の形態における電極中の非導電性ギャップのシンプルな小さな寸法のパターンの作用が示される。図３は、それらの間に配置されるネガティブ誘電率非対象性を有するホメオトロピック配向されたアキラールネマチック液晶用の単純ストライプ電極を示す。電極は３Ａおよび５Ａで示し、電極中のギャップは、３Ｂおよび５Ｂで示す。図３は、電場印加時の小さな寸法のストライプパターンにより構成される２つの配向ベクトルをしめす。示されるように、ベクトルＤは、Ｄおよび-Ｄで示すように、ベクトルＤが取り得る２つの符号を伴い非導電性ギャップの端部に実質的に平行に配向される。したがって、示されたストライプパターンは、Ｄの方向をストライプに平行に制御し、一方Ｄの符号は制御されず、この場合Ｙ−軸上でポジティブ或いはネガティブのいずれの方向でもよい。したがって、図３に示す電極パターンはＤの方向は制御するが、その符号は制御しない。
【００３０】
より詳細には、ネガティブ誘電率非対象性は、ネマチック配向ベクトルが電場に対しできる限り垂直に近づくとき自由エネルギーが低くなることを意味する。等業者にとって周知であるように、パワー線は１つの電極から始まり他の電極で終端する。そして常に電極に垂直である。したがって、パワー線は電極内のギャップ３Ｂおよび５Ｂに向かい傾いて指向する。電極３中の約２．０ｔより大きな幅を有する大きな寸法のギャップの場合、電場は、ギャップに垂直なベクトルＤに対し傾き、非導電性ギャップを指向し電極から離間することが予想される。このことは、セルギャップｔの２倍かあるいはそれより大きい幅を有し、ｔより大きく離間された非導電性ギャップにおいては確認されている。しかしながらネマチック液晶では、オーダーパラメータの方向を変えるには粘性エネルギーを必要とする。本発明に係る小さな寸法のギャップに関していえば、粘性エネルギーは傾き方向にとって重要であり、セル中で概ね一定であると予想される。図３に示すよう、ギャップに平行な場合、配向ベクトルはどの場所でも電場にほぼ垂直である。したがって、発明の本実施の形態によれば、図３は小さな寸法のパターンを示し、非導電性ギャップ即ちストライプ３Ｂおよび５Ｂの幅はセルギャップ即ち厚さｔの約０．５倍と２．５倍の間であり、より好ましくは約０．５倍と２．０倍の間であり、ストライプに概ね平行にＤの方向を制御する。
【００３１】
前述したように、本発明の小さな寸法の非導電性ギャップは、電極面内において、距離ｔの２．５倍を越えない、好ましくは２．０倍を超えない少なくとも1つの寸法を有するものである。与えられた１つのピクセル中で単にＤの方向を制御することが所望される場合、これら小さな寸法のギャップは、ピクセル内の面積の少なくとも約６０％、より好ましくは約７５％、さらに好ましくは少なくとも約９０％が、電極の導電性部分の端部からの距離ｔの約１．５倍以内、より好ましくは約０．７倍以内となるよう１つのピクセル中に配置される。加えて、与えられた１つのピクセル又はその1部中でＤの符号と方向との双方を制御することが所望される場合、1又はそれ以上の小さな寸法のギャップは、少なくともその1部分が、電場印加時で液晶の境界内で距離ｔの少なくとも約１．０倍、より好ましくは約２．０倍以内となるよう配置される。
【００３２】
小さな寸法のギャップは、大きな寸法のパターンとは区別できる。それらを形成するギャップの物理的寸法すなわちより小さいギャップからの距離やドメイン境界の位置や配向のようなこれらの位置に関し、大きな寸法のパターンは、前述の小さな寸法のギャップやその部分とは区別されるが、その間は連続している。大きな寸法のパターンを形成するこれらギャップおよびその1部は、典型的には、電場印加時において概ねドメインウオールに隣接するか沿うように配置される。このことは、ギャップの大きな幅、端部での電極の作用、小さな寸法のパターンまたは、これら作用の幾つかの組み合わせによるものである。したがって、図４ｂのギャップのように相互に接続し連続したギャップを有するパターンを単一ギャップとして特徴付けした場合であっても、電場印加時において液晶ドメインに関し位置や配向に基づき互いに区別され得る部分が形成される。加えて、ピクセルの端部での電極パターンは、一般的には、大きな寸法のパターンの一部であると考えるべきである。一般的には、1方又は双方の基板上の電極は、ピクセルの端部で終端しギャップを有する。これら電極端部の位置は各基板間で同一であることが必要である。端部の位置のこのような違いは、ピクセル内でのワイドギャップと実質同一の作用効果を有し、電極中のギャップの一部および大きな寸法の構造体の1部であるとみなす。
【００３３】
加えて、典型的には電極のギャップ又はその1部により形成される大きな寸法のパターンは、必ずしも必要でな無いものの、電極面内に少なくとも１つの寸法、具体的には、ｔの約４倍より大きな長さを有する。しばしば、電極構造体中に大きな寸法のパターンを形成するギャップは、小さな寸法のギャップより大きな幅、具体的には、ｔの約２−２．５倍より大きな幅を有する。例えば、米国特許第５、３０９、２６４に開示のギャップは、大きな寸法のパターンの全部又は一部について概ね２ｔの幅を有する。しかしながら、小さな寸法のパターンと協働する大きな寸法のパターンは、好適には、小さな寸法のパターンと協働しない大きな寸法のパターンより小さな幅を有してもよい。さらに、ドメイン中でＤの方向と符号とを決定するギャップの小さい寸法の部分の最大幅或いは水平寸法は、ドメインウォールの位置を決定するギャップの大きい寸法の部分の最小幅より大きい。小さい寸法のギャップ或いはその1部は、好ましくは、液晶ドメイン中の小さいパターンを有する電極表面の大部分を覆う。小さい寸法のパターンが変化する場合、概ね１つの統一方向に延在するギャップを有する妥当に均一パターンを有する。これに対し、大きな寸法のパターンに関連するギャップ或いはその部分の長手方向は、互いにはっきりと異なり隣接する小さい寸法のギャップ或いはその1部ともことなる。具体的には、隣接する小さい寸法のギャップの平均長手方向とは２０度以上の角度異なる。最後に、大きな寸法のパターンを形成するギャップ或いはその部分は、概して比較的遠くに配置された同様のギャップ、具体的には、５ｔより離間した同様のギャップと協働してベクトルＤを制御する。例えば、このようなギャップ或いはその部分から５ｔより離間した１つの電極の２つのパーツを設計して、Ｄの方向と符号とを明確に相違させる。さらに、大きな寸法のギャップ或いはその部分は、Ｄの配向にほぼ垂直なベクトルＤの２つの方向の間の角度の二等分線の２０度以内で、長手方向を有し、液晶ドメイン間のドメインウォールに隣接する。したがって、小さい寸法のギャップ或いはその部分を形成し、大きな寸法のギャップ或いはパターンを構成するギャップ或いはその部分間の主な相違点は、電場印加時において、小さい寸法のギャップの殆どが液晶ドメイン中にあり、ギャップの大きな寸法の部分が隣接するドメイン境界線に沿うことである。したがって、単語「小さい寸法のギャップ」は、前述のパラメータを有する不連続性ギャップ或いは大きな連続性ギャップの一部のいずれかを意味する。
【００３４】
いずれにせよ、図３に示すパターンに印加されてフレデリック転移を誘起するのに十分な電場は、Ｄおよび-Ｄの２つの取り得る方向に実質的に平行に配向する配向ベクトルを大領域中に形成する。これは、配向ベクトルがセル中で殆ど変化せずエネルギーが最も低い構成をとると仮定した場合、配向ベクトルが、電極面内の電場の成分に垂直であるためである。２つの取り得る配向ベクトルの方向の各々は、概ね同一の光学的性質を有するので、パターニングのこの手法は多くの応用に適している。このような応用は、日本国特許５７−６３３７８に開示されるような切り替え可能な双恒常的吸収性ディスプレイの性能の向上や、切り替え可能な双恒常的偏光器やピクセルが十分大きいかあるいは角度関数としてグレイスケールがあまり重要でなく、配向ベクトルのランダムな符号がディスプレイの性能に顕著にネガティブな影響を与えないようなディスプレイを含む。
【００３５】
図３が１つのセル基板の1ピクセル或いはその他の光学素子を示すと推定すると、ギャップは、セルギャップｔの約３倍以下の空間的周期Ｐを有する繰り返しパターンを有し、ピクセル内の電極のほぼ１/２が欠けているか或いは非導電性である。小さな寸法の電極パターンの作用効果の大半は、電極に非常に近いある領域に限定されないことが、一般的には好ましい。液晶上の電極パターンの主な作用効果は、電位を調整し、液晶の配向に効果を及ぼすよう調整された電場を生成することである。当業者にとって自明なように、電場変調の寸法はｐ/２πで与えられる距離に関し顕著に変化即ち、指数関数的に減少する。ここで、ｐは電場の繰返し周期である。このことは、小さな寸法の電極パターンがパターンを変えることなく平行移動できる距離に相当する。ネマチック液晶に印加される電場の作用効果は、主として電場の２次方程式である。したがって、電場の唯一の積はこれらパターンの有効性を決定する際に主として関心されることである。
【００３６】
知られているように、このような空間的に変化する電場の２つの積に比例する液晶の作用は、２つの対応する指数関数の積となる。したがって、面内空間変化電場に比例する作用に関していえば、ｐ１およびｐ２が関連する２つの電場の周期であり、ｔがセルギャップである場合、和ｔ２π/ｐ１＋ｔ２π/ｐ２が単一性と比較して大きすぎないことが好ましい。加えて、セル中で減少しない均一電場が存在する。この均一電場と単一の空間的に変化する電場との積に単に比例する作用は、ｔ２π/ｐが単一性と比較して大きくないという弱い制約を有する。最後に、電場の空間的に変化する成分の大きさは、ある１つの与えられた周期で除去された電極の面積が増加に伴い急激に増加する。これに対し、周期は十分小さいものの、均一電場の大きさは、導電性電極が非導電性ギャップにとってかわられた場合比較的ゆっくりと減少する。したがって、一般的には、大きく配向した電場が望まれる場合、除去された電極の重要部分を有することは有益である。一般的に言えば、さらに、本実施の形態および他の実施の形態に関し、より小さな寸法のギャップ又はギャップの小さな寸法の部分はがとりわけ大きなピクセルにとってベターである。小さな寸法のギャップ又はギャップの小さな寸法の部分の数を増加した場合、製造段階での実際のパラメーターとしてのこり、かつ導電性の表面の量が、十分に垂直な電場の強度をもうこれ以上維持できない点まで減少することがない限り、本発明の利点が最大になる傾向にある。好ましくは、本実施の形態および他の実施の形態において、与えられたピクセル或いは基板表面の他の光学開口部の面積の少なくとも約６０％、より好ましくは８０％さらに好ましくは少なくとも約９０％が、電極の導電性部分の端部から距離ｔの約１．５倍以内、好ましくは約０．７倍以内に収まる。
【００３７】
図３は、恐らく最もシンプルな形態としてＤの配向ベクトルを制御するのに適した好ましい小さな寸法のパターンを示すが、概ね直線状の小さな寸法の非導電性ギャップを有する他の概ね直線状平行パターンも使用し得る。重要な制約は、電極内の非導電性ギャップの幅が距離ｔの２．５倍を超えないか、より好ましくは２．０未満であることである。特に、典型的には基板面に平行なＸＹ−面内に、約５０×１５０ミクロン乃至２００×６００ミクロンのオーダーの長さと幅とを有するセル基板状のある与えられた１つのピクセルにおいて、発明の本実施の形態に係る非導電性の小さな寸法のギャップおよびその部分は、概して、ＸＹ−面内に他の寸法より実質的に大きな1つの寸法を有する。この寸法が長手方向におけるギャップの長さである場合、ギャップの幅は厚さｔの約２．５倍未満好ましくは０．５倍乃至２．０倍である。デバイス作成に関する唯一の課題は、選択された方向（例えばストライプの方向）およびこれらに平行な方向（反平行）に垂直な面内電場の寸法の相違であるとすると、適当な周期とギャップ幅を有する図３に示すシンプルなストライプパターンは、概して好ましい。このパターンからずれると、平行電場が減少するか或いは垂直電場が増加する。しかしながら、面内電場の寸法に加え多くの課題がある。更に、平行電場が垂直電場に比べ十分大きい限り、ベクトルＤの配向が揃うことが予想されよりゆっくりになりよりランダム性に対し敏感になる。製造可能性は、ストライプパターンを有用に変更するという１つの課題である。例えば大きなピクセルに関して、非常に長く薄い配線例えばＩＴＯから長く薄いギャップをエッチングした後に残存するＩＴＯ電極の長く薄い部分は、欠陥を有し、その結果オープンサーキットが形成される。即ち、電源に接続されない電極の部分が形成される。ピクセルが、ストライプの場合のように概ね平行な長手方向を有する繰返しパターン中にこのようなギャップを複数含む場合、たとえ図３中の形状のように非導電性ギャップ完全な矩形でなくとも図３に示すようにＤの方向は制御される。たとえば、このような幅を有するギャップは、ギャップの幅、長手方向および周期の効果が電極およびギャップに隣接する液晶のＤの方向を制御し、ギャップのパターンの長手方向に概ね平行であり、更に、この効果が対向電極上のギャップ或いはピクセル内の他のギャップのパターンにより打ち消されない限り、サイン（正弦）曲線状でもジグザグでもよい。このようなパターンの効果は、このようなギャップをもっと使用するかあるいは、好ましくは、与えられたピクセル或いは基板表面の他の光学開口部の面積の少なくとも約６０％、より好ましくは約９０％が、電極の導電性部分の端部から距離ｔの約１．５倍以内、好ましくは約０．７倍以内に収まるようなギャップを使用することで高められる。あらゆる小さな寸法のギャップ又はパターンから離間した領域は、配向ベクトルの沢山の配向と一致し、したがって、概して、ゆっくりとした動きを示し最終的には好ましくない長く永続する欠陥ができる。更に、本発明に係る小さな寸法のギャップにより双方の電極がパターニングされれば、概して好ましい。もちろん、このような非導電性ギャップの長さが１つのピクセルの長さ或いは幅のいずれかになるか或いはそれらの一部のみをカバーしてもよい。発明の本実施の形態に係る好適な長手方向ギャップの形状およびパターン例えば他の好適な直線状平行パターンは、本開示に基づき当業者にとって自明であるか或いは経験上決定できる。
【００３８】
１つの電極上の小さな寸法のパターンを使用し、対向電極上の１つの連続的な電極のようにパターンを使用しないことでも配列を達成できるが、好ましくは双方の電極上の小さな寸法のパターンを使用することで配列の優れた制御が得られる。アキラール液晶の場合、図３の好ましい小さな寸法のストライプパターンあるいはＤの方向制御に好適な比較的概ね直線状の平行パターンは、両基板上で平行であるべきである。これに対し、液晶がキラールである場合、配向ベクトルは、１つの基板から他の基板にかけて概ね回転する。このような系において、ストライプの方向或いは他の概ね直線状の平行なパターンの方向は、対向基板に対して配向ベクトルが回転する角度よりわずかに小さい角度だけ回転する。このことは、各ストライプパターンは電極上ではないが電極近傍で配向ベクトルに影響を与える。セルギャップｔに対するパターンＰの周期の比は大きく、上下パターンが回転すべき角度は小さい。当業者にとっては自明であるが、液晶セルを貫通する面内に縞を有する電場は概ねＰ／２πである。方位に効果を及ぼすこれら電場の平方は概ねＰ／４πに至る。回転角度は、２つの電極の配向の影響が互いに一致するように調整すべきである。このことは、２つの電極上のストライプ間の角度が、配向が、電極５の上Ｐ／４πと電極３の下Ｐ´／４πとの間の領域内で回転する角度に近いことを意味する。双方の電極がストライプ或いは他の線形平行パターンを有するなら、原理的には、ストライプ或いは線形パターンをの相対変位の効果はある。殆どのセルでは、これら効果は、ストライプが平行の時最大になる。しかし、これら効果の結果は単に、ベクトルＤに垂直な付加的な電場が発生するのみで、本発明にとって不利に働かない。したがって、このような応用にとって基板のクロスレジストリ（配置）はあまり重要ではない。
【００３９】
図３から判るように、Ｄの方向だけを制御することで、液晶ドメインはランダムになり、液晶の幾つかの領域ではＤが実質的にある１つの符号となるよう配列される一方で、他の領域ではＤが実質的に逆の符号となる。これらはっきり区別できる配向ベクトルの配列を分離するドメインウォールは、光学的にはドメインそれら自身とは異なる。ドメインウォール或いは回位（ディスクリネーション）が重要となる応用に関し、発明の前述の実施の形態にしたがって配向ベクトルの方向を単に制御するだけでは不充分である。これらの応用においては、例示するストライプパターン或いは均等な概ね線形の平行なパターンにより取り得る２つの配列が制御されなければならない。これは、電場の存在下でＤの方向だけでなく符号も制御することで得られる。本発明によれば、これは、複合した小さな寸法のパターンを使用することで、或いは複合或いはシンプルな小さな寸法のパターンと大きな寸法のパターンとの組み合わせで、或いは、これらのいずれかと液晶が好適な傾斜角度を持つよう表面処理することとの組み合わせにより行われる。
【００４０】
1つの実施の形態において、Ｄの方向と符号との双方を、本発明のシンプルな小さな寸法のパターンを、ここに参考文献として加えるライン（Ｌｉｅｎ）等の米国特許第５、３０９、２６４に開示されるような大きな寸法のパターンとの組み合わせで使用することで、制御することができる。電場の存在下において、与えられたある１つのピクセル内の非導電性ギャップのパターニングにより、ピクセル内に1又はそれ以上の液晶ドメインを形成し、各ドメインは電極面に平行な面内での液晶のある領域により画定され、この領域内では、液晶分子の配向は、概ね同一の方向と符号とを有するものである。この実施例において、非導電性ギャップのシンプルな小さな寸法のパターンは前述したように機能し、与えられたある１つのドメイン内でＤの方向を制御し、一方、非導電性ギャップの大きな寸法のパターン或いは大小の寸法のパターンの組み合わせの効果によりそのドメイン内でＤの符号を誘起する
最良の実施の形態において、非導電性ギャップの大きな寸法のパターンは、与えられたある１つのピクセルに隣接する液晶が電場の存在下でマルチドメインを形成するようなパターンである。ここで、大きな寸法のパターンは、各ドメインウォールを画定するか或いは各ドメインウォールと同一空間に延在するか、或いは距離ｔの少なくとも約１．０倍の距離、好ましくはドメイン境界から少なくとも約１．５ｔ乃至２ｔまたはそれ以上の距離を有する部分を有するシンプルな小さな寸法のパターン或いはギャップの部分と同一空間に延在する。代替的には、非導電性ギャップをパターニングし、大きな寸法のパターンがピクセルの端部に配置され、小さな寸法のギャップがそのピクセルの領域内に配置されるよう、ある１つのピクセル中に単一ドメインを形成してもよい。
【００４１】
この手法におけるＤの方向と符号の双方を制御したことによる有益な結果は、ドメインの数と位置とを制御できることであり、したがって、ある１つのピクセルあるいは数多くのピクセル中の光学的に異なるドメインウォールの数と位置とを制御できることである。さらに、大小寸法のパターンを組み合わせて使用することは、大きな寸法のパターンだけ使用するよりすぐれており、欠陥が少なくなりスイッチングが高速になる。
【００４２】
図４は、ネガティブ誘電率非対象性を有するキラールネマチック液晶に使用するのに好適な大小寸法のパターンの様々な組み合わせを示したものである。当業者であれば、本開示の視点で、これら或いは他のパターンを他の液晶材料およびセルに適用できるであろう。図４aは、基板の法線に沿った方向で見た際のある１つの与えられたピクセルの電極パターンを模式的に示すものである。ここで、電極の導電部分は陰影領域で現す。このようなパターンは、左巻きピッチを有するキラールネマチック液晶に好適である。図４aにおいて、大きな寸法のギャップパターンは広く離間した水平ギャップであり、上部電極３では６で示し、下部電極５では８で示し、小さな寸法のギャップは、陰影付けされた電極３Ｂおよび５Ｂの傾斜した櫛状部分間の非導電性空間で画定される。このようなセルにおいて、基板は約５マイクロの距離ｔ離間しており、小さな寸法の非導電性ギャップ３Ｂおよび５Ｂは、概ねｔに等しい幅を有する。同様に、電極３Ａ及び５Ａの導電性部分の幅もまた、概ねｔに等しい。対角状の電極組の間に大きな寸法のギャップを形成する距離ｄは２ｔである。したがって記載された電極パターンは、括弧Ａ，Ｂ，Ｃで概略的に示された３つの液晶ドメインＡ，Ｂ，Ｃを形成し、セルの中心では、Ｄの方向は同一であるが、Ｄ，-Ｄで示す符号は異なり、各々ドメインＡ，Ｂ，Ｃ内では実質的に同一である。光学的には、ドメインＡ，Ｂ，Ｃの境界はギャップ６および８に沿ったドメインウォールで画定される。もちろん、図４aは、ピクセルの実質的に大部分において繰返され、図示しない多くの付加的なドメイン及びドメイン境界を形成するパターンの一部を示しているに過ぎない。小さな寸法の非導電性ギャップ３Ｂ及び５Ｂは、主としてドメイン中に配置され、ドメイン境界から少なくとも２ｔの距離離れた部分を少なくとも含む。ドメインＡ，Ｂ，Ｃ内で電極の導電性部分の端部から１ｔより大きく離間した基板部分は無い。図４aは、またキラールネマチック液晶用に用いる上下電極上の小さな寸法の非導電性ギャップの相対角のずれを示す。上部電極上のこれらギャップが下部電極上のギャップと成す角度は、セル中を移動する液晶のナチュラルな回転よりわずかに小さい。
【００４３】
もちろん、図４aに示すパターンは単に示され、非導電性ギャップおよび導電性電極の寸法は本発明を逸脱せずに変わりうることは、この開示の視点で当業者にとって明らかになるであろう。とりわけ図４aに示したパターンは、セルギャップの２倍またはそれ以上のオーダーでみて、大きな寸法のパターンを形成する水平に広く離間したギャップ６および８が非常に広い限り、欠陥が無い。なぜなら、好適なドメイン構造では、方位角はドメインウォール内で約１８０度回転するからである。もしギャップが十分広くない場合、ギャップの中心での傾きはゼロでない。もしギャップが第２のタイプの１８０度ドメインウォールを形成するに十分大きくなかった場合、単一ドメイン中に２つのいくらか異なる配向が存在し、このことは、大きな寸法のギャップを貫通する際、異なる方向で１８０度よりいくらか少ない角度回転することに相当する。これら２つのわずかに異なる配向は、図２ｄに示す大きな寸法のギャップの中心での回位（ディスクリネーション）により分離される。これら異なる配向は、一般的には好ましくない動きをする。この問題は、原理的には、小さな寸法のパターンの適当な変更、具体的には２つの取り得る可能な回転のうち１方或いは他方の好ましい回転を行うことで抑制可能である。しかしながら、この問題は、１８０度ドメインウォールに特有の問題である。したがって、所望されるドメインの全てではないドメインが１８０度異なる配向を有する状況では、１８０度以外の角度を有するドメインウォールを持つことが好ましい。このことにより、概して好適には、小さな角度を有するドメインウォールが概ねより狭い場合、輝度が増加する。加えて、所望の視野角動作を有するが、より明るく概して好ましい。
【００４４】
図４ｂ-eは、非導電性ギャップの大きな寸法のパターンとシンプルな小さな寸法の非導電性ギャップとを組み合わせた電極を示す。このギャップは、マルチ液晶ドメインを形成し、ドメインウォールはけして１８０度ドメインウォールではなくむしろ９０度ドメインウォールである。再び基板法線に沿ってパターンを見ると、図４ｂ及び４ｃはそれぞれ下部電極２０および上部電極３０を示し、一方図４ｄは、セル中で1方が他方の上に配置された場合の電極のレジストリ（配置）を示す。上部電極が基板法線垂直軸の周りに下部電極に対し１８０度回転する場合を除き、パターンは同じである。図４ｂ-４eの導電性電極は、陰影付けされた領域で示され、一方非導電性ギャップは、陰影付けされていない領域で示される。電極４ｂおよび４ｃ間のセルギャップｔは５μｍであり、パターンは、ピクセルを幅２０．８ｔおよび長さ５６．８ｔに画定する。非導電性ギャップ２４および３４は、陰影付けされずにＸ’で示されるように、３ｔの幅をそれぞれ有し、大きな寸法のパターンを形成する。陰影付けされＸ’で示されるように、対角状導電性電極２２および３２は、１．６ｔの幅である。大きな寸法の水平パターンを形成する陰影付けされずに示されたギャップ２３および３３は、電極２５および３５もそうであるように、２ｔの幅である。小さな寸法の非導電性ギャップ２６および３６並びに導電性電極２８および３８は、１ｔであり小さな寸法のストライプパターンの周期は２ｔである。４ｃ中に形成されたピクセルは、大きな寸法のパターン２４および３４に沿った境界で分離される七つの液晶ドメイン４１乃至４７を形成する。図４aのパターンに関し、小さな寸法の非導電性ギャップ或いはギャップの部分は、主としてドメイン中に配置され、ドメイン境界から少なくとも２ｔ離間する少なくとも1部を含む。ドメイン４１-４７中の基板で、電極の導電部分の端部から１．５ｔ以上の部分はない。図４eから判るように、４ｂおよび４ｃのパターンは個別のピクセル或いはセルの他の光学的開口を形成するか、或いはセルの大部分を占める繰返しパターンの一部を形成する。他の好適な実施の形態において、Ｄの符号と方向との双方を、ギャップの大きな寸法のパターンを使用することなしに、1又は両方の電極上の適当な複合の小さな寸法のパターンを使用して制御することができるが、所望により、大きな寸法のパターンを小さな寸法のパターンと協働で使用してもよい。
【００４５】
小さな寸法のギャップパターンを単独で使用してベクトルＤの符号並びに方向を決定するには、一般的にはＤの方向を単に決めるよりも更に複雑なパターンを必要とする。前述したように、これは非常に小さなネット平均面内電場が、２つの基板を分離するｔよりずっと大きな面内寸法を有する２つの基板に関連するためで、これら電場は、電極の境界に主として依存する。したがって、電極法線に沿った単に大きな均一電場はＤの符号を決定しないので、シンプルな例えばストライプ形状の小さな寸法のパターン内の均一電場の積を利用してベクトルＤの符号を決定する方法はない。以下、ベクトルＤの符号を決定するのにばらばらで或いは一緒に使用し得る２つの技術につき述べる。これら実施の形態の各々が、より複雑な電極パターンに関し、電場の変化に相当するベクトルＤの大きさ又は方向の変化は、ベクトルＤの１符号を他の符号より好む。これは、ベクトルＤの大きさか或いは方向のいずれかを変化させることで行う。単一電極上のパターンか或いは互いに対向する電極上のパターンの相互作用で電位及びベクトルＤの変化を起こすことは可能である。液晶配向ベクトルの実質的に全てがベクトルＤの同一符号を有するようドメインを形成するためのギャップの周期系に関し、Ｄの変化及び電位の変化は、同一周期でなければならず、最良の結果として、周期の特定揺らぎにより互いにずれる。非周期性の系でも類似の制限がある。しかし、２つの電極が協働してベクトルＤの変化と電位の変化とを決定する場合、これら２つの変化の相対的ずれは互いに対向する電極上のパターンの相対的な変位即ちレジストリ（配置）により全部或いは一部が抑制される。パターンの周期が小さい場合それは有益であるので、電極のレジストリ（配置）を良く制御することが要求される。これは、現在の製造技術を使用すれば、難しいが、両立できる。図５aに示すように各電極をパターニングすることで、Ｄの符号と方向とが揃う。これは、電場の変化と同一の周期を有するＤの大きさの変化によるものである。しかしながら、たった1方向であっても、電極の適当なレジストリ（配置）が必要である。以下用語「水平」及び「垂直」を使用し頁の底部に関しこれら用語の通常の意味の範囲ないで図の面内での配向を説明する。図５の電極は、破線５０で概略的に示すようにほぼ水平ストライプを有するギャップのシンプルなパターンからなり、キラール物質のストライプパターンに関連して説明したように、このストライプは互いに対向する電極上で異なる方向に回転される。しかしながら、５１で概略的に示す多くの垂直電極即ち配線でストライプギャップを遮断することでこのパターンを変更してもよい。好適には、このことにより、多重に接続される電極が形成され、電極の意図しない開口部は少ない傾向にあり、結果としてオープンサーキットが形成される。ストライプは、ＶＰで示す垂直方向におけるｔの２倍の周期を有し、ＨＰで示すように水平方向の周期は３ｔである。水平ストライプは、１０度回転し、導電性及び非導電性部分は、同一幅を有するものである。垂直配線５１は１ｔの幅である。
【００４６】
前述のパターンでは、概ね水平（１０度回転）なストライプ５０により配向ベクトルが、電極のレジストリ（配置）の変化とは関係なく、水平に整列する。これにより、垂直な配線５１のため水平電場の効果が現れる。加えて、垂直な配線５１により基板法線にそった電場の大きさが変化し、Ｄの大きさが変化する。これらにより、水平指紋模様の電場が発生する。図５aに示すように、電極は、周期の４分の1だけ各水平方向が互いにずれた場合、ベクトルＤの大きさは２つの垂直配線５１のいずれかによりカバーされる半周期が大きくなり、２つの垂直配線が重ならないとき小さくなる。周期の前半の中心付近での指紋模様の電場は、したがって、周期の後半のそれよりも重要である。結果として、セルのＤの好ましい配向は水平である。この符号は、セルの中心での液晶の配向ベクトルは、、互いに対向する基板上に配置された隣接する垂直配線の組の中心どうしを接続する最短線にたいしては、平行よりもむしろ垂直に近くなるような符号である。明確には、しかしながら、図５ｂおよび５ｃに示すように電極が、水平方向の半周期のいずれかの分だけ互いにずれる場合、この効果は問題とならず、ベクトルＤの符号は制御されない。中間程度ずらした場合はベクトルＤの符号の制御程度も中間程度となる。したがって、電極のレジストリ（配置）が、ｔの０．６倍以内に抑制される場合を除き、この特定パターンを使用してＤの符号と方向との双方を先見的に制御することはできない。ずらした場合の殆どは、速度変化を伴いＤの符号を制御する。しかしながら、レジストリ（配置）を良く制御する場合を除き、このパターンを、大きな寸法の或いは他のパターンと協働で使用してＤの符号を制御することはできない。したがって、５μｍの通常のセルギャップに関して言えば、これら電極は、Ｄの符号を制御するため、少なくとも1つの方向において３μｍ以内の誤差でレジストリ（配置）を必要とする。これは、現在の製造技術の能力の範囲内である。
【００４７】
図５ｄは、ピクセル内に現れた９０度の単位で回転したパターンを示す。それぞれ平行四辺形３Ｂおよび５Ｂで現した上部および下部電極中の非導電性ギャップは、１ｔの幅と３ｔの長さを有する。大きな寸法のギャップ６Ｂ及び７Ｂは、３．２ｔの幅である。描かれたピクセル中の上部および下部電極は適当に位置決めされている場合、ベクトルＤの符号と方向との双方をピクセル内で制御できる。
【００４８】
多くの電極パターンにより図５aに示すのと同様の結果を得ることができる。これら電場とこの電場を引き起こすパターンとは周期的でない必要がある。しかし、周期的パターンは幾つかの方法では有益である。たった1回の繰返しパターン即ちユニットセルを設計する必要がある。さらに、ピクセルの端部を除き、特的の周期的パターンは与えられた目的のためベストであることが多い。しかし、周期的パターンからの大きな歪みは、パターンの性能上あまり効果はない。このようなパターンの主な制約は、面内電場が、1方向においては他の方向より十分に大きくベクトルＤの方向の配列に効果的であることである。したがって、ストライプパターンは、この設計の有用な出発である。また電場が、ベクトルＤの予想された（或いは経験上決定された）方向に平行であることが必要である。ベクトルＤに沿って空間的に変化する構造によりベクトルＤの大きさが変化し（増加し、電極の殆どの部分は除去されない）。指紋模様の電場が1方向に存在し、この方向において、ベクトルＤの大きさは小さく平均でゼロである。多くのこのようなパターンはストライプパターンであり、ストライプの幅がベクトルＤの方向に沿って周期的に変化する。
【００４９】
このような電極を設計する際の他の有用なコンセプトは、可能なパターンを制限する電極パターンのポイントグループである。当業者はここに参考例として加えるＲ．Ｌ．Ｅ．シュワルツェンベルガーによる「ｎ−次元クリスタログラフィー」ピットマン（ロンドン）１９８０年に例えば説明されるこの用語はなじみのあるものであるはずである。ある１つの系のポイントグループは、回転や反射が変化しない空間が有する回転および反射である。このような回転または反射は、平行移動により実現できる。このことは、非キラール型の垂直に配列されたネマチック液晶セル中での歪みのポイントグループが４つの機構即ち、セルの中心を貫通する軸の周りの１８０度の回転、基板法線に垂直な成分、セルの中心でのネマチック配向ベクトルおよび法線が反転軸となる面でのミラー反射の４つの機構からなるポイントグループを有する。ネマチックがキラールである場合、ポイントグループは２つの要素および前述した回転を有する。提案された電極パターンが他の回転によりあるいは非キラール系での他の反射により変化しない場合、或いは、たとえ局部的に概ね真実だと仮にしても、提案されたパターンは、局部的には、Ｄの符号と方向とを決定できない。もし幾つかの手法により予測され或いは経験上決定されるベクトルＤの価値を考えるなら、前記回転及び反射により変化するＤの価値及びベクトルの価値は均等であるが、これら違いまでベクトルＤを決定しない。例えば、ストライプパターン及び、図５ｂおよび５ｃに示すよう位置決めされた図５のパターンとは、共に、基板法線の周りの１８０度の回転でも変化しない。この回転によりＤの符号は変化するが方向は変化しない。したがって、観察されるように、これらパターンはベクトルＤの方向のみを決定し、符号は決定しない。系がキラールであるが非キラールに近い場合、例えば、ピッチがｔに比較して大きいか或いは電極パターンが効果を有する距離と比較して大きい場合に、必ず必要とはされないものの、アキラール系に関連して先に説明した制約を電極が満たすことは有用である。
【００５０】
一方で、２つの電極上のパターンが、セルの中心を貫通する軸の周りに１８０度回転した際に変化しない場合、結果として得られる電場により、たとえこの軸に垂直であっても、Ｄが整列する。この予測は、作用するパターンを設計し経験上決定する際に有用である。図５の各基板上の電極のパターンは、平行四辺形の中心を貫通する基板法線軸の周りに１８０度回転しても変わらない。これはＤの符号を揃えることと矛盾する。しかし、基板が適当なレジストリ（配置）を有する場合、両方の電極上のパターンはこのような回転により変化しなくはない。しかし、Ｄの符号を決定するのにレジストリ（配置）を必要としないパターンが望まれる場合、パターンそれ自身がより小さなポイントグループを有する必要がある。特に、この場合単一電極用に使用し得る唯一の対照性パターンは、ベクトルＤと電極法線とを含む面によるミラー反射である。当業者であれば本開示に基づき本実施の形態に従い他のパターンを決定することができる。述べたように、他の実施の形態において、小さな寸法のギャップ或いはギャップの小さな寸法の部分を有するパターンが、それら自身で、ベクトルＤの方向と符号の双方を決定することができる。電極間のクロスレジストリ（配置）がおのずと必要となり、これは製造を容易にするのに望ましい。
【００５１】
ある与えられた領域内で電極パターンが周期的或いは実質的に周期的である場合、所望の結果を得るのにとりわけ好ましいパターニングの空間群であるとみなすことができる。これら空間群は、格子が図６に示すような機構とする。当業者はここに参考例として加えるＲ．Ｌ．Ｅ．シュワルツェンベルガーによる「ｎ−次元クリスタログラフィー」ピットマン（ロンドン）１９８０年に例えば説明される空間群はなじみの用語であるはずである。液晶によるが、幾つかの空間群は、Ｄの符号と方向とを制御するのに好ましい。特に、わずか4つの２次元空間群が存在し、電極面内の均一ベクトル即ちＤの符号の制御と整合する。図６を参照すれば、これら空間群は２次元空間群Ｐｌ，Ｐｍ，Ｐｇ及びＣｍである。２つの付加的な可能性は、1次元空間群ＰｌおよびＰｍである。1次元及び２次元の双方において、Ｐｌのポイントグループは、在る無しからなる種類を現すグループである。Ｐｍ，Ｐｇ及びＣｍポイントグループは、ミラー面を含む。図６aは1次元空間群Ｐｍを示し、図６b-eは２次元空間群Ｐｌ，Ｐｍ，Ｐｇ及びＣｍをそれぞれ示す。矢印は、パターンを変化させない最小の平行移動をしめす。破線での反射はパターンを変化させない。同様に、1点破線での反射は、1点破線の方向での平行移動を伴う場合（例えば円滑な反射）はパターンを変化させない。1次元空間群Ｐｍ中には無数のミラー面が存在するので、これらは描いていない。格子の寸法と形状とを記述する格子ベクトルｂおよびｃの距離と方向が示されている。しかし、電極内の小さな寸法のギャップを有する繰返しパターンは主として電位を介して配向ベクトルに影響を与える。このような電位が１つの方向で周期的である場合、それは、その方向を含むミラー面を有し、Ｐｍのみが1方向で検討される必要がある。
【００５２】
前述したように、周期的パターン及びより概略的な良い近似に関し、電位及びここで想定する電極近くの対応電場は、基板の法線に平行な場であり、電位及び対応電場はセル内で変化する。これら空間的に変化する電場および対応電位に膨らますことは２次元空間での繰返しの点で便宜的である。２次元空間での繰返しは、コサイン（ｋｘ+ｋ’ｙ）の関数であり、ここで（ｋ、ｋ’）は波動ベクトルであり、ｘおよびｙは、面内座標軸であり、コサインの偏角がラジアン単位であると仮定する。この機能は、基板法線に水平なｚ軸に依存する関数により増大する。しかし、単一電極のみの効果を考える場合、電位に関しては、ｚのこの関数は単純な指数関数である。繰返しの視点で系を説明することは有益である。なぜなら、ベクトルＤは、それ自身に適合する傾向にあり系の自由エネルギーを最小にする。電場は以下詳しく述べるように複雑な手法でこの自由エネルギーになる。しかしながら、一般則として、加えると或いは引くとゼロになる波動ベクトルを有する電場の積は、自由エネルギーに加えてもよい。更に一般的には、少数の電場はより好ましく電位の大きくより効果的な要素となる。したがって、理論による超越無しに、以下議論するような電極パターンに制限を設けることができる。
【００５３】
Ｄの符号及び方向を制御する目的で、関連する電場は共に、前述のポイントグループに対する制約を満たさなければならない。正しいポイントグループに対する調和振動関数の組を検討することで、項の少数のみが所望され２つの繰返し（必須要素及び第１の繰返し）が、電場に対応する電位が同一方向で変化する場合、要求される。コサインcos(kx)及びcos(2kz+δ)を以下１−ｄ繰返しセットという。ここでｘは空間座標軸、ｋは２π/ｐ、ｐは電極の繰返し周期、δは、０とπとの間の数で排他的で好ましくはπ/２に近い数である。前述したように、ここではコサインの偏角はラジアン単位であると仮定する。調和振動関数のこの組は、全て平行な波動ベクトルを有する調和振動関数の組ににており、ｙｚ−面に平行なミラー面を有する。しかし、δが０、πに等しくない場合、法線或いは他のミラー面の周りの１８０度の回転はない。
【００５４】
足すか引くかするとゼロになる波動ベクトルの３つの項が、波動ベクトルが同一方向でないとき、例えば｛cos(kx+δ),cos(k(1-a)x+k’y), cos(kax+k’y)｝ここで、k’はｙ方向におけるパターンの周期を制御するパラメータであり、aは定数であり、残りの変数は前述した通りであり、この場合これら３つの項が必要となる。これら関数の２項目は、波動ベクトルのｘ成分としてのk(1-a)と、ｙ成分としてのk’を有する。しかし、２つの波動ベクトルの大きさが等しい場合、この組み合わせは、等しい大きさを有していない波動ベクトルに垂直なミラー面を有する。しかし、このミラー面は２つの繰返しの振幅を交換し、これらが異なる場合、これはミラー面ではないことに留意する。しかし、以下検討する効果は、振幅の積に比例し、この区別は重要ではなくこのような面はミラー面として有効でる。
【００５５】
波動ベクトルの全ではないが、波動ベクトルが等しい大きさを有するとした制約を課したが、この場合、全て平行というわけではないが、３つのミラー面が存在する。波動ベクトルの1組に対応する電位の1組が有益であるか無いか或いは有用であるか否かを検討するための親指のルールというシンプルなルールが有効である。理論による超越無しに、電位或いは電場の可変部分（例えば繰返し）の相互交換から独立であるべき自由エネルギーの項に対し一般的な制限がある。これら電位がベクトルＤを決定するためには、電位に基づき正しい方位でベクトルを決定することが可能でなければならない。Ｄよりさらにシンプルなベクトルの可能性を検討すると、電位Ｖ(x,y,z)はjが指数異なる波動ベクトルkj=(kjx,Kjy)の和（Σ）として書くことができる、即ちＶ＝ΣjＡj exp(i(kjxx+Kjyy)) として書くことができる。ここでＡjはｚに依存する複素振幅である。これは図５のパターンでの議論とははっきり異なり、両方の電極に依存するメカニズムによりＤの符号が決定されることに留意すべきである。議論のため、ｚを電極の1方からの距離として選択し、ゼロに設定する。Ａi又はＡi0は、実部及び虚部からなる複素数Ａi＝a+ibであり、iは-ｌの平方根である。電位Ｖはゼロでない波動ベクトルkjの実部であるため、常に波動ベクトルkj＝-kjであり、Ａj＝Ａj*＝a-ibで、*は複素共役を示す。複素振幅の実際の値はｘおよびｙがゼロである原点の選択に依存する。しかし、足してゼロとなる３重の波動ベクトルに関しては、それは、kj+km+kn=0で、積Ｖ＝ikjkmknAjAnAmは、原点とは関係無い。ここでｋｑ＝kxｑx+ kyｑyは、２つのベクトルの点積を示す。ベクトルkj,km,knの６つの可能なパラメータ即ち交換子及びこれらの負数或いはこれら負数kj’,km’,kn’の交換子に関し和を求めることで実ベクトルを決定する。これは、最もシンプルなベクトルで、これら調和振動関数に対応する電場で構成し得る。そして全ての項が自由エネルギーに加えられる。この実ベクトルは電場を交換しても対象である。もちろんk’sを交換しても対象な関数とこの関数との積は、この性質（ゼロとなる性質）を満たす。積ikjAjAnAmの近似和は、制約kj+km+kn=0により常にゼロである。Ｄの符号を決定するのにこの組が有用であることを確認するため、３つの波動ベクトルの組においてＶを評価することは容易である。特に、２つの波動ベクトルの組｛Acos(kx),Bcos(2kx+δ)｝において計算する場合、δ＝０、πでミラー面をこの組が有する事実により示唆されるように、それはｘ方向であり、A2Bsin(δ)に比例することが容易に理解できる。
【００５６】
Ｄに垂直な電場がＤの符号を決定するのに要求されるが、Ｄの配列傾向を弱めるため好ましくない。この傾向は、Aj,AjAj*の大きさの平方に比例し、波動ベクトルがｘ−軸と成す角のコサインの平方に比例する。したがって、Ｖおよび類似のベクトルがAj,AjAj*の与えられた値に関しできるだけ大きいことが望ましい。波(δ)の相対位相を変えることで達成できる。前述したように構成される様々なベクトルは、ある与えられた３つの波動ベクトルおよびこれらの負数に関し最大に寄与し、この相対位相に関する同一の結果が大きさに関する前述の制約を与える。円滑な反射を含む空間群であって、それ自身では系を変化させない同一方向の平行移動より距離が小さい平行移動との組み合わせでの反射により系が変化しない場合、３つの波動ベクトルの複素振幅の位相は必然的に前記制約によりＶを最小にするものであることが容易にわかる。したがって、空間群ＣｍおよびＰｇは、これらがこのような滑らかな反射を含み自動的にこの制約を満たす場合有益である。
【００５７】
この位相に関する判断基準により、これら３つ組が全て同一電極ににより発生する場合、電極間のクロスレジストリ（配置）が必要となることが明らかになる。特に、繰返し周期の４分の１だけ他の電極から平行移動した場合、位相判断基準が有益なものから不益なものへ変わる（例えばsin(δ)が１から０へ変わる）。したがって、クロスレジストリ（配置）が可能な場合を除き、１つの電極にとってそれ自身で３つ組全てを引き起こすことが望ましい。
【００５８】
これら一般制約を与えれば、配向ベクトルに対する電場の影響を評価し、発明に従い好適なパターンを開発することができる。電場の直接の効果は主として２次的であり誘電体の非対照性に関連する。しかし、空間的に変化する電場のより大きな遇数のパワーによる液晶への電場の間接的影響があり、液晶の新たな流れによる最大の寄与がある。液晶配向ベクトルの空間的変化に関連する電場の奇数パワーに比例するフレキソエレクトリック項が存在する。これらは典型的には小さく、対照性を有し、さらに以下議論する遇数パワーに比例する効果とは似ていない他の性質を有する。
【００５９】
電場の遇数パワーに比例する効果に注目すれば、空間的に変化する電場の３つのパワーに比例する効果およびセルに印加する均一電場の遇数パワーを検討する必要がある。２つの必須の異なるタイプの電場の効果即ちＤの大きさを変える極方向トルク即ちセルの中心で配向ベクトルが傾く量、およびＤの方向を変える方位トルクとが存在する。双方のタイプのトルクとも、ｘｙ−面内電場或いはｘｙ−面内電場とｚ−軸に沿った電場の組み合わせにより引き起こされる。ｚ−軸に沿った最大電場は均一電場である。したがって、良い近似に関し双方のトルクは、ｘｙ−面内の２つの空間変化電場の積に比例するか或いは、ｘｙ−面内の１つの空間変化電場とｚ−軸に沿った均一電場との積に比例するかいずれかである。方位トルク効果は概して極方向トルク効果より大きく、例えば、配向ベクトルを捩ることはその大きさを変えることより概して容易である。しかし、自由エネルギーはトルクにとっては２次的であり、全てのトルクの方向を変えることはエネルギーの符号を変えることにはならない。したがって、偶数のトルクに関する項目を検討することが好ましい。３つの空間変化電場のみを考慮する場合、ゼロ又は２つのトルクであって各トルクは１又は２つの空間変化電場を含むものを使用することを意味する。
【００６０】
液晶と電場との間の主な必須の相互作用は誘電体の非対象性である。性質上、他の相互作用例えばフレクソエレクトリシティーでは変化は起きない。キラールピッチが十分に大きい場合に限り、極方向トルクは、近似的にＤＥＥｚ又は（ＤＥ）2のいずれかに比例する。ここで、Ｅｚは、電極面に垂直な法線に沿った電場である。このことは、極方向トルクを引き起こす電場は可能な限りＤの方向に平行となる。Ｄの符号を本質的に決定する平行電場は、1次元Ｐｍ空間群を有する電極を使用することで発生する。しかし、Ｄの方向が面内電場に対し垂直となる傾向が小さな寸法のパターンを有する電極において観察される。したがって、Ｄの適当な配向を誘起するのに適当な対向電極のパターニング或いは本電極の付加的なパターニングのいずれかが必要となる。このような電場は本質的に２次元空間ＰＭ又はＰｌでのパターニングを有する電極により発生する。このような電極の1例が図７に示される。図７は、２次元Ｐｍ対象性を有するパターンを示し、このパターンは、ｙ−軸に沿った電場に加え、ｘ−軸に沿った大きく近似的に位相化された第１及び第２の繰返しを有すると予想される。図中、非導電性ギャップは陰影付けされていない領域で現される。この特徴を有する電極は、ｘ−軸に平行な電場を有するのであまり揃わないか或いはぜんぜん揃わない結果となる。したがって、好適な実施の形態は、１つのこのような電極のみを使用し、かつ対向する電極として単純なストライプパターンを使用することである。前記電極は前述したように配向し、ストライプの方向が図の水平方向になり配線が連続する方向となるようストライプ電極を対向配置すべきである。
【００６１】
２つの方位トルクに関する自由エネルギーの項は、より大きいものと推測される。２つの方位トルクは、コレステリックピッチが長い場合には、近似的にＤＥ∈ijＤiＥj及び∈ijＤiＥjＥzに比例する。ここでiおよびjはｘｙ−面内成分の和を行う際の指数であり、∈ijはその指数に対する交換に対し完全な反対照性行列であり即ち∈xx＝∈yy＝０、∈xy＝-∈yx＝０である。前項は、ＥとＤの間の角度が４５度である場合に大きく、後項は、この角度が９０度である場合に大きい。自由エネルギーの１つの項に２つの方位トルクと３つの電場を含ませる２つの可能な方法が存在する。即ち、これら２つの方位トルクの積と、２つの方位トルクの第１のものと極方向トルクとの平方である。これら各例において、Ｄに対する様々な角度を有する電場が存在することが必要である。これは２次元電極パターンが必要であることによる。
【００６２】
前述に照らし合わせ、より詳細に２次元空間群を有し方位トルクを引き起こすパターンの有益な特徴を検討する。空間群ＣｍおよびＰｇにおける適当な位相関係が与えられるとして、これら群を有するパターンを検討する。図６における水平方向であるｘ−軸をこれら群のミラー面の１つの部分をして選択することが簡便である。ベクトルＤの符号を決定する１つの電極に対する１つの必須の制約は、それ自身或いは他の電極と協働してＤの方向を決定することである。有益には、ベクトルＤの配向をそれ自身で決定することである。そうするためには、ｘ−軸に垂直な電場を引き起こす必要がある。このことはシンプルなストライプパターンを使用して容易に行うことができ、概して、ｘ−軸に平行な電極の端部はこのような電場にとって好ましい。したがって、図８のようなパターン即ち、配線接続手段を変えずにシンプルなストライプパターンの端部の動かすことで誘起されたパターンは、このような電極を設計するための有益なスターティングポイントになる。Ｄの符号を決定するため、適当な位相関係を有する先に議論したような３つの波動ベクトル有することが有益である。
【００６３】
ｘに平行なＤの符号を決定する好ましい３つの波動ベクトルは、本開示の視点にたって当業者により決定することは可能である。格子の波動ベクトルは、整数の組でパラメータ化することができる。空間群Ｐｇ及びＣｍに適合する波動ベクトルは整数の項で表現出来る。全ての波動ベクトルは波動ベクトルｇｎのｘ成分およびｙ成分ｇ’ｍを有する。ここでｇは、ｘ方向における周期に関係し、ｇ’は、ｙ方向における周期に関係する。これら波動ベクトルを(n,m)記号で表わす。３つの波動ベクトルはゼロになるよう加えられ、(n,m),(n’,m’)及び(-n-n’,-m-m’)でパラメータ化される。n=n’だから-n-n’=0となる場合従ってm=m’またはm=0 の場合、３つ組は正負ｘ−軸間では区別されない。n=0,或いはn’=0の場合同様の制約がある。Ｄがｘ−軸に平行に配列される場合、(0,m) 波動ベクトルに関連する電位は大きいことが望ましい。同一の理由で、(n,0) 波動ベクトル及びｘ−軸に実質的に平行な他の波動ベクトルに関連する電位は小さいことが望ましい。従って、(0,m) 波動ベクトルはＤの符号を決定する３つ組に含まれるが、(n,0) 波動ベクトルは含まれないことが望ましい。３つ組に含まれる波動ベクトルは大きさが小さいことが望ましい。このことは、電場が液晶を貫通する距離があまりにも小さくないことを意味する。これは、r2n2+m2が小さいことを意味し、ここでrはｙ方向に対するｘ方向における周期の比率である。またとnはm小さいことを意味する。小さな大きさを有する電位の３つ組はA{(1,1),(-1,-3),(0,2)},B{(1,0),(1,0),(-2,0)}, C{(1,1),(1,-1),(-2,0)}でＤに関してはｎがゼロでないかm’sがゼロでない。クラスＢは関連する波動ベクトルの全てが(m,0)の形態であるため実現するのが難しく、これら波動ベクトルを有する電位の調和振動関数の振幅は小さいことが好ましい。従ってクラスＡ，Ｃ及びＤが好ましい。これらクラスに関し、ゼロでないｎおよびｍの双方を有する１つの波動ベクトルが実在することが好ましい。このことは、空間群ＰｇおよびＣｍが好ましいことを示唆する。Ｐｇでは、(n,0)に関する電場の振幅が奇数ｎの場合ゼロであることが知られている。Ｃｍにおいては、ｎ+ｍは偶数であるべきで、電場はゼロとならず同様の制約が生まれる。従って、これら空間群の各々において、ゼロでないｎおよびｍ有するベクトルは大きな大きさを有し、従って、不適当な配列を引き起こす可能性のある(n,0) 波動ベクトルよりさらに配列に貢献する傾向にある。図８のパターンは、設計判断基準を具体化するものである。図８aは、組{(02),(11),(-11)}に属する電場を誘起するＰｇパターンである。図８bは、組{(02),(11),(-11)}に属する電場を誘起するＣｍパターンである。もちろん双方は、他の波動ベクトルも誘起する。双方は、それら自身でＤの符号と方向との双方を制御する。
【００６４】
液晶がキラールである場合、最適な電極パターンがミラー面を有するべきでないことが容易にわかる。とりわけ、1又はそれ以上のミラー面を有することを条件付けされた最適電極パターンを検討する。アキラール系でこのような電極により歪みが発生した場合、その影響は非常に小さく、歪みのサイズの平方に比例する傾向にある。しかしながら、このような歪みはキラール系での平方よりむしろ大きな影響を有し歪みのサイズ比例する。なぜなら、キラール性にとって適当か適当でない方法により電場が捩れるからである。これはキラール系においては最適な電極は、ミラー面を有しない強い傾向があるためである。従ってある程度キラールな液晶に関し、各々がこのようなミラー面を有するこれら空間群からの小さな歪みが好ましい。本発明の好適な実施の形態は、自由空間内及び実際の液晶セル内の双方で電位の調和振動関数の顕著な振幅と、Ｄの方向と符号とを制御する波動ベクトルの正しい位相とを有する。当業者にとって明らかになるであろうが、電極パターンの多くの小さな変更はこのような振幅を実質的に変えるものではなく、セルの性能に顕著な影響を与えるものではない。また、小さな変更とりわけ構造のわずかな捩れは、構造のキラール捩れが十分な場合優れた反応を必ず伴う。これら電極のとりわけ好適な実施の形態は図８に示す。８ｂのパターンはＤの符号と方向とを制御し、電極端部の項として最も容易に理解される。とりわけ、このパターンは狭く離間したギャップ８０から大部分が構成される。ここで、導電電極を陰影付けしていない領域として示す。これらギャップは両サイドに歯止め形状のエッジを有し、そのユニットセルを線８３で表わす。ギャップの平均水平方向に沿った１方向において、エッジはギャップの中心から離れるように移動する概略的に８１で示す小さな傾斜と、ギャップの中心に向かって移動する概略的に８２で示す大きな傾斜とを有する。そして、ギャップ自身が原因で指紋模様の電場が発生し、ベクトルＤの符号に依存して、ギャップの上下で互いに対向する逆方向にベクトルＤが捩れる。同様に、小さな傾斜を有するエッジは、ベクトルＤの符号に依存せず、ギャップのいずれかの側で互いに対向する逆方向にベクトルＤを捩る。最後に、大きな傾斜を有するエッジは、ギャップの同一側とは逆方向に傾斜する小さな傾斜を有するエッジのように逆方向にベクトルＤを捩る。しかしながら大きな傾斜を有するエッジは、小さな傾斜を有するエッジより短い。結果として、配向ベクトルを捩るエッジの傾向は角度（および小さい角度の増加）には依存せず、小さな傾斜を有するエッジの影響が大きい。従って、Ｄがある符号を有する場合、このパターンにより大きなトータルトルクと小さなトータル自由エネルギーが生まれる。図８aのパターンにおいて、ギャップのエッジは、ギャップの平均長手方向に対する幾つかの異なる角度を有する。再び図の右に向かって、パターンは、ギャップ８４の中心に対してエッジが成す角度の大きさが比較的ゆっくりと増加し、実質的により大きな増大部８５がこれに続く。ギャップは、比較的小さな傾斜８６およびこれに続くギャップの中心に向かう比較的大きな傾斜８７を有する。電場は、エッジがギャップの中心から離間する領域とこれに伴う隣接領域によるもので、隣接領域においては、エッジがギャップの中心に向かい移動し、図８ｂのこれら領域と同一の影響を有し、ギャップの平均長手方向に対し小さな角度を有する。従って、このパターンにより、Ｄの符号と方向とが揃う。
【００６５】
図８aはＰｇ電極パターンを示し、図８bはＣｍ電極パターンを示す。各々の場合、セルギャップｔが、電極が変化せずに平行移動できる最短距離例えば、はっきりと線引きされた正方形８３により描かれたユニットセルと比較可能であることが望ましい。ユニットセルは、Ｐｇパターンにおいて水平方向１２μｍ、垂直方向１０μｍのオーダであり、Ｃｍパターンでは対角線方向１１μのオーダであり、これらはそれぞれ５μｍセルギャップｔの２．４倍、２倍２．２倍である。しかし、エッジ間の離間とのこぎり状エッジの歯の距離との比はｔよりずっとおおきいか小さい場合、効果がない。にも係わらず、前述に適合する殆どの電極の設計は効果を有する。この効果は相対分離を変化させることで調整可能であり、これらの全てが本開示に基づき当業者により経験則で決定され得る。
【００６６】
前述の視点から当業者にとって明らかになるであろうが、一般的には、本実施の形態の小さな寸法のパターンの最も重要な側面は、ギャップの形状にある。前述したような周期的パターンの形状で狭く離間を有することが一般的には有益である。しかし、一般的には、同一或いは異なるギャップを有する多様なパターンが有用である。更に、本実施の形態においてギャップどうしを互いに接続してもよいが、隣接する液晶ドメインでは接続しない。従って好適な実施の形態において、Ｄの符号及び方向を制御するのに好適な小さな寸法のギャップを有する周期的パターンは、一般的には、前記距離ｔの約２．５倍以内より好ましくはｔの約２．０倍以内の電極面内幅と、前記距離ｔの約４倍のオーダーの電極面内長さとを有し、この長さは概ね電極面に平行な面内ドメインの少なくとも１つの寸法に相当する。更に、例えば図８のようにギャップ幅が変化し、ギャップのエッジが、全てではないものの、ギャップの長手方向の中心線に平行であるが、ギャップそれ自身は長手方向に概ね平行であり、さらに好ましくは、互いに隣接するギャップの中心線が、互いに２０度を超えて変化しない。従って前述したように、ギャップの長手方向の中心線任意的にｘ方向、これに垂直な方向を任意に設定してこれを正ｙ方向を呼び、Ｄの符号及び方向を決定するのに好ましいギャップの形状を、概ね以下のパラメータに適合させる。
【００６７】
１）エッジの中心線の大部分は、ｙの大きな値を有し、エッジでｙの値が比較的急激に増加し、これに続き（任意に選択した正ｘ方向において）比較的ゆっくりと減少し、及び/又は、エッジの中心線の大部分は、ｙの小さな値を有し、エッジでｙの値が比較的急激に減少し、これに続き（任意に選択した正ｘ方向において）比較的ゆっくりと増加する。あるいは、
２）エッジの1方又は双方は、ｙの値が次第に急激に増加し、これに続きｙの値が次第に急激に減少する。あるいは、
３）１と２の特徴の組み合わせ。
【００６８】
とりわけ、電極の導電性部分が大部分特定長手方向に沿ったストライプであり、電極間のギャップのセルの厚さｔの約２倍と比較して小さい。従って、電極からの適当な距離を有する平均配向ベクトルは、図３に示すように、ストライプの平均方向に概ね平行に配列する。ストライプがあまりにも湾曲している場合、配向ベクトルは概ね配列しない。しかし、ストライプがあまりにも湾曲していないだけでなく、図３に示すように、直線でも平行でもない場合、配線の湾曲エッジに関連する指紋模様の電場が、局部的に配向ベクトルを捩る傾向にある。これは２つの方法により行われる。１つめは、配向ベクトルは、配線のエッジの局部的方向に平行になる傾向がある。これはＤＥ∈ijＤiＥj方位トルクで定量化される。ストライプ電極に関して、この傾向は中間平面配向ベクトルの符号に依存しない。２つめは、配向ベクトルは、電極ギャップから離間し電極の導電部に向かって指向するように傾く傾向がある。これは∈ijＤiＥjＥz方位トルクで定量化され、Ｄの符号に依存しない。
【００６９】
これらトルクの各々がセルギャップに比較して大きな代表的な寸法を有する領域上で、それ自身キャンセルする傾向があるが、これは平均的に配向ベクトルが配線に平行な場合である。例として、ある電極の導電部或いは絶縁部のいずれかの側部上のトルクが互いに逆向きであることにより達成される。これが、空間群Ｐｇ及びＣｍの利点であり、これら群の滑らかな反射により局部的な消去がおきる。しかし、一般的には、配向ベクトルの平均方向における捩れの実質的な効果があり、配向ベクトルが単なる局部的平均から配線の方向に向かって回転する。この平均的な捩れに加え、トルク即ち配線が湾曲する距離寸法での回転傾向がある。鋸状の歯の頂点間の距離は、従って、１．５乃至５ｔのオーダである。
【００７０】
残りの局部トルクは配線が湾曲する距離寸法に比較して大きな距離寸法で平均するとゼロになる。しかし、これらツイストは、同一或いは逆方向で作用し、概して、領域のある部分では同一方向に作用に、また他の部分では逆方向に作用する。さらに、同一或いは逆方向かどうかはＤの符号に依存する。構成の自由エネルギーは、これら異なるトルクが平均的に逆方向よりむしろ同一方向にあるとき、低くなる。自由エネルギーと配向ベクトルが均一な状態の自由エネルギーとの差がネットトルクの平方に比例するからである。配線の湾曲が、適当に選択されるなら、Ｄの符号に依存して、同一或いは逆方向でのトルクの傾向にはっきりとした差が現れる。これは、電場のフーリエ変換された調和振動関数の項を適当に選択するか、或いは図８に示すように適当に湾曲した又は留歯形状の配線エッジを形成することでおこなう。
【００７１】
前述の設計ルールと供に電極の作用の経験上決定は、作用するパターンを決定するため当業者により適当に調整される。しかし、理論を超越するわけではないが、原則として、より精密により精巧な技術によりパターンを決定することは、当業者にとって明らかになるであろう。
【００７２】
公知の多くの方法が存在し、しばしば緩和方と呼ばれる、例えば、引例としてここに加える、ウイリアム H. プレス等による「Ｃにおける多くの手法：ジアートオブサイエンティフィックコンピューティング」ユニバーシティプレス、ケンブリッジ（１９９３）で議論されたような形状を有する電極付近の電位を計算する方法がある。従って、電極付近の電位の性質、とりわけ周期性を予想することはかのうである。これは、電位のあらゆる組が、フラットで電気的に接続された特定電極近くで達成されうることを意味するものではない。しかし、この技術は電極の最適化を可能にする。このような最適化は、セル中における幾つかの好ましい電位を引き起こすような電極パターンを単に計算するだけである。これは、積分すなわち特定電極パターンに関連する電位を計算し、電極パターンを変更し、提案の電位により緊密に整合することでおこなわれる。これを行うに際しより優れた手法は、電位分布と液晶のオーダーのパラメータの双方を計算することである。これは公知の液晶の粘性エネルギーを最小化することで行うことができ、これは例えば、ここに引例として加える、Ｒコーエン等による、「液晶の理論と応用」ＪＬエリクソン、Ｄキンダーレーラー、スプリング−べラグ、ニューヨーク（１９８７）ｐｐ９９以降で、電位と供に議論されている。ベクトルＤの所望の配向からの可能なずれの作用としての電極パターン作用としての自由エネルギーの検討は、好ましい電極パターンを曖昧でなく決定することを可能にする。より単純な技術は、電極面内の位置の関数として正確な相対位相を有する電位の所望の空間的調和振動関数の適当な線形組み合わせを単に見つけることである。関数が正となる領域が連続的で実質的にはストライプ状である場合、この領域は電極の導電性部分としてのパターンとして使用される。これは、１次的近似として、概ね電位の所望な繰返しを引き起こす。
【００７３】
前述の議論は電極を設計するには有用であるが、必ずしも必要ではない。本発明に従ってＤの符号を決定する１つの電極あるいは協働する電極の組にかんして、小さな寸法のパターンに加え大きな寸法のパターンが存在することが必要か、あるいは、
a) 電極が供に、あるいは有益的には1又は双方自身により、ある１つの与えられた液晶ドメイン内の電位の複数の空間的繰返しを誘起するか、
b) 空間的繰返しが距離ｔの０．５倍と８倍との間の周期を有するか、
c) 複数の空間的繰返しの少なくとも幾つかの３つ組（３つ組は特定の繰返しの２つ組を含む）は、互いに重ねあわせるとゼロになる波動ベクトルを有し、更に、i）繰返しの１つが、それ自身により単独作用し、他の２つの繰返しは互いに相互作用し、その結果、ベクトルＤの大きさ或いはその方向又は双方が空間的に変化し、これら変化は、Ｄがある１つの符号を有する場合同一符号を有し、Ｄが異なる符号を有する場合異なる符号を有し、或いはii）基板の１方で評価すると、繰返しの幾つかの３つ組の複素振幅が、互いに重畳する場合大きな虚数部を有し、また、iii）３つ組の幾つか或いはせべてのの複素振幅が、ある範囲の波動ベクトルの大きさを有し、その大きさが互いに重ね合わされて、かつ他の２つの波動ベクトルのドット積の１倍の様々な波動ベクトルの和により重ね合わされて、波動ベクトルのこの範囲での積算即ち積分されることにより、大きな虚数部を有する和即ち積分値が得られることが必要である。
【００７４】
このような電極を使用することで、液晶セル内にいくらか非均一的な配列が起きる。この非均一的な配列は、セルのセルの光学的性質をモデル化する際に検討する必要がある。もし２つのこのような電極を使用し、液晶がキラールである場合、これら電極の相対的回転は、ストライプ電極に関しては有益である。これら電極の1つによりもたらされる液晶の非均一的な配列は、他の電極に起因する電場と相互作用する。この結果、配列がずれるか、或いは電極間の良好なレジストリ（配置）が必要となる。従って、幾つかの好適な実施の形態において、電極はむしろ異なり、異なる空間的周期を有し、異なるパターンを有し、或いは1方がパターニングされないか、或いは1方がシンプルなストライプパターンを有する。
【００７５】
前述の視点において、以下は当業者にとって明らかである。以下の制約を満たす発明により考案された数多くの複雑な小さな寸法の電極パターンが存在し、この制約とは、小さな寸法の非導電性ギャップ又はその部分は、約２．５ｔを超えない、好ましくは約２．０ｔを超えない少なくとも１つの寸法を有するものであり、隣接するドメインの境界内では、それらの少なくとも1部が少なくとも約１．５ｔより好ましくは２．０ｔであり、このようなギャップは、１つのピクセル内或いは基板の他の光学素子中にパターニングされ、前記ピクセル又は光学素子の面積の少なくとも約６０％、より好ましくは７５％、さらにより好ましくは９０％が、電極の導電部分のエッジから約１．５ｔ以内であり、より好ましくは約０．７ｔ以内である。このような好適なパターンは、、本開示の視点に立てば当業者にとって明らかであり経験上決定できる。
【００７６】
Ｄの方向及び符号を制御する更に他の方法は、本発明の小さな寸法のパターンを、前述したように、1又は双方の基板を処理し液晶分子の配列の傾きを促すことと組み合わせて使用することである。少なくとも１つの基板を処理し、好ましい傾斜角を誘起することで、セル中にある１つの与えられた領域即ちドメイン内の液晶分子がドメイン内でＤの好ましい符号を持つ配向を示すよう仮配置される。好適な実施の形態において、１つの基板が処理されラビングによるような好ましい傾き方向を有する恒常的配列を誘起する。対向基板上には発明の小さな寸法のパターンを使用することで、パターニングされた電極付近の配向ベクトルの方位を決定する。当業者にとって明らかであろうが、このような小さな寸法のパターンは、実際に容易でラビングでパターニングするよりより少ない装置で行える。同様に、小さなラビング強度に関し、このような小さな寸法のパターンに起因する面内電場をＩＰＳスイッチに使用してもよい。もちろん、アクティブマトリックス装置においては、概して、アクティブマトリックスを有する電極上に発明の小さな寸法のパターンを使用し、対向基板はラビングすることが好ましい。好適な表面処理は、本開示の視点で当業者にとって明らかであり、ＳｉＯｘ、やポリイミドを含む。
【００７７】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下の限定的でない実施例によりさらに明らかになる。以下の実施例に関し、複数のセルを以下のように作成した。１．５”Ｘ１．７５”ＩＴＯ（酸化インジウム錫）で被膜したガラス基板をアプライドフィルムズ社から購入した。ＩＴＯ層の抵抗は約２００オームである。ＩＴＯパターンがＩＣＥＤすなわちＩＣエディター社から市販されているソフトウェアーパッケージを使用して作成し、マスクはＣｏｇｎｉｚａｎｔにより製造した。ＩＴＯガラスのフォトリソグラフィー工程において、Ｓｈｉｐｌｅｙ社から市販のフォトレジストＳ１８１８を１５秒間カールツァイス社製のマスクアライナーのＵＶ光源に露光した。フォトレジストの現像後、ＩＴＯ基板をＤＩ水/塩酸/硝酸の比が４７：４７：７のエッチング液に浸漬した。エッチングを４０度で約２分行い、良好なエッジの鋭さを達成した。日産化学から市販のポリイミドＳＥ１２２１を配向層として使用し繰返し性を得た。ポリイミドを、パターニングされたＩＴＯ基板上にスピンコートし、１８０度で１時間焼成した。セルギャップを、エポスターガラススペーサを使用し５マイクロに設定した。基準マークを使用し、電極パターンをマスクアライナーに記録した。上下基板を、ＵＶ−エポキシを使用して供に接着した。メルク社製の液晶Ｍ１１０６と０．５５％w/wのキラールドーパントＺＬＩ８１１とのコレステリック混合物を空のセルに吸引充填した。充填後、セルをＵＶ−エポキシで封止し、１００度で１０分間アニールした。中間面配向ベクトル方位を研究するためのベースラインを提供するため、アキラール混合物Ｍ１１０６のみを含有する幾つかの液晶セルも作成した。
【００７８】
一般的には４つの異なるテストパターンを各種テストセルの異なる領域に組入れた。セルを、オリンプス社製ＢＨ２偏光顕微鏡で検査してドメインの形成と機構を検査した。セルを、急に或いはゆっくりと様々な電圧をテストセルに印加してテストした。多くの供給電圧を使用した。
【００７９】
実施例１
４つのシンプルストライプパターンを作成した。３０度と４５度の角度で、左へすなわち液晶のピッチと同一方向に互いに対向する基板間で捩った。これら角度の各々に関し、配線とギャップとを同一幅にした。これら幅は、各角度ともに約５マイクロと約８マイクロにした。そして、双方の基板からなる全パターンの周期を、２つの基板上のストライプ間の鈍角の二等分線に沿って１０マイクロと１６マイクロにした。これらパターンはベクトルＤの方向に関しては良好な整列を示したが、符号については示さなかった。各パターンについて、ベクトルＤの「推定上の方位」を２つの基板上のストライプの方向間の角の二等分線の方向と定義した。もちろん２つの角度すなわち鋭角と鈍角とがあるが、ベクトルＤの推定上の方位は鋭角の二等分線である。アキラールネマチックを含むセルを、一般的にはそして以下偏光器の方位よぶ、ベクトルＤの推定上の方位に対する４５度での光の偏光を伴う顕微鏡で照光し、以下解析装置の方位とよぶが、この方位に垂直に配向した偏光器で解析した。電圧を印加しないとき、このセルは暗かった。フレデリック転移電圧より高い電圧では、この方位において偏光器を伴うセルは明るくなった。推定輝度は、セルを介して増大した遅延に従い、電圧の上昇により増加する。顕微鏡下では、系は明るい領域をして映り、この領域は多くの暗い線を含み、この線は１８０度のドメインウォールであるとみなした。ベクトルＤが、偏光器と解析装置の方向に対し、ゼロでなく４５度であるとき、或いはこれら方向に対し平行或いは垂直以外の方向にあるとき、可変ウェーブプレートとして作用し、光が貫通するものと予測される。従って、この結果は、ベクトルＤの方向は良好に制御するが符号は制御しないことと矛盾しない。
【００８０】
この良好な制御を確認するため、偏光器をベクトルＤの推定方向に平行に指向し、解析装置をこれに垂直に指向した。セルは大部分が暗いが明るい線を含んでいた。この結果は、ベクトルＤがＤの推定上の方位に沿って指向したため、明るい線の内側即ちドメインウォールの内側を除いて、ウェーブプレートが偏光器の方向に平行に指向するとする解釈と一致する。これら明るい線は第１のタイプのドメインウォールである。大きな電圧をセルに印加し、ドメインパターンを粗くしする。粗化が止まりセルが９０度ゆっくり回転し、ベクトルＤの推定方位が変化した。この回転の間、暗い線が明るい線に変化し、明るい領域が暗い領域および黒い領域への変化するのが観測された。このことは、ベクトルＤが、Ｄの推定上の方位に沿って指向することの解釈を確認する
ベクトルＤを偏光器および解析装置に対し４５度で配向した際明るい領域の輝度が変調し、わずかにより暗い領域が、双方の電極がギャップを有する領域であることに留意した。これは、ベクトルＤの方向又は大きさがこの領域でいくらか変化することを証明する。
【００８１】
同様の実験を、アキラールネマチックよりはむしろキラールでセルを充填した場合にも行った。ベクトルＤがゼロでないとき、キラールネマチックは入射光の偏光面を回転させ、１偏光面の位相を他に対し変化させた。従って、曖昧でなくベクトルＤの方向を決定するのに偏光器および解析装置の組み合わせを使用することによる単純な方法ではない。しかし、偏光器および解析装置がＤの推定上の方位に対し４５度であるとき、結果はアキラールネマチックのときの結果と同様のものである。セルを前述したように回転すると、以下の場合を除いて同様の結果が得られた。光学的解析に基づき予測するように、Ｄの推定配列に従い、偏光器および解析装置が平行でＤの推定上の方位に垂直であるとき、明るい領域はあまり暗くなかった。これは予想された光学と矛盾せず、結論的には、シンプルストライプパターンは、アキラールおよびキラールネマチックの双方において、ベクトルＤの方向を制御するが、符号は制御しないことを証明した。
【００８２】
実施例２
この実施例において、図４aのパターンを両基板上でエッチングした。図において、1回の垂直方向の繰返しよりわずかに多い水平方向の幾つかの繰返しを有する繰返しパターンが示される。アキラールネマチックを含有するテストセルを作成し、これは図に示す上下電極のレジストリ（配置）を含め、１つの電極を図の垂直方向に２．５、５．０、７．５ミクロン平行移動することにより意図的にこのレジストリ（配置）を変化させた。位置をずらした電極の作用をテストするためにこのことを行った。再びセルを、ある１つの電圧を印加し、偏光器の方位を様々に変えて顕微鏡により観察した。初めのつかの間の後、ベクトルＤの多くが、図の水平方向に平行となるよう整列した。図における垂直なギャップかの領域を以下「推定ドメインウォール」と呼ぶが、この領域が、予想したように、偏光器がＤの推定方位に対し４５度であるときセルの残りの領域よりずっと暗かった。しかしながら、とりわけ、図４aに示すように位置決めされたセルに関しては、推定ドメインウォールに沿った配向が欠陥であった。さらに、偏光器および解析装置が平行でベクトルＤの推定上の方位に垂直であるとき、推定ドメインウォール近傍の領域は明るく、良く位置決めされていると予測された領域は、ぼやけているものの予想より明るく、推定ドメインウォール上の欠陥を貫通する暗い線を含んでいた。これは、図４に示すようにベクトルＤの良好な配列に合致するが、但しドメインウォールは第１のタイプのドメインウォールである。ドメインウォール内の欠陥は、図２ｄに示す回位（ディスクリネーション）である。位置決めされた領域の配向は、従って、正確にはこの図に示す配向とは予想されない。むしろ、それは、ドメインウォールを貫通する際配向ベクトルが回転する方向と逆の方向に少しだけ回転する。これは、この領域が予想より明るいことを示している。この暗い線は、従って、ドメインウォール状構造体であって、これを介して回転方向の符号が変わる。このことは、配向ベクトルがドメインウォールを介して１００度の完全な回転を行うには、電極中のより幅の広いギャップを必要とすることを意味している。再び同様の試験をキラールネマチックを含むセルに対して行った。結果は、第１の試験で述べたように、アキラールネマチックで示されたドメイン構造の解釈と矛盾しなかった。
【００８３】
実施例３
この実施例において、図５のパターンを両基板上でエッチングした。水平および垂直方向における幾つかの繰返しを有する繰返しパターンが示される。セルを前述したように解析し、Ｄの配向が図５に示すように電極の適当なレジストリを得るものであったことを証明した。しかしながら、セル自身内の明らかな物理的欠陥とは関係無く液晶のドメイン構造に小さな欠陥が存在することは一般には知られていないことである。意図的に位置をずらした電極を有するセルを作成した結果は、前述したシンプルストライプセルの結果であった。
【００８４】
実施例４
この実施例において、図８aおよび８bのパターンを基板の１方及び他の連続ＩＴＯ上でエッチングし、対向電極はエッチングしなかった。再びセルをアキラールネマチックで充填し、偏光顕微鏡内に設置した。電圧がフレデリック転移を引き起こす電圧を超えるまで、セルは暗かった。印加電圧がフレデリック転移を引き起こす電圧を超え少したってから、偏光器および解析装置の適当な配向が図面の水平方向であるパターンの方向に対し約４５度となり、セルが明るく、電極パターンに従って輝度がいくらか変化したことを観測した。初期の間は、ドメインウォール、回位（ディスクリネーション）および他の欠陥の証拠が存在した。その後、このような欠陥の全てが、埃の無いエッチングエラーの無い、オープンサーキットの無い或いは他の欠陥のないサンプルの領域から消滅した。サンプルが、偏光器および解析装置に対し４５度サンプルが回転したとき、セルは大部分が暗く、電極上のパターンに従って明るいパターンを有していた。平衡パターン内にはっきりとした欠陥が無く、この結果は、この電極パターンがベクトルＤの方向と符号との双方を揃える可能性を単に示す。キラールネマチックの結果は、同様のものであり、この解釈と一致した。
【００８５】
実施例５
この実施例において、図４b-eに示すパターンを２つの基板上でエッチングした。使用した実際のパターンは繰り返しパターンであり、この繰返しの単位のみを本図で示す。ベクトルＤの予想配列は本図に示すように変化し、第１のタイプの９０度ドメインウォールが電極中の対角ギャップに隣接すると予想され、以下推定上のドメインウォールという。キラールおよびアキラールネマチック液晶のセルを作成した。電圧がフレデリック転移電圧より低い場合、セルは暗かった。電圧がフレデリック転移電圧を超えたとき、セルは明るくなった。偏光器および解析装置が、この画の水平方向に対し４５度であるとき、図４b-dの「トップ」と「ボトム」で予想したように暗い領域を除き、セルは明るかった。推定上のドメインウォールの領域は更に暗かった。偏光器および解析装置が平行で図４の水平方向に垂直な場合、推定上のドメインウォールを除く全ての領域が暗く、ドメインウォールは明るかった。短時間の後、オープンサーキットや埃のような物理的欠陥を除けば、セル中のドメイン構造には欠陥は観測されなかった。
【００８６】
本発明の多くの変更や改変は、当業者にとって前記詳細な開示に基づき自明である。従って、特定的に説明したのとは異なって、添付する請求の範囲内において、本発明を実施することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの電極間の液晶方向の配向を模式に現したものである。
【図２ａ】液晶セル中の欠陥又は回位（ディスクリネーション）領域中およびその周囲の様々な液晶方向の配向を模式に現したものである。
【図２ｂ】液晶セル中の欠陥又は回位（ディスクリネーション）領域中およびその周囲の様々な液晶方向の配向を模式に現したものである。
【図２ｃ】液晶セル中の欠陥又は回位（ディスクリネーション）領域中およびその周囲の様々な液晶方向の配向を模式に現したものである。
【図２ｄ】液晶セル中の欠陥又は回位（ディスクリネーション）領域中およびその周囲の様々な液晶方向の配向を模式に現したものである。
【図３】本発明により、小さな寸法の非導電性ギャップでパターニングした電極間の液晶方向の配向を模式に現したものである。
【図４ａ】本発明による２つの電極パターニングを模式に現したものである。
【図４ｂ】本発明による２つの電極パターニングを模式に現したものである。
【図４ｃ】本発明による２つの電極パターニングを模式に現したものである。
【図４ｄ】本発明による２つの電極パターニングを模式に現したものである。
【図４ｅ】本発明による２つの電極パターニングを模式に現したものである。
【図５ａ】本発明による他の電極パターニングを模式に現したものである。
【図５ｂ】本発明による他の電極パターニングを模式に現したものである。
【図５ｃ】本発明による他の電極パターニングを模式に現したものである。
【図５ｄ】本発明による他の電極パターニングを模式に現したものである。
【図６ａ】本発明により、電極パターンを設計するのに有用なスペースグループを概念的に描いたものである。
【図６ｂ】本発明により、電極パターンを設計するのに有用なスペースグループを概念的に描いたものである。
【図６ｃ】本発明により、電極パターンを設計するのに有用なスペースグループを概念的に描いたものである。
【図６ｄ】本発明により、電極パターンを設計するのに有用なスペースグループを概念的に描いたものである。
【図６ｅ】本発明により、電極パターンを設計するのに有用なスペースグループを概念的に描いたものである。
【図７】本発明により、Ｄの方向及び符号を制御するのに使用可能な１つの電極パターンを描いたものである。
【図８ａ】本発明により、Ｄの方向及び符号を制御するのに使用可能な他の電極パターンを描いたものである。
【図８ｂ】本発明により、Ｄの方向及び符号を制御するのに使用可能な他の電極パターンを描いたものである。

Claims

距離ｔで離間した第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に配置された液晶物質と、
前記第１及び第２の基板上にそれぞれ配置され、且つ１つの電源に接続される第１及び第２の電極を備える液晶セルであって、
前記第１及び第２の電極の少なくとも１つが、前記基板に平行な電極面内で或る寸法で画定された少なくとも１つのピクセルを有し、
前記少なくとも１つのピクセルは、前記電極面内で伸びている少なくとも１つの非導電性ギャップを含み、
前記少なくとも１つの非導電性ギャップは、前記電極面内での長さ及び幅の少なくとも１つが、前記第１及び第２の基板間の距離ｔの２．５倍を超えない小さな寸法のギャップであり、
前記少なくとも１つのピクセルは、前記第１及び第２の電極の他方との協働の基での電場印加状態下において、前記基板に平行な面内で或る寸法を有するとともに液晶分子が概ね同一の方向及び向きに配向する少なくとも１つの液晶ドメインを生成するのに有効な電場を形成し、
前記小さな寸法の非導電性ギャップの少なくとも１部は、前記液晶ドメインの境界から前記第１及び第２の基板間の距離ｔの少なくとも約１倍の距離だけ離れて、前記液晶ドメイン中に配置される液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中に複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップを含む請求項１記載の液晶セル。
前記小さな寸法の非導電性ギャップの少なくとも１部は、前記液晶ドメインの境界からの前記第１及び第２基板間の距離ｔの少なくとも約２．０倍の距離だけ離れて、前記液晶ドメイン中に配置される請求項１記載の液晶セル。
前記電場印加状態下において、前記液晶物質は、前記少なくとも１つのピクセル内に複数の液晶ドメインを現し、各前記液晶ドメインは、少なくとも１つの前記小さな寸法の非導電性ギャップに隣接する請求項１記載の液晶セル。
前記電場印加状態下において、前記液晶物質は、前記少なくとも１つのピクセル内に複数の液晶ドメインを現し、各前記液晶ドメインは、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップに隣接する請求項１記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つの前記小さな寸法の非導電性ギャップを含む少なくとも１つの前記ピクセルを含む請求項１記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板の双方は、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップを含む少なくとも１つの前記ピクセルを含む請求項１記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つの前記ピクセルを含み、前記電場印加状態下において、前記液晶物質は、各前記ピクセル内に複数の液晶ドメインを現し、各前記液晶ドメインは、少なくとも１つの前記小さな寸法の非導電性ギャップに隣接する請求項１記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つの前記ピクセルを含み、前記電場印加状態下において、前記液晶物質は、各前記ピクセル内に複数の液晶ドメインを現し、各前記液晶ドメインは、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップに隣接する請求項１記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板上の前記ピクセルは、実質的に隣接しかつ同一空間に延在する請求項６，７，８，又は９に記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界の少なくとも１部は実質的に直線であり、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しているか、或いは、前記ピクセルの端部で互いに対向する基板上の電極の端部の位置が異なり、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップが、それに対しある角度で配置される請求項１記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界の少なくとも１部は実質的に直線であり、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界の直線部分とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップがそこからある角度で延在する請求項１記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界の少なくとも１部は実質的に直線であり、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界の直線部分とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップがそこからある角度で延在し、前記小さな寸法の非導電性ギャップは、実質的に矩形であり互いに平行である請求項１記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界は実質的に直線であり、各境界は実質的に隣接し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界とが共通の直線を介して接し、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップが、それに対しある角度で配置される請求項１記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界は実質的に直線状のセグメントからなり、各セグメントは実質的に隣接し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界とが共通の直線を介して接しているか、或いは、前記ピクセルの端部で互いに対向する基板上の電極の端部の位置が異なり、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップが、それに対しある角度で配置される請求項１記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界は実質的に直線であり、各境界は実質的に隣接し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界とが共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップが、それに対しある角度で配置される請求項１記載の液晶セル。
前記液晶ドメインの境界は実質的に直線であり、各境界は実質的に隣接し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界とが共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップが、それに対しある角度で配置され、かつ前記小さな寸法の非導電性ギャップは実質的に矩形である請求項１記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つの前記ピクセルを含み、前記ピクセルは、実質的に隣接し同一空間上に延在し、各前記ピクセルが複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップを含み、前記小さな寸法の非導電性ギャップは、実質的に矩形であり互いに平行であり、互いに対向する前記基板上の実質的に平行な小さな寸法の非導電性ギャップは、セル中でのナチュラルピッチの結果として液晶の配向ベクトルが回転している角度より約１０度以上約３０度未満の範囲の角度だけ相対的に回転した関係にある請求項１記載の液晶セル。
前記液晶物質は、ネガティブ誘電率非対象性を有するネマチック液晶或いはキラールネマチック液晶から選択される請求項１記載の液晶セル。
前記基板の少なくとも１つは、液晶を配向するよう処理される請求項１記載の液晶セル。
前記液晶物質は、ネガティブ誘電率非対象性を有するネマチック液晶或いはキラールネマチック液晶から選択され、かつ前記基板の少なくとも１つは、前記液晶物質のホメオトロピック配向を促すよう処理される請求項１記載の液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約１．５倍以内に位置する請求項１記載の液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約９０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約１．５倍以内に位置する請求項１記載の液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内に位置する請求項１記載の液晶セル。
前記基板の双方は、面積の少なくとも約８０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内に位置する少なくとも１つの前記ピクセルを含む請求項１記載の液晶セル。
前記小さな寸法の非導電性ギャップは各液晶ドメイン内に１パターンを形成し、Ｐｇ、Ｃｍ又はＰｌからなる群から選択される１つの２次元空間群により変形する請求項１記載の液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約９０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内に位置する請求項１記載の液晶セル。
前記電場印加状態下において、前記液晶物質は、前記少なくとも１つのピクセル内に複数の液晶ドメインを現し、各前記液晶ドメインは、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップに隣接し、かつ、前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約１．５倍以内に位置する請求項１記載の液晶セル。
前記電場印加状態下において、前記液晶物質は、前記少なくとも１つのピクセル内に複数のドメインを現し、各前記ドメインは、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップに隣接し、前記小さな寸法の非導電性ギャップは実質的に矩形であり互いに平行であり、実質的に等しい幅と間隔を有し、かつ、前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約８０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内である請求項１記載の液晶セル。
距離ｔで離間した第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に配置された液晶物質と、
前記第１及び第２の基板上にそれぞれ配置され、且つ１つの電源に接続される第１及び第２の電極を備える液晶セルであって、
前記第１及び第２の電極の少なくとも１つが、前記基板に平行な電極面内で或る寸法で画定された少なくとも１つのピクセルを有し、
前記少なくとも１つのピクセルは、前記電極面内で伸びている少なくとも１つの非導電性ギャップを含み、
前記少なくとも１つの非導電性ギャップは、前記電極面内での長さ及び幅の少なくとも１つが、前記第１及び第２の基板間の距離ｔの２．５倍を超えない小さな寸法のギャップであり、
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約１．５倍以内に位置しており、
前記少なくとも１つのピクセルは、前記第１及び第２の電極の他方との協働の基での電場印加状態下において、前記ピクセルに隣接する液晶分子を概ね同一の方向及び向きに配向させるのに有効な電場を形成する液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約９０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約１．５倍以内に位置する請求項３０記載の液晶セル。
前記非導電性ギャップは、幅よりも大きな長さを有し概ね平行である請求項３０記載の液晶セル。
前記ギャップは、実質的に矩形であり互いに平行である請求項３０記載の液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約６０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内に位置する請求項３０記載の液晶セル。
前記少なくとも１つのピクセル中の面積の少なくとも約９０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内に位置する請求項３０記載の液晶セル。
前記基板の双方は、面積の少なくとも約８０％が、前記電極の導電部分の端部から前記第１及び第２基板間の距離ｔの約０．７倍以内に位置する少なくとも１つの前記ピクセルを含む請求項３０記載の液晶セル。
電場印加の下で、前記液晶が、前記基板に平行な面内で或る寸法を有するとともに液晶分子が概ね同一の方向及び向きに配向する少なくとも１つの液晶ドメインを形成し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界の直線部分とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップがそれに対しある角度で配置される請求項３０記載の液晶セル。
電場印加の下で、前記液晶が、前記基板に平行な面内で或る寸法を有するとともに液晶分子が概ね同一の方向及び向きに配向する少なくとも１つの液晶ドメインを形成し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界の直線部分とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法のギャップがそれからある角度で延在する請求項３０記載の液晶セル。
電場印加の下で、前記液晶が、前記基板に平行な面内で或る寸法を有するとともに液晶分子が概ね同一の方向及び向きに配向する少なくとも１つの液晶ドメインを形成し、少なくとも１つの非導電性ギャップ又は非導電性ギャップの一部と前記境界の直線部分とが実質的に隣接し、共通の直線を介して接しており、そして、複数の前記小さな寸法の非導電性ギャップがそれからある角度で延在し、前記小さな寸法の非導電性ギャップは実質的に矩形であり互いに平行である請求項３０記載の液晶セル。
前記第１及び第２の基板の双方は、少なくとも１つの前記ピクセルを含み、前記ピクセルは実質的に隣接しかつ同一空間に延在し、前記小さな寸法の非導電性ギャップは実質的に矩形であり互いに平行であり、互いに対向する前記基板上の実質的に平行な小さな寸法の非導電性ギャップは、セル中でのナチュラルピッチの結果として液晶の配向ベクトルが回転している角度より約１０度以上約３０度未満の範囲の角度だけ相対的に回転した関係にある請求項３０記載の液晶セル。
前記液晶物質は、ネガティブ誘電率非対象性を有するネマチック液晶或いはキラールネマチック液晶から選択される請求項３０記載の液晶セル。
前記基板の少なくとも１つは、液晶を配向するよう処理される請求項３０記載の液晶セル。
前記液晶物質は、ネガティブ誘電率非対象性を有するネマチック液晶或いはキラールネマチック液晶から選択され、かつ前記基板の少なくとも１つは、前記液晶物質のホメオトロピック配向を促すよう処理される請求項３０記載の液晶セル。