JP2001296563A - 双安定ネマチック液晶デバイス - Google Patents
双安定ネマチック液晶デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実質的に同一の方位角方向においてダイレク
タが二つの傾斜角のいずれかをとることを可能にするよ
うに形成した、特徴（造作）のアレイを使用する、双安
定ネマチック液晶デバイスの提供。 【解決手段】 双安定ネマチック液晶デバイスは、少な
くとも一つのセル壁（２）上に直立した特徴（10）のア
レイを含む。これらの特徴（10）が有する形状及び／又
は配向は、当該特徴（10）に隣接する液晶ダイレクタ
が、実質的に同じ方位角方向において二つの異なる傾斜
角をとるのを誘導するようになっている。またその配置
は、適切な電気信号が電極（12,14）に印加された後
に、二つの安定な液晶分子構成が存在しうるようになっ
ている。
タが二つの傾斜角のいずれかをとることを可能にするよ
うに形成した、特徴（造作）のアレイを使用する、双安
定ネマチック液晶デバイスの提供。 【解決手段】 双安定ネマチック液晶デバイスは、少な
くとも一つのセル壁（２）上に直立した特徴（10）のア
レイを含む。これらの特徴（10）が有する形状及び／又
は配向は、当該特徴（10）に隣接する液晶ダイレクタ
が、実質的に同じ方位角方向において二つの異なる傾斜
角をとるのを誘導するようになっている。またその配置
は、適切な電気信号が電極（12,14）に印加された後
に、二つの安定な液晶分子構成が存在しうるようになっ
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、双安定ネマチック液晶
デバイスに関する。
デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶デバイスは典型的には、間隔を置い
て向かい合った一対の半透明なセル壁からなり、液晶
（液晶）材料がそれらの間に挟まれている。セル壁は液
晶材料を整列させるための電場を加える透明な電極パタ
ーンを有する。
て向かい合った一対の半透明なセル壁からなり、液晶
（液晶）材料がそれらの間に挟まれている。セル壁は液
晶材料を整列させるための電場を加える透明な電極パタ
ーンを有する。
【０００３】液晶（ＬＣ）材料は棒状又は細長い葉状の
分子であり、その長軸および短軸に沿って異なる光学的
性質を有する。これらの分子はある程度の長い範囲にわ
たって秩序を示し、局所的に見れば近隣の分子と同様の
配向をとる傾向がある。これらの分子の長軸の局所的な
配向はダイレクタ（配向ベクトル）と呼ばれる。ダイレ
クタがセル壁の平面に対して垂直に配向される時、これ
をホメオトロピック配列と呼ぶ。セル壁の平面に沿っ
た、またはセル壁の平面に対してある角度をなしたダイ
レクタの配列を、それぞれプレーナー型均質配列、及び
傾斜型均質配列と呼ぶ。
分子であり、その長軸および短軸に沿って異なる光学的
性質を有する。これらの分子はある程度の長い範囲にわ
たって秩序を示し、局所的に見れば近隣の分子と同様の
配向をとる傾向がある。これらの分子の長軸の局所的な
配向はダイレクタ（配向ベクトル）と呼ばれる。ダイレ
クタがセル壁の平面に対して垂直に配向される時、これ
をホメオトロピック配列と呼ぶ。セル壁の平面に沿っ
た、またはセル壁の平面に対してある角度をなしたダイ
レクタの配列を、それぞれプレーナー型均質配列、及び
傾斜型均質配列と呼ぶ。
【０００４】液晶材料にはネマチック、コレステリック
（カイラルネマチック）及びスメクチックの三つのタイ
プが存在する。本発明は、任意選択的にカイラルな、或
いはカイラルにドープされていてもよい、ネマチック液
晶材料を使用したデバイスに関する。
（カイラルネマチック）及びスメクチックの三つのタイ
プが存在する。本発明は、任意選択的にカイラルな、或
いはカイラルにドープされていてもよい、ネマチック液
晶材料を使用したデバイスに関する。
【０００５】ネマチック液晶材料を利用する典型的な液
晶ディスプレイは単安定性であり、電場の印加が液晶分
子を「オン」状態に整列させ、電場の除去が液晶分子の
予め定められた「オフ」状態への復帰を許容する。この
ような単安定性モードの例には、ねじれネマチック（Ｔ
Ｎ）モード、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）モード、及
びハイブリッド配列ネマチック（ＨＡＮ）モードがあ
る。「オン」ピクセルの各々は、しきい値を上回る電場
に維持しなければならないが、これは複合ディスプレイ
のマトリックスアドレス指定において問題を生じうる。
こうした問題は、各ピクセルを薄膜トランジスター（Ｔ
ＦＴ）で駆動すれば克服できるが、大面積のＴＦＴアレ
イを製造するのは困難であり、かつ製造コストが増大す
る。
晶ディスプレイは単安定性であり、電場の印加が液晶分
子を「オン」状態に整列させ、電場の除去が液晶分子の
予め定められた「オフ」状態への復帰を許容する。この
ような単安定性モードの例には、ねじれネマチック（Ｔ
Ｎ）モード、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）モード、及
びハイブリッド配列ネマチック（ＨＡＮ）モードがあ
る。「オン」ピクセルの各々は、しきい値を上回る電場
に維持しなければならないが、これは複合ディスプレイ
のマトリックスアドレス指定において問題を生じうる。
こうした問題は、各ピクセルを薄膜トランジスター（Ｔ
ＦＴ）で駆動すれば克服できるが、大面積のＴＦＴアレ
イを製造するのは困難であり、かつ製造コストが増大す
る。
【０００６】多数の双安定液晶デバイスが提案されてき
ており、そこではネマチック液晶がダイレクタについて
一つより多い安定な配向を有し、適切な波形によりアド
レス指定された時に、これが二つの安定な状態の間で切
り換えられる。
ており、そこではネマチック液晶がダイレクタについて
一つより多い安定な配向を有し、適切な波形によりアド
レス指定された時に、これが二つの安定な状態の間で切
り換えられる。
【０００７】米国特許第4,333,708号は、安定な構成相
互間でのスイッチングが、電場に応答する回位の動きに
よって行われる、多安定液晶デバイスを開示している。
互間でのスイッチングが、電場に応答する回位の動きに
よって行われる、多安定液晶デバイスを開示している。
【０００８】WO 91/11747及びWO 92/00546では、ＳｉＯ
コーティングの厚みと蒸着を慎重に制御することによっ
て、双安定表面を提供する提案がなされている。ダイレ
クタの第一の安定なプレーナー配向を得ることができ、
第二の安定な配向では、ダイレクタは当該表面の平面内
にある第一の配向にに対して９０゜をなす方位角（当該
表面の平面内で）にあり、約３０゜傾斜している。
コーティングの厚みと蒸着を慎重に制御することによっ
て、双安定表面を提供する提案がなされている。ダイレ
クタの第一の安定なプレーナー配向を得ることができ、
第二の安定な配向では、ダイレクタは当該表面の平面内
にある第一の配向にに対して９０゜をなす方位角（当該
表面の平面内で）にあり、約３０゜傾斜している。
【０００９】GB 2,286,467では、ダイレクタが表面に対
して平坦であり、二つの表面配向が回折格子の寸法の精
密な制御により安定化されている複回折格子（bigratin
g）表面を使用することにより、方位角的に双安定な表
面を達成する提案がなされている。
して平坦であり、二つの表面配向が回折格子の寸法の精
密な制御により安定化されている複回折格子（bigratin
g）表面を使用することにより、方位角的に双安定な表
面を達成する提案がなされている。
【００１０】"Mechanically Bistable Liquid-Crystal
Display Structure", R N Thurstonet al, IEEE Trans.
on Elec. Devices, Vol. ED-27, No. 11, Nov. 1980に
おいては、「垂直−水平」及び「水平−水平」と呼ばれ
る二つの双安定ネマチック液晶モードが記載されてい
る。垂直−水平モードにおいては、セル壁は両方とも処
理されており、約４５°の傾斜を与えるようになってい
る。これはダイレクタが、デバイスの主表面に対して垂
直な平面内において、二つの状態の間でスイッチングさ
れることを許容する。水平−水平モードにおいては、ダ
イレクタはデバイスの主表面に対して平行な平面内にお
いて、二つの角度の間でスイッチング可能である。
Display Structure", R N Thurstonet al, IEEE Trans.
on Elec. Devices, Vol. ED-27, No. 11, Nov. 1980に
おいては、「垂直−水平」及び「水平−水平」と呼ばれ
る二つの双安定ネマチック液晶モードが記載されてい
る。垂直−水平モードにおいては、セル壁は両方とも処
理されており、約４５°の傾斜を与えるようになってい
る。これはダイレクタが、デバイスの主表面に対して垂
直な平面内において、二つの状態の間でスイッチングさ
れることを許容する。水平−水平モードにおいては、ダ
イレクタはデバイスの主表面に対して平行な平面内にお
いて、二つの角度の間でスイッチング可能である。
【００１１】WO 97/14990及びWO 99/34251は、ホメオト
ロピックな局部ダイレクタを備えた単回折格子の使用を
記載しており、これは同一の方位角平面内において、異
なる傾斜角を持つ二つの安定状態を有している。ホメオ
トロピック配列は、自発的ホメオトロピック配向を生ず
る材料層に単回折格子を形成するか、或いはより具体的
には、回折格子表面をレシチンのようなホメオトロピッ
ク誘導性配列剤でコーティングすることにより達成され
る。
ロピックな局部ダイレクタを備えた単回折格子の使用を
記載しており、これは同一の方位角平面内において、異
なる傾斜角を持つ二つの安定状態を有している。ホメオ
トロピック配列は、自発的ホメオトロピック配向を生ず
る材料層に単回折格子を形成するか、或いはより具体的
には、回折格子表面をレシチンのようなホメオトロピッ
ク誘導性配列剤でコーティングすることにより達成され
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、実質的
に同一の方位角方向においてダイレクタが二つの傾斜角
のいずれかをとることを可能にするように形成した、特
徴（造作）のアレイを使用することで、双安定ネマチッ
ク液晶デバイスを構築できることを見出した。セルは電
場の印加によって二つの傾斜状態の間でスイッチング可
能であり、かくして電場を除去した後も残存するように
情報を表示する。
に同一の方位角方向においてダイレクタが二つの傾斜角
のいずれかをとることを可能にするように形成した、特
徴（造作）のアレイを使用することで、双安定ネマチッ
ク液晶デバイスを構築できることを見出した。セルは電
場の印加によって二つの傾斜状態の間でスイッチング可
能であり、かくして電場を除去した後も残存するように
情報を表示する。
【００１３】本明細書では、「方位角方向」という用語
は次の通りに用いられる。セル壁がＸ、Ｙ平面にあると
して、これらのセル壁に対する法線がＺ軸であるとす
る。同じ方位角方向の二つの傾斜角とは、同じＸ、Ｚ平
面にある二つの異なるダイレクタ配列を意味し、ここで
ＸはダイレクタのＸ、Ｙ平面上への投影と考える。
は次の通りに用いられる。セル壁がＸ、Ｙ平面にあると
して、これらのセル壁に対する法線がＺ軸であるとす
る。同じ方位角方向の二つの傾斜角とは、同じＸ、Ｚ平
面にある二つの異なるダイレクタ配列を意味し、ここで
ＸはダイレクタのＸ、Ｙ平面上への投影と考える。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの側面によ
れば、ネマチック液晶材料の層を囲む第一のセル壁及び
第二のセル壁と、液晶材料の少なくとも幾らかに対して
電場を印加する電極と、少なくとも第一のセル壁の内側
表面上にあり、液晶分子の配列をもたらす表面配列とか
らなる双安定ネマチック液晶デバイスが提供される。こ
こで表面配列は特徴（造作）のアレイを含み、この特徴
はその特徴に隣接するダイレクタが実質的に同じ方位角
方向にある二つの異なる傾斜角をとるように誘導するた
めの形状及び／又は配向を有し、その配置は、適切な電
気信号が電極に印加された後に二つの安定な液晶分子構
成が存在しうるようになっている。
れば、ネマチック液晶材料の層を囲む第一のセル壁及び
第二のセル壁と、液晶材料の少なくとも幾らかに対して
電場を印加する電極と、少なくとも第一のセル壁の内側
表面上にあり、液晶分子の配列をもたらす表面配列とか
らなる双安定ネマチック液晶デバイスが提供される。こ
こで表面配列は特徴（造作）のアレイを含み、この特徴
はその特徴に隣接するダイレクタが実質的に同じ方位角
方向にある二つの異なる傾斜角をとるように誘導するた
めの形状及び／又は配向を有し、その配置は、適切な電
気信号が電極に印加された後に二つの安定な液晶分子構
成が存在しうるようになっている。
【００１５】驚くべきことに本発明者らは、ダイレクタ
の配向は、アレイ又は格子によってではなく、特徴（造
作）の幾何学的形状によって誘導されることを見出し
た。
の配向は、アレイ又は格子によってではなく、特徴（造
作）の幾何学的形状によって誘導されることを見出し
た。
【００１６】好ましい実施例では、特徴（造作）は複数
の直立したポスト（柱）状のものからなる。またこの特
徴は、小丘状、ピラミッド状、ドーム状、壁状、および
液晶ダイレクタが実質的に同じ方位角方向において二つ
の異なる傾斜角のうち一方をとることを可能にする形状
又は配向を有する、その他の隆起からなることができ
る。本発明はこれ以降、便宜上ポストに関して説明す
る。しかしながら、本発明がこの実施例に限定されない
ことは理解されよう。ポストは実質的に真っ直ぐな、デ
バイスの主平面に対して垂直又は傾斜した側面を有する
ことができ、或いはポストは湾曲又は不規則な表面形状
又は構成を有していてもよい。
の直立したポスト（柱）状のものからなる。またこの特
徴は、小丘状、ピラミッド状、ドーム状、壁状、および
液晶ダイレクタが実質的に同じ方位角方向において二つ
の異なる傾斜角のうち一方をとることを可能にする形状
又は配向を有する、その他の隆起からなることができ
る。本発明はこれ以降、便宜上ポストに関して説明す
る。しかしながら、本発明がこの実施例に限定されない
ことは理解されよう。ポストは実質的に真っ直ぐな、デ
バイスの主平面に対して垂直又は傾斜した側面を有する
ことができ、或いはポストは湾曲又は不規則な表面形状
又は構成を有していてもよい。
【００１７】ダイレクタは局部的に、ポストの特定の形
状に依存する配向に対して整列する傾向がある。四角形
ポストのアレイでは、ダイレクタはポストの二つの対角
線のいずれかに沿って整列することになる。他の形状を
選択した場合には、二つより多い方位角方向が存在する
場合もあるし、一つしかない場合もある。例えば等辺三
角形のポストは、角を二等分する線に実質的に沿った、
三つの方向を誘導できる。一つの軸が他の軸より長い楕
円形または菱形の場合は、方位角方向を定める単一の局
部ダイレクタ配向を誘導しうる。こうした配向は、極め
て広範囲のポスト形状によって誘導されうることが理解
されよう。さらにまた、四角形ポストをその対角線の一
つに沿って傾けると、一つの方向を他の方向よりも優勢
に、好ましいものとして選択することが可能である。同
様に、円筒形ポストを傾けることにより、傾斜方向に配
列を誘導できる。
状に依存する配向に対して整列する傾向がある。四角形
ポストのアレイでは、ダイレクタはポストの二つの対角
線のいずれかに沿って整列することになる。他の形状を
選択した場合には、二つより多い方位角方向が存在する
場合もあるし、一つしかない場合もある。例えば等辺三
角形のポストは、角を二等分する線に実質的に沿った、
三つの方向を誘導できる。一つの軸が他の軸より長い楕
円形または菱形の場合は、方位角方向を定める単一の局
部ダイレクタ配向を誘導しうる。こうした配向は、極め
て広範囲のポスト形状によって誘導されうることが理解
されよう。さらにまた、四角形ポストをその対角線の一
つに沿って傾けると、一つの方向を他の方向よりも優勢
に、好ましいものとして選択することが可能である。同
様に、円筒形ポストを傾けることにより、傾斜方向に配
列を誘導できる。
【００１８】局所的なダイレクタの配向はポストの幾何
学的形状によって決定されるので、アレイが規則邸なア
レイである必要はない。好ましい実施例では、ポストは
規則的な格子ではなく、ランダムまたは疑似ランダムな
アレイに配置される。この配置は、規則的な構造の使用
に由来する回折色を排除するという利点を有する。こう
したアレイは拡散手段として作用しうるものであり、一
部のディスプレイにおける外部拡散手段の必要性を取り
除く。もちろん、ディスプレイに回折色が望ましい場合
には、アレイは規則的にされ、ポストは所望の干渉効果
を生ずるような間隔で配置される。このように、必要な
配列を与え、またテクスチャのある表面からもたらされ
る光学効果を緩和または増強するように、構造を個別に
最適化することができる。
学的形状によって決定されるので、アレイが規則邸なア
レイである必要はない。好ましい実施例では、ポストは
規則的な格子ではなく、ランダムまたは疑似ランダムな
アレイに配置される。この配置は、規則的な構造の使用
に由来する回折色を排除するという利点を有する。こう
したアレイは拡散手段として作用しうるものであり、一
部のディスプレイにおける外部拡散手段の必要性を取り
除く。もちろん、ディスプレイに回折色が望ましい場合
には、アレイは規則的にされ、ポストは所望の干渉効果
を生ずるような間隔で配置される。このように、必要な
配列を与え、またテクスチャのある表面からもたらされ
る光学効果を緩和または増強するように、構造を個別に
最適化することができる。
【００１９】ポストは任意の適切な手段によって形成で
きる。例えばフォトリソグラフィ、エンボス加工、鋳
造、射出成形、或いはキャリヤ層からの転写などであ
る。ポストをコーティング処理してホメオトロピック配
列を誘導することは必要でない。
きる。例えばフォトリソグラフィ、エンボス加工、鋳
造、射出成形、或いはキャリヤ層からの転写などであ
る。ポストをコーティング処理してホメオトロピック配
列を誘導することは必要でない。
【００２０】一つの実施形態においては、ある程度のね
じれが液晶ダイレクタに付与されるが、これはデバイス
の光学的特性を改善しうる。カイラルな、又はカイラル
にドープされた液晶材料を使用して、このねじれを付与
することができる。加えて、または代替的に、第二のセ
ル壁の内側表面を処理して、第一のセル壁上にある特徴
によって誘導される方位角方向に関してゼロではない角
度を有するプレーナー型または傾斜プレーナー型の配列
を誘導することにより、ねじれを付与することができ
る。
じれが液晶ダイレクタに付与されるが、これはデバイス
の光学的特性を改善しうる。カイラルな、又はカイラル
にドープされた液晶材料を使用して、このねじれを付与
することができる。加えて、または代替的に、第二のセ
ル壁の内側表面を処理して、第一のセル壁上にある特徴
によって誘導される方位角方向に関してゼロではない角
度を有するプレーナー型または傾斜プレーナー型の配列
を誘導することにより、ねじれを付与することができ
る。
【００２１】好ましくは第二のセル壁は、ホメオトロピ
ック局部配列を誘導するように処理されるが、これはレ
シチンまたはクロム錯体のような周知の表面処理剤によ
って達成される。このモードにおいては、負の誘電異方
性のネマチック液晶を使用し、エネルギーがより低い高
傾斜状態からエネルギーがより高い低傾斜状態へのスイ
ッチングを容易にするのが更に望ましい。しかしながら
本発明者らは、プレーナー配列もまた、光学的に明確な
状態相互間での双安定スイッチングを許容することを見
出した。このプレーナー配列は、第二の表面上にある単
回析格子を使用することにより達成され、これは他方の
表面上にある好ましい方向と平行に整列した溝を有す
る。正の誘電異方性のネマチック液晶もまた使用でき
る。便宜上、本発明では以後、第二のセル壁上のホメオ
トロピック配列について述べるが、本発明がこの実施例
に限定されないことは理解されよう。
ック局部配列を誘導するように処理されるが、これはレ
シチンまたはクロム錯体のような周知の表面処理剤によ
って達成される。このモードにおいては、負の誘電異方
性のネマチック液晶を使用し、エネルギーがより低い高
傾斜状態からエネルギーがより高い低傾斜状態へのスイ
ッチングを容易にするのが更に望ましい。しかしながら
本発明者らは、プレーナー配列もまた、光学的に明確な
状態相互間での双安定スイッチングを許容することを見
出した。このプレーナー配列は、第二の表面上にある単
回析格子を使用することにより達成され、これは他方の
表面上にある好ましい方向と平行に整列した溝を有す
る。正の誘電異方性のネマチック液晶もまた使用でき
る。便宜上、本発明では以後、第二のセル壁上のホメオ
トロピック配列について述べるが、本発明がこの実施例
に限定されないことは理解されよう。
【００２２】使用時はこのデバイスには、液晶材料のス
イッチング状態相互間を判別させる手段を備える。例え
ば偏光子及び検光子が、液晶デバイス製造技術の当業者
によく知られた方法で、液晶セルのいずれかの側に設け
られる。直交する偏光子の間では、大きく傾斜した状態
は暗く現れ、小さく傾斜した状態は複屈折が増大するた
め明るく現れる。代替的に多色性染料を液晶材料に溶解
してもよく、任意選択的にセル上に単一の偏光子を設け
てもよい。しかしながらこのデバイスは、偏光子または
他の判別手段なしに製造販売してもよい。
イッチング状態相互間を判別させる手段を備える。例え
ば偏光子及び検光子が、液晶デバイス製造技術の当業者
によく知られた方法で、液晶セルのいずれかの側に設け
られる。直交する偏光子の間では、大きく傾斜した状態
は暗く現れ、小さく傾斜した状態は複屈折が増大するた
め明るく現れる。代替的に多色性染料を液晶材料に溶解
してもよく、任意選択的にセル上に単一の偏光子を設け
てもよい。しかしながらこのデバイスは、偏光子または
他の判別手段なしに製造販売してもよい。
【００２３】液晶材料が二つの異なる傾斜状態をとるの
を可能にするならば、ポストはいかなる高さであっても
よい。この高さは、液晶材料及びセル特性の相違に伴い
異なってくる。好ましい高さの範囲は、０．５ないし５
μｍ、特に０．９ないし１．３μｍ（約３μｍのセル間
隔）である。ポストが低すぎると、プレーナー配列が優
位を占める傾向にあり、一方ポストが高すぎると、高傾
斜即ちホメオトロピック配向が優位を占めることにな
る。
を可能にするならば、ポストはいかなる高さであっても
よい。この高さは、液晶材料及びセル特性の相違に伴い
異なってくる。好ましい高さの範囲は、０．５ないし５
μｍ、特に０．９ないし１．３μｍ（約３μｍのセル間
隔）である。ポストが低すぎると、プレーナー配列が優
位を占める傾向にあり、一方ポストが高すぎると、高傾
斜即ちホメオトロピック配向が優位を占めることにな
る。
【００２４】ポストは任意の使いやすい幅（寸法）でよ
い。好ましい幅の範囲は０．２ないし３μｍである。好
ましくはポストは相互に、０．１から５μｍの距離だけ
離して置かれる。
い。好ましい幅の範囲は０．２ないし３μｍである。好
ましくはポストは相互に、０．１から５μｍの距離だけ
離して置かれる。
【００２５】ポストは一つのセル壁のみに備えさせても
よいし、または任意に両方のセル壁に備えさせてもよ
い。
よいし、または任意に両方のセル壁に備えさせてもよ
い。
【００２６】任意選択的に、配列用ポストには、セルの
スペーサとなるより背の高いポストを点在配置させても
よい。
スペーサとなるより背の高いポストを点在配置させても
よい。
【００２７】セル壁はガラス、またはＰＥＳ、ＰＥＴ、
ＰＥＥＫまたはポリアミド等の硬質または非硬質のプラ
スチック材料から形成できる。
ＰＥＥＫまたはポリアミド等の硬質または非硬質のプラ
スチック材料から形成できる。
【００２８】一つの電極構造（通常はインジウムスズ酸
化物などの透明な導体である）が、周知の仕方でそれぞ
れのセル壁の内側表面上に設けられることが好ましい。
例えば、第一のセル壁に複数の「行」電極を設け、第二
のセル壁に複数の「列」電極を設けることができる。し
かしながら、一方の壁、好ましくは第一のセル壁の上だ
けに、平坦な（インターデジタル即ち櫛形の）電極構造
を設けることも可能である。
化物などの透明な導体である）が、周知の仕方でそれぞ
れのセル壁の内側表面上に設けられることが好ましい。
例えば、第一のセル壁に複数の「行」電極を設け、第二
のセル壁に複数の「列」電極を設けることができる。し
かしながら、一方の壁、好ましくは第一のセル壁の上だ
けに、平坦な（インターデジタル即ち櫛形の）電極構造
を設けることも可能である。
【００２９】第二のセル壁の内側表面は低い表面エネル
ギーを持つようにすることができ、それによって任意の
特定の配列型を生ずる傾向を殆ど又は全く示さないよう
にし、かくしてダイレクタの配列が基本的に、第一のセ
ル壁上の特徴によって決定されるようにしうる。しかし
ながら、第二のセル壁の内側表面には、局所ダイレクタ
の所望される配列を誘導する表面配向が設けられること
が好ましい。この配列はホメオトロピック、プレーナ
ー、或いは傾斜配列であってよい。この配列は、適切な
形状及び／又は配向の特徴のアレイによって、或いは例
えばラビング、光配列、単回折格子などの在来の手段に
よって、或いはホメオトロピック配列を誘導する剤で壁
表面を処理することによって設けることができる。
ギーを持つようにすることができ、それによって任意の
特定の配列型を生ずる傾向を殆ど又は全く示さないよう
にし、かくしてダイレクタの配列が基本的に、第一のセ
ル壁上の特徴によって決定されるようにしうる。しかし
ながら、第二のセル壁の内側表面には、局所ダイレクタ
の所望される配列を誘導する表面配向が設けられること
が好ましい。この配列はホメオトロピック、プレーナ
ー、或いは傾斜配列であってよい。この配列は、適切な
形状及び／又は配向の特徴のアレイによって、或いは例
えばラビング、光配列、単回折格子などの在来の手段に
よって、或いはホメオトロピック配列を誘導する剤で壁
表面を処理することによって設けることができる。
【００３０】特徴の形状及び／又は配向は好ましくは、
この特徴に隣接する一つの方位角ダイレクタ配向だけを
好ましく選ぶようなものとされる。この配向はそれぞれ
の特徴について同じであってもよく、或いは配向を特徴
ごとに異ならせて、二つの状態のうちの一方で散乱効果
が付与されるようにしてもよい。
この特徴に隣接する一つの方位角ダイレクタ配向だけを
好ましく選ぶようなものとされる。この配向はそれぞれ
の特徴について同じであってもよく、或いは配向を特徴
ごとに異ならせて、二つの状態のうちの一方で散乱効果
が付与されるようにしてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下では添付図面を参照して、本
発明を例に基づいてさらに説明する。
発明を例に基づいてさらに説明する。
【００３２】図２に概略的に示した双安定ネマチックセ
ルは、第一のセル壁２と第二のセル壁４とを含み、これ
らは負の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料層を
挟んでいる。液晶分子は楕円で表してあり、その長軸が
局所ダイレクタを示す。それぞれのセル壁の内側表面に
は、透明な電極パターン、例えば第一のセル壁２上の行
電極１２および第二のセル壁４上の列電極１４が、周知
の仕方で設けられている。
ルは、第一のセル壁２と第二のセル壁４とを含み、これ
らは負の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料層を
挟んでいる。液晶分子は楕円で表してあり、その長軸が
局所ダイレクタを示す。それぞれのセル壁の内側表面に
は、透明な電極パターン、例えば第一のセル壁２上の行
電極１２および第二のセル壁４上の列電極１４が、周知
の仕方で設けられている。
【００３３】第一のセル壁２の内側表面は、四角形ポス
ト１０の規則的なアレイでテクスチャ化されており、第
二のセル壁４の内側表面は平坦である。ポスト１０は約
１μｍの高さであり、セルギャップは典型的には３μｍ
である。平坦な表面は処理され、ホメオトロピック配列
を付与するようにされる。ポストにはホメオトロピック
的な処理はされていない。
ト１０の規則的なアレイでテクスチャ化されており、第
二のセル壁４の内側表面は平坦である。ポスト１０は約
１μｍの高さであり、セルギャップは典型的には３μｍ
である。平坦な表面は処理され、ホメオトロピック配列
を付与するようにされる。ポストにはホメオトロピック
的な処理はされていない。
【００３４】四角形ポストのこのようなアレイは、方位
角平面内に二つの好ましい配列方向を有する。これらは
ポストの二つの対角線に沿っている。図１は、周囲に歪
んだ液晶を備えたポストを通じてとった断面を、一つの
角から対角線方向に反対側にある角にまでわたって示
す。ポストの周囲のこの配列は、次に、ポスト上方の液
晶の配列の種となる傾向があり、かくして平均的な配列
もこの対角方向に沿うことになる。
角平面内に二つの好ましい配列方向を有する。これらは
ポストの二つの対角線に沿っている。図１は、周囲に歪
んだ液晶を備えたポストを通じてとった断面を、一つの
角から対角線方向に反対側にある角にまでわたって示
す。ポストの周囲のこの配列は、次に、ポスト上方の液
晶の配列の種となる傾向があり、かくして平均的な配列
もこの対角方向に沿うことになる。
【００３５】ポストを一方の対角線沿いに傾けることに
よって（図２）、その配列方向を好ましく選ぶことが可
能である。本発明者らはこの幾何学的形状のコンピュー
タシミュレーションを通じて、方位角配列方向は一つし
か存在しないものの、実際にはエネルギーが同じ程度
で、液晶がどの位傾いているかが異なる二つの状態が存
在することを見出した。図２はその二つの状態の概略図
である。一方の状態（図２の左側に示す）では液晶は大
きく傾いており、他方の状態では液晶はポストの周囲で
平面状をなしている。液晶配向の正確な性質は構造の詳
細によるが、ある範囲のパラメータに関しては、セルの
法線からの傾きの大きさが異なる二つの別個の状態が存
在する。これら二つの状態は、偏光子８および検光子６
を介して見ることで識別できる。傾斜が小さな状態は高
い複屈折を示し、傾斜が大きな状態は小さな複屈折を示
す。対角線に沿って充分にポストを傾斜すれば、逆傾斜
状態を除去するのにも役立つ。液晶の性質及びセル間隔
に左右されるが、好ましくはポストは少なくとも５゜だ
け傾斜している。
よって（図２）、その配列方向を好ましく選ぶことが可
能である。本発明者らはこの幾何学的形状のコンピュー
タシミュレーションを通じて、方位角配列方向は一つし
か存在しないものの、実際にはエネルギーが同じ程度
で、液晶がどの位傾いているかが異なる二つの状態が存
在することを見出した。図２はその二つの状態の概略図
である。一方の状態（図２の左側に示す）では液晶は大
きく傾いており、他方の状態では液晶はポストの周囲で
平面状をなしている。液晶配向の正確な性質は構造の詳
細によるが、ある範囲のパラメータに関しては、セルの
法線からの傾きの大きさが異なる二つの別個の状態が存
在する。これら二つの状態は、偏光子８および検光子６
を介して見ることで識別できる。傾斜が小さな状態は高
い複屈折を示し、傾斜が大きな状態は小さな複屈折を示
す。対角線に沿って充分にポストを傾斜すれば、逆傾斜
状態を除去するのにも役立つ。液晶の性質及びセル間隔
に左右されるが、好ましくはポストは少なくとも５゜だ
け傾斜している。
【００３６】本発明の範囲を如何なる形でも制限するも
のではないが、本発明者らの考察によれば、これら二つ
の状態は、液晶がポストによって変形される仕方によっ
て生ずるものであろう。ポスト周囲における流れは、方
向が鋭く変化するポストの前縁および後縁部分で、エネ
ルギー密度の高い領域を生じさせる。これは図１におい
て、ポストの下側左と上側右の角に見ることができる。
このエネルギー密度は液晶分子が傾いていると減少する
が、これは厳しい方向変化が少なくなるためである。こ
のことは、セル全体にわたって分子がホメオトロピック
でいられる限界のところで明らかである。その場合、ポ
ストの縁部に歪みの大きな領域は存在しない。したがっ
て、傾きが大きな状態ではこの歪みエネルギーは減少す
るが、ポストの基部におけるより大きな曲げ／スプレー
変形エネルギーという犠牲が払われる。ポスト間の平坦
な表面と接触している液晶は傾いていないが、ポストの
周囲で傾きを取り入れていくにつれて、鋭い方向変化を
受ける。
のではないが、本発明者らの考察によれば、これら二つ
の状態は、液晶がポストによって変形される仕方によっ
て生ずるものであろう。ポスト周囲における流れは、方
向が鋭く変化するポストの前縁および後縁部分で、エネ
ルギー密度の高い領域を生じさせる。これは図１におい
て、ポストの下側左と上側右の角に見ることができる。
このエネルギー密度は液晶分子が傾いていると減少する
が、これは厳しい方向変化が少なくなるためである。こ
のことは、セル全体にわたって分子がホメオトロピック
でいられる限界のところで明らかである。その場合、ポ
ストの縁部に歪みの大きな領域は存在しない。したがっ
て、傾きが大きな状態ではこの歪みエネルギーは減少す
るが、ポストの基部におけるより大きな曲げ／スプレー
変形エネルギーという犠牲が払われる。ポスト間の平坦
な表面と接触している液晶は傾いていないが、ポストの
周囲で傾きを取り入れていくにつれて、鋭い方向変化を
受ける。
【００３７】傾きが小さな状態では、エネルギーは反対
の意味でバランスしている。すなわちポストの前縁およ
び後縁部分の周囲での大きな変形は、ポストの周囲で傾
きが一様であるためポスト基部において曲げ／スプレー
変形がないことによって、部分的にバランスされてい
る。本発明者らによるコンピュータシミュレーションが
示唆するところでは、現在の構成では、傾きが大きな状
態ほどエネルギー状態は低い。
の意味でバランスしている。すなわちポストの前縁およ
び後縁部分の周囲での大きな変形は、ポストの周囲で傾
きが一様であるためポスト基部において曲げ／スプレー
変形がないことによって、部分的にバランスされてい
る。本発明者らによるコンピュータシミュレーションが
示唆するところでは、現在の構成では、傾きが大きな状
態ほどエネルギー状態は低い。
【００３８】このことは、コンピュータシミュレーショ
ンの結果と実際のセルによって裏付けられる。直交した
偏光子の間の適当な角度から見ると、セルは常に、二つ
の状態のうち暗い方に落ち着く。図２からは、傾きが大
きな状態が小さな複屈折を有し、したがって傾きが小さ
な状態よりも暗く表れることが分かる。傾きの大きな状
態における傾斜の正確な量は、液晶材料の弾性定数およ
びポスト材料の平面定着エネルギーの関数である。
ンの結果と実際のセルによって裏付けられる。直交した
偏光子の間の適当な角度から見ると、セルは常に、二つ
の状態のうち暗い方に落ち着く。図２からは、傾きが大
きな状態が小さな複屈折を有し、したがって傾きが小さ
な状態よりも暗く表れることが分かる。傾きの大きな状
態における傾斜の正確な量は、液晶材料の弾性定数およ
びポスト材料の平面定着エネルギーの関数である。
【００３９】さて図３を参照すると、四角形のポストの
周囲における液晶配列に関するコンピュータ生成モデル
が図示されている。これは図２に示したものと同様であ
るが、第二のセル壁の内側表面は、プレーナー配列を与
えるように処理されている。図３の左側に示された状態
では、局所ダイレクタは大きく傾いており、他方では局
所ダイレクタはポストの周囲で平坦である。図２に示し
たセルと同様に、これら二つの状態の間のスイッチング
は、適切な電気信号を印加することによって行なわれ
る。
周囲における液晶配列に関するコンピュータ生成モデル
が図示されている。これは図２に示したものと同様であ
るが、第二のセル壁の内側表面は、プレーナー配列を与
えるように処理されている。図３の左側に示された状態
では、局所ダイレクタは大きく傾いており、他方では局
所ダイレクタはポストの周囲で平坦である。図２に示し
たセルと同様に、これら二つの状態の間のスイッチング
は、適切な電気信号を印加することによって行なわれ
る。
【００４０】図４は本発明の代替的な実施例に関するポ
ストの疑似ランダムアレイを示し、これは相互干渉作用
のない双安定スイッチングを与える。それぞれの四角形
ポストは約０．８×０．８μｍであり、疑似ランダムア
レイは５６μｍの繰り返し距離を有する。
ストの疑似ランダムアレイを示し、これは相互干渉作用
のない双安定スイッチングを与える。それぞれの四角形
ポストは約０．８×０．８μｍであり、疑似ランダムア
レイは５６μｍの繰り返し距離を有する。
【００４１】
【実施例】セルの製造 インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で被覆した清浄なガラ
ス基板２を使用し、在来のリソグラフィと湿式エッチン
グ手順を用いて、電極パターン１２を形成した。この基
板を適切なフォトレジスト（Shipley社製S1813）で、
１．３μｍの最終厚みまでスピンコートした。
ス基板２を使用し、在来のリソグラフィと湿式エッチン
グ手順を用いて、電極パターン１２を形成した。この基
板を適切なフォトレジスト（Shipley社製S1813）で、
１．３μｍの最終厚みまでスピンコートした。
【００４２】適切な寸法の四角形の不透明領域のアレイ
を四角形のアレイでもって備えたフォトマスク（Compug
raphics International PLC社製）を基板に堅固に接触
させ、適切なＵＶ源を用いてフォトレジストを〜１００
ｍＷ／ｃｍ2で１０秒間露光した。脱イオン水で１：１
に稀釈したMicroposit Developerを用いて基板を約２０
秒間現像し、洗浄し乾燥した。この基板を３６５ｎｍの
ＵＶ源を用いて３０ｍＷ／ｃｍ2で３分間投光露光し、
８５℃で１２時間焼き固めた。次いで２５４ｍｎのＵＶ
源を用いて基板を〜５０ｍＷ／ｃｍ2で１時間、強く紫
外線硬化した。セルの壁面に対する垂直に対してオフセ
ットした角度でもって、ＵＶ源を用いマスクを通して露
光することによって、傾いたポストを生成できた。この
傾斜角（またはブレーズ角）はオフセット角度に対し、
スネルの法則によって関連している。現像液への曝露も
また、ポストの形状に影響を与える。
を四角形のアレイでもって備えたフォトマスク（Compug
raphics International PLC社製）を基板に堅固に接触
させ、適切なＵＶ源を用いてフォトレジストを〜１００
ｍＷ／ｃｍ2で１０秒間露光した。脱イオン水で１：１
に稀釈したMicroposit Developerを用いて基板を約２０
秒間現像し、洗浄し乾燥した。この基板を３６５ｎｍの
ＵＶ源を用いて３０ｍＷ／ｃｍ2で３分間投光露光し、
８５℃で１２時間焼き固めた。次いで２５４ｍｎのＵＶ
源を用いて基板を〜５０ｍＷ／ｃｍ2で１時間、強く紫
外線硬化した。セルの壁面に対する垂直に対してオフセ
ットした角度でもって、ＵＶ源を用いマスクを通して露
光することによって、傾いたポストを生成できた。この
傾斜角（またはブレーズ角）はオフセット角度に対し、
スネルの法則によって関連している。現像液への曝露も
また、ポストの形状に影響を与える。
【００４３】電極パターン１４を備えた第二の清浄なＩ
ＴＯ基板４を使用して、ステアリルカルボキシクロム錯
体を用い、周知の仕方で処理することによって、液晶に
ホメオトロピック配列をもたらした。
ＴＯ基板４を使用して、ステアリルカルボキシクロム錯
体を用い、周知の仕方で処理することによって、液晶に
ホメオトロピック配列をもたらした。
【００４４】紫外線硬化接着剤（Norland Optical Adhe
sives社製N73）中に含まれた適切なスペーサビーズ（Mi
cropearl）を基板２、４の周辺周囲に用い、これらの基
板を一緒にし、３６５ｎｍのＵＶ源を用いて硬化するこ
とによって、実験用の液晶セルを形成した。このセルに
ネマチック液晶混合物（Merck社製ZLI 4788-000）を毛
管充填した。液晶セルのスペーシング、アセンブリおよ
び充填方法は、液晶ディスプレイ製造技術の当業者には
周知であり、そうした在来の方法もまた、本発明による
デバイスのスペーシング、アセンブリおよび充填に使用
可能である。 実験結果 図５および図６は、４２．５℃で記録した双安定セルの
スイッチング応答を示す。セルは次の特性を有してい
た。 スペーシング：３μｍ ポスト高さ：１．４μｍ ポスト間のギャップ（間隔）：０．７μｍ オフセット角：１２° 液晶：３％のＮ６５（Norland社製）でドープしたＺＬ
Ｉ ４７８８−０００（Merck社製） 界面活性剤オリゴマーを液晶に少量添加すると、スイッ
チングが改良されることが判明した。在来の液晶デバイ
スにおけるスイッチングは、液晶に少量の界面活性剤オ
リゴマーを添加すると改善されることが分かっている。
例えば、G P Bryan-Brown, E L Wood and I C Sage, Na
ture Vol. 399 p.338 (1999)を参照されたい。本発明者
らは液晶をＮ６５紫外線硬化型接着剤（Norland社製）
でドープし、等方性相にある間に硬化した。ドープされ
た液晶を次にマスフィルターにかけて、鎖長の長いもの
を除去した。本発明者らは、液晶への３重量％のＮ６５
のドープが最適であることを見出した。
sives社製N73）中に含まれた適切なスペーサビーズ（Mi
cropearl）を基板２、４の周辺周囲に用い、これらの基
板を一緒にし、３６５ｎｍのＵＶ源を用いて硬化するこ
とによって、実験用の液晶セルを形成した。このセルに
ネマチック液晶混合物（Merck社製ZLI 4788-000）を毛
管充填した。液晶セルのスペーシング、アセンブリおよ
び充填方法は、液晶ディスプレイ製造技術の当業者には
周知であり、そうした在来の方法もまた、本発明による
デバイスのスペーシング、アセンブリおよび充填に使用
可能である。 実験結果 図５および図６は、４２．５℃で記録した双安定セルの
スイッチング応答を示す。セルは次の特性を有してい
た。 スペーシング：３μｍ ポスト高さ：１．４μｍ ポスト間のギャップ（間隔）：０．７μｍ オフセット角：１２° 液晶：３％のＮ６５（Norland社製）でドープしたＺＬ
Ｉ ４７８８−０００（Merck社製） 界面活性剤オリゴマーを液晶に少量添加すると、スイッ
チングが改良されることが判明した。在来の液晶デバイ
スにおけるスイッチングは、液晶に少量の界面活性剤オ
リゴマーを添加すると改善されることが分かっている。
例えば、G P Bryan-Brown, E L Wood and I C Sage, Na
ture Vol. 399 p.338 (1999)を参照されたい。本発明者
らは液晶をＮ６５紫外線硬化型接着剤（Norland社製）
でドープし、等方性相にある間に硬化した。ドープされ
た液晶を次にマスフィルターにかけて、鎖長の長いもの
を除去した。本発明者らは、液晶への３重量％のＮ６５
のドープが最適であることを見出した。
【００４５】直流バランスされた単極パルスをセルに印
加し、透過率に及ぼす影響を記録した。各試験パルスは
振幅Ｖ、持続時間τであり、その次に振幅はＶの約５％
であるが持続時間が２０倍の、極性が反対の別のパルス
が続く。この第二のパルスはスイッチングを生ずるには
小さすぎるが、多くの試験パルスが加えられた後に、セ
ルに電荷が蓄積することを防止した。図５および図６
は、透過率の変化をパルス長および振幅の関数として示
す。図５は高エネルギー状態から低エネルギー状態への
スイッチングの結果を示し、図６は反対方向のスイッチ
ングの結果を示す。黒い部分は透過率が変化してセルが
スイッチングされたことを示す。白い部分は透過率に変
化がなくスイッチングが起きなかったことを示す。
加し、透過率に及ぼす影響を記録した。各試験パルスは
振幅Ｖ、持続時間τであり、その次に振幅はＶの約５％
であるが持続時間が２０倍の、極性が反対の別のパルス
が続く。この第二のパルスはスイッチングを生ずるには
小さすぎるが、多くの試験パルスが加えられた後に、セ
ルに電荷が蓄積することを防止した。図５および図６
は、透過率の変化をパルス長および振幅の関数として示
す。図５は高エネルギー状態から低エネルギー状態への
スイッチングの結果を示し、図６は反対方向のスイッチ
ングの結果を示す。黒い部分は透過率が変化してセルが
スイッチングされたことを示す。白い部分は透過率に変
化がなくスイッチングが起きなかったことを示す。
【００４６】高エネルギー状態から低エネルギー状態へ
のスイッチングは一般に符号と無関係であるが、このこ
とは、この方向におけるスイッチングが誘電率異方性を
介して行なわれていることを示す。別の方向におけるス
イッチングには符号依存性があり、このスイッチングが
線形電子光学効果によって媒介されていることが示され
る。本発明者らの考えるところでは、これは恐らく撓電
（flexoelectric）効果である。図５では、非スイッチ
ング域は図６のスイッチング域と一致する。これは、高
エネルギー状態から低エネルギー状態へのスイッチング
が撓電効果によって妨害されることを示唆する。
のスイッチングは一般に符号と無関係であるが、このこ
とは、この方向におけるスイッチングが誘電率異方性を
介して行なわれていることを示す。別の方向におけるス
イッチングには符号依存性があり、このスイッチングが
線形電子光学効果によって媒介されていることが示され
る。本発明者らの考えるところでは、これは恐らく撓電
（flexoelectric）効果である。図５では、非スイッチ
ング域は図６のスイッチング域と一致する。これは、高
エネルギー状態から低エネルギー状態へのスイッチング
が撓電効果によって妨害されることを示唆する。
【００４７】本発明者らは一連のさらなる実験で、デバ
イスのスイッチング特性を最適化する方向で、セルのパ
ラメータを変化させた。好適なセル構造は、セルギャッ
プ３μｍ、ポスト寸法１μｍ、ポストの一方の対角線に
沿ったオフセット角５°、Ｓ１８１３のコーティング
１．１μｍ、及びＮ６５の初期濃度３％というものであ
る。 ポストアレイのＳＥＭによる考察 四角形の孔を備えたマスクを用いて形成した実験的ポス
トアレイのＳＥＭ像を図７から図１０に示す。図７およ
び図８のポストは０．７μｍの四角形不透明領域と、９
０％のＳ１８１３と、５°のオフセット角を用いて形成
した。よく見れば０．７μｍの「四角形」ポストは完全
な四角ではなく、かなり丸い上部を持っていることに気
づくであろう。これらのポストの基部は、ポストの上部
よりも丸みはずっと少ない。このことは、この丸みが現
像過程に起因するということと矛盾しない。ポストの上
部は基部よりも長時間、現像液に曝される。したがっ
て、上部はより侵されやすい。ポストを構成する未曝露
のレジストであっても、レジストに幾らかの限られた溶
解性を有するので、これによって角などの鋭い特徴（造
作）が最初に侵される。大きなポストほどより丸みは少
ない。例えば図９は幾つかの２μｍのポストを示す。
イスのスイッチング特性を最適化する方向で、セルのパ
ラメータを変化させた。好適なセル構造は、セルギャッ
プ３μｍ、ポスト寸法１μｍ、ポストの一方の対角線に
沿ったオフセット角５°、Ｓ１８１３のコーティング
１．１μｍ、及びＮ６５の初期濃度３％というものであ
る。 ポストアレイのＳＥＭによる考察 四角形の孔を備えたマスクを用いて形成した実験的ポス
トアレイのＳＥＭ像を図７から図１０に示す。図７およ
び図８のポストは０．７μｍの四角形不透明領域と、９
０％のＳ１８１３と、５°のオフセット角を用いて形成
した。よく見れば０．７μｍの「四角形」ポストは完全
な四角ではなく、かなり丸い上部を持っていることに気
づくであろう。これらのポストの基部は、ポストの上部
よりも丸みはずっと少ない。このことは、この丸みが現
像過程に起因するということと矛盾しない。ポストの上
部は基部よりも長時間、現像液に曝される。したがっ
て、上部はより侵されやすい。ポストを構成する未曝露
のレジストであっても、レジストに幾らかの限られた溶
解性を有するので、これによって角などの鋭い特徴（造
作）が最初に侵される。大きなポストほどより丸みは少
ない。例えば図９は幾つかの２μｍのポストを示す。
【００４８】図７および図８で特に明白な他の特徴は、
ポストの側面の波打ちである。これは基板から反射され
た光の干渉に起因すると考えられる。というのは、これ
らのポストアレイは４４２ｎｍのレーザビームで露光さ
れているからである。この影響は、コヒーレントでな
い、多波長を放射するＵＶランプを用いるマスクアライ
ナで露光した回折格子では殆ど明らかでなく、干渉の影
響は減少される。これらの波打ちは、スイッチングに影
響を与えるとは思われない。
ポストの側面の波打ちである。これは基板から反射され
た光の干渉に起因すると考えられる。というのは、これ
らのポストアレイは４４２ｎｍのレーザビームで露光さ
れているからである。この影響は、コヒーレントでな
い、多波長を放射するＵＶランプを用いるマスクアライ
ナで露光した回折格子では殆ど明らかでなく、干渉の影
響は減少される。これらの波打ちは、スイッチングに影
響を与えるとは思われない。
【００４９】ＳＥＭ像から見られる別の興味ある特徴
は、最もブレーズされたポストでさえも、張り出しがな
いことである。例えば図１０は、３０度で露光された、
顕著な張り出しのない０．７μｍのポストを幾つか示し
ている。この場合も、張り出しは現像液に極めて侵され
やすいものであると考えられる。 丸められたポストについてのコンピュータシミュレーシ
ョン 本発明者らは、図７および図８の丸くなった０．７μｍ
ポストに極めて類似するコンピュータモデルを作成し
た。これらのポストは先のシミュレーションで用いた理
想的な四角形ポストからは程遠いが、これらのより現実
的なポストは依然として同様の、ブレーズされた対角線
沿いに配列された、二つの異なる大きさの傾きをもつ状
態を与える。これら二つの状態のエネルギーは先の場合
よりも僅かに低いが、傾いた状態は依然として最低のエ
ネルギーをもつ。ポストに鋭い縁が存在することは本質
的ではないと思われる。これら二つの状態は（既に考察
したように）、液晶がポスト周囲で歪ませられる仕方の
ために発生すると考えられる。これは、ポストの断面が
どのような形状であっても正しいと思われる。円筒形の
ポストであっても、同じ二つの方位角配列をもたらすは
ずである。しかしながら円筒状の対称性がある場合は、
液晶の方位角配列を固定するものがなく、全ての方向で
縮重が生じうる。ポストは、この縮重性を向上させる何
らかの非対称性を必要とする。これは例えば、少量のブ
レーズを有する楕円形、菱形、または四角形の断面であ
る。楕円形ポストの例を図１１に挙げる。右側にあるも
のは張り出しを有する。今度は図１２を参照すると、ポ
ストの形状及び／又は配向が、ポストに隣接する一つの
方位角ダイレクタの配向のみを優位にするようなもので
ある例が示してある。図１２の左側の実施例において
は、この配向は、二つの状態のうち一方で散乱効果を起
こすように、ポスト毎に変化している。図１２の右側の
実施例においては、方位角ダイレクタの配向はディスプ
レイ全体にわたって一様であるが、ポストの傾斜角は変
化しており、これはグレースケールを提供しうる。
は、最もブレーズされたポストでさえも、張り出しがな
いことである。例えば図１０は、３０度で露光された、
顕著な張り出しのない０．７μｍのポストを幾つか示し
ている。この場合も、張り出しは現像液に極めて侵され
やすいものであると考えられる。 丸められたポストについてのコンピュータシミュレーシ
ョン 本発明者らは、図７および図８の丸くなった０．７μｍ
ポストに極めて類似するコンピュータモデルを作成し
た。これらのポストは先のシミュレーションで用いた理
想的な四角形ポストからは程遠いが、これらのより現実
的なポストは依然として同様の、ブレーズされた対角線
沿いに配列された、二つの異なる大きさの傾きをもつ状
態を与える。これら二つの状態のエネルギーは先の場合
よりも僅かに低いが、傾いた状態は依然として最低のエ
ネルギーをもつ。ポストに鋭い縁が存在することは本質
的ではないと思われる。これら二つの状態は（既に考察
したように）、液晶がポスト周囲で歪ませられる仕方の
ために発生すると考えられる。これは、ポストの断面が
どのような形状であっても正しいと思われる。円筒形の
ポストであっても、同じ二つの方位角配列をもたらすは
ずである。しかしながら円筒状の対称性がある場合は、
液晶の方位角配列を固定するものがなく、全ての方向で
縮重が生じうる。ポストは、この縮重性を向上させる何
らかの非対称性を必要とする。これは例えば、少量のブ
レーズを有する楕円形、菱形、または四角形の断面であ
る。楕円形ポストの例を図１１に挙げる。右側にあるも
のは張り出しを有する。今度は図１２を参照すると、ポ
ストの形状及び／又は配向が、ポストに隣接する一つの
方位角ダイレクタの配向のみを優位にするようなもので
ある例が示してある。図１２の左側の実施例において
は、この配向は、二つの状態のうち一方で散乱効果を起
こすように、ポスト毎に変化している。図１２の右側の
実施例においては、方位角ダイレクタの配向はディスプ
レイ全体にわたって一様であるが、ポストの傾斜角は変
化しており、これはグレースケールを提供しうる。
【００５０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、実質的に
同一の方位角方向においてダイレクタが二つの傾斜角の
いずれかをとることを可能にするように形成した、特徴
（造作）のアレイを使用することで、双安定ネマチック
液晶デバイスを構築できる。
同一の方位角方向においてダイレクタが二つの傾斜角の
いずれかをとることを可能にするように形成した、特徴
（造作）のアレイを使用することで、双安定ネマチック
液晶デバイスを構築できる。
【００５１】以下、本発明の種々の実施態様を例示的に
示すが、これらは本発明を限定するものではない。 １．ネマチック液晶材料の層を囲む第一のセル壁及び第
二のセル壁と、前記液晶材料の少なくとも幾らかに対し
て電場を印加する電極と、少なくとも前記第一のセル壁
の内側表面上にあり、前記液晶材料の分子の配列をもた
らす表面配列とからなる双安定ネマチック液晶デバイス
であって、前記表面配列が特徴のアレイを含み、この特
徴はその特徴に隣接するダイレクタが実質的に同じ方位
角方向にある二つの異なる傾斜角をとるように誘導する
ための形状及び／又は配向を有し、その配置は適切な電
気信号が前記電極に印加された後に二つの安定な液晶分
子構成が存在しうるようになっていることからなるデバ
イス。 ２．前記液晶材料が負の誘電異方性を有し、前記第二の
セル壁が、前記ダイレクタの局部的ホメオトロピック配
列を誘導する表面配列を有する、上記１のデバイス。 ３．前記特徴がポストである、上記１のデバイス。 ４．前記特徴が０．５ないし５μｍの範囲の高さを有す
る、上記１のデバイス。 ５．前記特徴が０．９ないし１．３μｍの範囲の高さを
有し、前記セル壁間の間隔が約３μｍである、上記１の
デバイス。 ６．前記ポストの側壁の少なくとも一部が、前記第一の
セル壁の平面の法線に対して傾斜している、上記３のデ
バイス。 ７．前記傾斜角が５ないし７゜の範囲にある、上記６の
デバイス。 ８．前記傾斜角が約５゜である、上記６のデバイス。 ９．前記特徴の各々が０．２ないし３μｍの範囲の幅を
有する、上記１のデバイス。 １０．前記特徴がランダムまたは疑似ランダムアレイに
配置されている、上記１のデバイス。 １１．前記特徴が相互に０．１ないし５μｍの間隔を置
いている、上記１のデバイス。 １２．前記液晶材料が界面活性剤を含有する、上記１の
デバイス。 １３．前記特徴がフォトレジストまたはプラスチック材
料から形成される、上記１のデバイス。 １４．前記セル壁上に設けられた検光子及び偏光子をさ
らに含む、上記１のデバイス。 １５．前記特徴が、液晶材料にホメオトロピック配列を
誘導する材料によって処理されておらず、またはそうし
た材料から形成されていない、上記１のデバイス。 １６．前記の第二のセル壁の表面配列が特徴のアレイを
含み、この特徴はその特徴に隣接する液晶ダイレクタが
実質的に同じ方位角方向にある二つの異なる傾斜角をと
るように誘導するための形状及び／又は配向を有する、
上記２のデバイス。 １７．前記液晶材料がそれに溶解した多色性染料を有す
る、上記１のデバイス。 １８．前記特徴の形状及び／又は配向が、前記特徴に隣
接する一つの方位角ダイレクタ配向のみを優位にするよ
うなものであり、この配向が各特徴につき同一である、
上記１のデバイス。 １９．前記特徴の形状及び／又は配向が、前記特徴に隣
接する一つの方位角ダイレクタ配向のみを優位にするよ
うなものであり、この配向が前記二つの状態の一方にお
いて散乱効果を生じるように特徴毎に変化する、上記１
のデバイス。 ２０．前記第二のセル壁の内側表面が配列を備え、この
配列は局部液晶ダイレクタを誘導して、前記第一のセル
壁の表面上にある配列により誘導されたのと実質的に同
一の方位角方向においてプレーナー配列をとらせる、上
記１のデバイス。 ２１．前記液晶ダイレクタが前記第一のセル壁と前記第
二のセル壁との間でねじれている、上記１のデバイス。 ２２．前記ねじれが前記液晶材料をカイラルにドープす
ることにより誘導される、上記２１のデバイス。 ２３．前記ねじれが、前記第二のセル壁を処理し、前記
第一のセル壁上の前記特徴によって誘導された方位角方
向に対してゼロでない角度をもって、前記局部液晶ダイ
レクタのプレーナー型又は傾斜プレーナー型の配列を生
成させることによって誘導される、上記２１のデバイ
ス。
示すが、これらは本発明を限定するものではない。 １．ネマチック液晶材料の層を囲む第一のセル壁及び第
二のセル壁と、前記液晶材料の少なくとも幾らかに対し
て電場を印加する電極と、少なくとも前記第一のセル壁
の内側表面上にあり、前記液晶材料の分子の配列をもた
らす表面配列とからなる双安定ネマチック液晶デバイス
であって、前記表面配列が特徴のアレイを含み、この特
徴はその特徴に隣接するダイレクタが実質的に同じ方位
角方向にある二つの異なる傾斜角をとるように誘導する
ための形状及び／又は配向を有し、その配置は適切な電
気信号が前記電極に印加された後に二つの安定な液晶分
子構成が存在しうるようになっていることからなるデバ
イス。 ２．前記液晶材料が負の誘電異方性を有し、前記第二の
セル壁が、前記ダイレクタの局部的ホメオトロピック配
列を誘導する表面配列を有する、上記１のデバイス。 ３．前記特徴がポストである、上記１のデバイス。 ４．前記特徴が０．５ないし５μｍの範囲の高さを有す
る、上記１のデバイス。 ５．前記特徴が０．９ないし１．３μｍの範囲の高さを
有し、前記セル壁間の間隔が約３μｍである、上記１の
デバイス。 ６．前記ポストの側壁の少なくとも一部が、前記第一の
セル壁の平面の法線に対して傾斜している、上記３のデ
バイス。 ７．前記傾斜角が５ないし７゜の範囲にある、上記６の
デバイス。 ８．前記傾斜角が約５゜である、上記６のデバイス。 ９．前記特徴の各々が０．２ないし３μｍの範囲の幅を
有する、上記１のデバイス。 １０．前記特徴がランダムまたは疑似ランダムアレイに
配置されている、上記１のデバイス。 １１．前記特徴が相互に０．１ないし５μｍの間隔を置
いている、上記１のデバイス。 １２．前記液晶材料が界面活性剤を含有する、上記１の
デバイス。 １３．前記特徴がフォトレジストまたはプラスチック材
料から形成される、上記１のデバイス。 １４．前記セル壁上に設けられた検光子及び偏光子をさ
らに含む、上記１のデバイス。 １５．前記特徴が、液晶材料にホメオトロピック配列を
誘導する材料によって処理されておらず、またはそうし
た材料から形成されていない、上記１のデバイス。 １６．前記の第二のセル壁の表面配列が特徴のアレイを
含み、この特徴はその特徴に隣接する液晶ダイレクタが
実質的に同じ方位角方向にある二つの異なる傾斜角をと
るように誘導するための形状及び／又は配向を有する、
上記２のデバイス。 １７．前記液晶材料がそれに溶解した多色性染料を有す
る、上記１のデバイス。 １８．前記特徴の形状及び／又は配向が、前記特徴に隣
接する一つの方位角ダイレクタ配向のみを優位にするよ
うなものであり、この配向が各特徴につき同一である、
上記１のデバイス。 １９．前記特徴の形状及び／又は配向が、前記特徴に隣
接する一つの方位角ダイレクタ配向のみを優位にするよ
うなものであり、この配向が前記二つの状態の一方にお
いて散乱効果を生じるように特徴毎に変化する、上記１
のデバイス。 ２０．前記第二のセル壁の内側表面が配列を備え、この
配列は局部液晶ダイレクタを誘導して、前記第一のセル
壁の表面上にある配列により誘導されたのと実質的に同
一の方位角方向においてプレーナー配列をとらせる、上
記１のデバイス。 ２１．前記液晶ダイレクタが前記第一のセル壁と前記第
二のセル壁との間でねじれている、上記１のデバイス。 ２２．前記ねじれが前記液晶材料をカイラルにドープす
ることにより誘導される、上記２１のデバイス。 ２３．前記ねじれが、前記第二のセル壁を処理し、前記
第一のセル壁上の前記特徴によって誘導された方位角方
向に対してゼロでない角度をもって、前記局部液晶ダイ
レクタのプレーナー型又は傾斜プレーナー型の配列を生
成させることによって誘導される、上記２１のデバイ
ス。
【図１】本発明による単一のポストおよび周囲の液晶を
介してとった概略断面図である。この断面はＸ、Ｙ平面
にあり、楕円は局所ダイレクタに対応する長軸を持つ液
晶分子を表わす。
介してとった概略断面図である。この断面はＸ、Ｙ平面
にあり、楕円は局所ダイレクタに対応する長軸を持つ液
晶分子を表わす。
【図２】本発明による一実施例の双安定ネマチックデバ
イスの単一のポストと周囲の液晶を、ポストの一方の対
角線を介してとった、異なる状態にある概略断面図を示
す。
イスの単一のポストと周囲の液晶を、ポストの一方の対
角線を介してとった、異なる状態にある概略断面図を示
す。
【図３】本発明による別の実施例の双安定ネマチックデ
バイスの単一のポストと周囲の液晶を、ポストの一方の
対角線を介してとった、異なる状態にある概略断面図を
示す。
バイスの単一のポストと周囲の液晶を、ポストの一方の
対角線を介してとった、異なる状態にある概略断面図を
示す。
【図４】疑似ランダムアレイのポストを有する、本発明
によるデバイスのユニットセルの平面図である。
によるデバイスのユニットセルの平面図である。
【図５】本発明による実験用セルの透過率の変化を、パ
ルス長および振幅の関数として、二つの状態間のスイッ
チングに関して示す。
ルス長および振幅の関数として、二つの状態間のスイッ
チングに関して示す。
【図６】本発明による実験用セルの透過率の変化を、パ
ルス長および振幅の関数として、二つの状態間のスイッ
チングに関して示す。
ルス長および振幅の関数として、二つの状態間のスイッ
チングに関して示す。
【図７】本発明による液晶デバイス製造に用にられたポ
ストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
ストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】本発明による液晶デバイス製造に用にられたポ
ストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
ストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９】本発明による液晶デバイス製造に用にられたポ
ストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
ストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０】本発明による液晶デバイス製造に用にられた
ポストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
ポストのアレイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１１】本発明のさらなる実施例によるデバイスの、
異なる特徴のアレイを示す図である。
異なる特徴のアレイを示す図である。
【図１２】本発明のさらなる実施例によるデバイスの、
異なる特徴のアレイを示す図である。
異なる特徴のアレイを示す図である。
２ 第一のセル壁 ４ 第二のセル壁 ６ 検光子 ８ 偏光子 １０ 四角形のポスト １２ 行電極 １４ 列電極
フロントページの続き (72)発明者 エイドリアン・デレク・ゲイソー イギリス国サウス・ノースソマーセット・ ビーエス20・６キューエス，ポーティスヘ ッド・セント・メアリーズ・ロード，キャ ペノール・コート・コテージ
Claims (1)
- 【請求項１】 ネマチック液晶材料の層を囲む第一のセ
ル壁及び第二のセル壁と、前記液晶材料の少なくとも幾
らかに対して電場を印加する電極と、少なくとも前記第
一のセル壁の内側表面上にあり、前記液晶材料の分子の
配列をもたらす表面配列とからなる双安定ネマチック液
晶デバイスであって、前記表面配列が特徴のアレイを含
み、この特徴はその特徴に隣接するダイレクタが実質的
に同じ方位角方向にある二つの異なる傾斜角をとるよう
に誘導するための形状及び／又は配向を有し、その配置
は適切な電気信号が前記電極に印加された後に二つの安
定な液晶分子構成が存在しうるようになっていることか
らなるデバイス。
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