(57)【要約】本発明は双安定ネマチック液晶デバイスに係る。このデバイスは、液晶の配向を操作するためのアライメント手段と、電気信号を加え、２つの基板の少なくとも一方の所のアンカリングを解除することで、２つの異なるテクスチャ間のスイッチングを可能とするように設計された手段と、電極間空間の所をカバーする液晶内ではこれら２つのテクスチャの内、オフ状態を与えるテクスチャの形成を促進するように設計された手段と、を備える。
2005501295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶光学マスクを備える双安定ネマチック液晶ディスプレイデバイスであって、
ａ）２つの平行な基板間にはネマチック液晶材が満たされ、これら基板には、前記液晶材に電場を加えるために内側面を向くように２つの電極が設けられ、少なくとも前記フロント電極及び前記フロント基板は光学的に透明とされ、
ｂ）前記電極の所には、前記液晶を配向し、電場の不在下において安定或いは準安定な少なくとも２つの異なるテクスチャのいずれかを交替的に生成するためのアライメント層或いは処理が施され、これらテクスチャの一方は、まったくねじれていない或いは全体で−９０°と＋９０°の間の角度だけねじれた状態を有し、他方は、約１８０°の角度を通じての追加的なねじれを有し、
ｃ）前記電極の所をカバーする液晶層の厚さｄは、積ｄ・Δn（λ0 はディスプレイの有効スペクトルバンドの中央波長を表し、Δnはこの波長に対する液晶の複屈折を表す）がλ0/4若しくはλ0/２に、または波長の整数倍、或いはこれら２つの値の間のいずれかに近づくように選択され、
ｄ）前記電極の所をカバーする液晶に電気信号を加えるように設計された手段を備え、これによって前記２つの基板の少なくとも一方の所のアンカリングを解除することで、前記２つの異なるテクスチャ間でのスイッチングが可能とされるとともに、この電場が除去された後でも、前記液晶がこれらの一方の状態にとどまるようにされ、更に、
ｅ）前記電極間の間隔の所をカバーする液晶内では、前記２つの異なるテクスチャの内のオフ状態を与える方のテクスチャの形成が促進されるように設計された手段を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
更に、カイラルドーパントを含み、この含有量が、前記電極間の間隔の所をカバーする液晶の厚さ間の自発的ツイストは、オン状態を与えるテクスチャを不安定にさせるが、前記画素（電極）の所をカバーする液晶の厚さ間の自発的ツイストについてはこれら両方のテクスチャが双安定となるレンジ内に入るように調節される、ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記液晶の厚さが、前記画素に対応する能動部分と前記画素間間隙に対応する非能動部分との間で異なるようにされる、ことを特徴とする請求項１または２記載のデバイス。
【請求項４】
前記液晶の厚さの差が、各基板の前記電極間間隔の所に材料を局所的に追加すること、或いはここから材料を局所的に除去することで形成され、前記電極間間隔の所をカバーする液晶の厚さ間の自発的ツイストによって前記オン状態を与えるテクスチャが不安定となるようにされる、ことを特徴とする請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
前記電極の厚さが、前記電極間間隔の所をカバーする液晶の厚さ間の前記自発的ツイストによって前記オン状態を与えるテクスチャが不安定となるように調節される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
オフ状態を与えるテクスチャの形成を促進するための前記周知の手段が、前記電極間間隔の所に施されたこの内部においてオフ状態を与えるテクスチャを促進するように調節されたアライメント或いはアンカリング特性から成る、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記オフ状態を与えるテクスチャの形成を促進するための周知の手段が、電気的、機械的、或いは熱的タイプの、アンカリング特性と関連する一時的な処理から成り、この一時的な処理が前記電極間間隔の所でオン状態を与えるテクスチャが形成されるのを抑える、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記電極の少なくとも一つが、同一のデバイス内の、同一の基板上に、複数の独立な画素を生成することができるように、複数の異なるセグメントを含む、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記複数の独立な画素に、電場を加えるための独立な手段が設けられる、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記複数の独立な画素が、多重パッシブマトリックスに編成される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数の独立な画素が、多重アクティブマトリックスに編成される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
液晶光学マスクを備えるネマチック液晶ディスプレイデバイスを製造するための方法であって、
ａ）液晶材に電場を加えるために基板に内側面を向くように設けられ、少なくともフロント電極は光学的に透明である、２つの電極を備え、少なくともフロント基板は光学的に透明である、２つの平行な基板間にネマチック液晶材を満たすステップと、
ｂ）前記液晶を配向し、電場の不在下において安定或いは準安定な少なくとも２つの異なるテクスチャであって、一方のテクスチャがまったくねじれていないか或いは全体で−９０°と＋９０°の間の角度しかねじれていない状態を有し、他方のテクスチャが約１８０°の角度を通じての追加のねじれを有する２つのテクスチャの一方を交替的に生成するために、前記電極上にアライメント層を形成するか、或いは処理を施すステップと、
ｃ）λ0 がディスプレイの有効スペクトルバンドの中央波長を表し、Δnがこの波長に対する液晶の複屈折を表すとしたとき、前記電極をカバーする所の液晶層の厚さｄを、積ｄ・Δnが、λ0/4若しくはλ0/２に、または波長の整数倍、或いはこれら２つの値の間のいずれかに近づくように選択するステップと、
ｄ）前記電極の所をカバーする液晶に電気信号を加え、前記２つの基板の少なくとも一方の所のアンカリングを解除することで、前記２つの異なるテクスチャ間でのスイチングを可能とするとともに、この電場が除去された後でも、前記液晶がこれらの一方の状態にとどまるようにするための手段を設けるステップと、
ｅ）前記電極間の間隔の所をカバーする液晶内に前記２つの異なるテクスチャの内のオフ状態を与えるテクスチャが形成されるのが促進されるように設計された手段を設けるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
更に、前記画素に対応する能動部分と前記画素間の能動でない部分との間で、液晶の厚さに差を設けるステップを含む、ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記画素に対応する能動部分と前記画素間の能動でない部分との間の液晶の厚さの差が、能動部分をカバーする液晶の厚さの１５％以下となるようにされる、ことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記液晶の厚さの差が、前記能動部分をカバーする液晶の厚さの５から１０％の間とされる、ことを特徴とする請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
前記液晶の厚さの差が、前記能動部分と能動部分の間の材料を除去することで得られる、ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記材料の除去が、オフ状態に対応するねじれたテクスチャが優勢となるように制御される、ことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
各基板の前記電極間間隔の所の材料を局所的に除去するステップが、前記電極のエッチングと同一の工程において、湿式エッチング或いはプラズマ促進エッチング過程を用いて遂行される、ことを特徴とする請求項１６または１７記載の方法。
【請求項１９】
前記液晶の厚さの差が、前記能動でない部分の所に材料を追加することで得られる、ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記材料の追加が、前記電極間間隔の所にオフ状態に対応する一様なテクスチャが得られるように制御される、ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記液晶の厚さの差が、前記電極の厚さを前記電極間間隔をカバーする液晶の厚さ間の自発的ツイストによってオン状態を与えるテクスチャが抑えられるように制御することで得られる、ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
更に、前記液晶のカイラルドーパントの含有量を、前記電極間間隔をカバーする液晶の厚さ間の自発的ツイストはオン状態を与えるテクスチャを抑えるるが、前記画素をカバーする液晶の厚さ間の自発的ツイストはねじれたテクスチャ及び一様なテクスチャが双安定となることを許される範囲内に入るように調節するステップを含む、ことを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記デバイスが窪んだ画素間リリーフを有し、前記カイラルドーパントの含有量を調節するステップがこの含有量を双安定性の限度に達するまで増加することから成る、ことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記デバイスが突出した画素間リリーフを有し、前記カイラルドーパントの含有量を調節するステップがこの含有量を双安定性の限度に達するまで低減することから成る、ことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
更に、前記電極間間隔の所のアンカリング或いはアライメント特性を、ここではオフ状態を与えるテクスチャが優勢となるように制御するステップを含む、ことを特徴とする請求項１２乃至２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
更に、前記液相内に、液相が前記窪んだ電極間間隔内の所で前記電極の表面の所の液相の厚さと比較して追加の厚さを有するようにアライメント層を堆積することで、液相の方位角アンカリングエネルギーが低減するステップを含む、ことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
更に、配向処理を電極間間隔の所の配向の方向が選択的に修正されるようなやり方にて二段階にて遂行することで、電極間間隔の所をカバーする液晶層内の自発的ツイストがオン状態を与えるテクスチャを抑えるようにするステップを含む、ことを特徴とする請求項２５または２６記載の方法。
【請求項２８】
更に、一時的な処理によってオン状態を与えるテクスチャが抑えるようなやり方にて、デバイスを、電気的、機械的、或いは熱的に処理し、前記自発的ツイストの一時的な変化を誘発したり、或いは前記電極間空間の所をカバーする液晶内のアンカリング特性を制御するステップを含む、ことを特徴とする請求項１２乃至２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記液晶材を満たすステップにおいて、最初に、液晶がオン状態を与えるテクスチャが抑えられるような厚さに満たされ、その後、製造の最終段階において、このデバイスを満たす液晶層の厚さが公称値にされる、ことを特徴とする請求項１２乃至２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記液晶材を満たすステップにおいて、最初に、液晶が最終的な公称値よりも厚くなるように満たされ、その後、製造の最終段階において、この液晶の層の厚さが、画素の所では双安定性が得られ、かつ、画素間の所では、このテクスチャがオン状態とはならないように維持されるような公称値に低減される、ことを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記電極の少なくとも一つが、同一のデバイス内の、同一の基板上に、複数の独立な画素を生成することができるように、複数の異なるセグメントを含む、ことを特徴とする請求項１２乃至３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記複数の独立な画素に、電場を加えるための独立な手段が設けられる、ことを特徴とする請求項１２乃至３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記複数の独立な画素が多重パッシブマトリックスに編成される、ことを特徴とする請求項１２乃至３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記複数の独立な画素が多重アクティブマトリックスに編成される、ことを特徴とする請求項１２乃至３２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶ディスプレイの分野に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は２つの安定なテクスチャが１８０°のツイスト（ねじれ）だけ異なる、双安定アンカリング解除型（anchoring-breaking）ネマチック液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイは、コンピュータ、ビデオプロジェクタ、TVセット、時計、及び情報を提供する他の多くのシステムによってシンボル、テキスト及び画像を表示するために広く用いられている。これらディスプレイの表面は、通常は小さな要素（画素）に分割され、これら画素によってセルが形成され、これら画素は独立な状態を有する。
【０００４】
液晶ディスプレイの非常に重要な品質尺度に光学コントラスト（optical contrast）があるが、これは、通常、コントラスト或いはコントラスト比と呼ばれる量によって定義される。液晶ディスプレイのコントラストは、オン状態にされたスクリーンのある領域によって透過（transmitted）或いは反射（reflected）される光の強度の、オフ状態にされたとき同一の領域によって透過或いは反射される光の強度に対する比から成る（透過される光が考慮されるか、反射される光が考慮されるかは、そのディスプレイが動作において透過を利用するか、反射を利用するかに依存する）。ディスプレイのオン状態においては、理想的には、可能な限り高い程度（degree）の透過或いは反射を有することを求められ、オフ状態においては、可能な限り低い程度の透過或いは反射を有することを求めされる。コントラストが高いほど、表示される情報或いは画像の可読性（readability）は増加し、品質は良くなる。例えば、コントラスト比が１０より小さくなると、画像の艶は失われ（lacklustre）、画像は色あせた状態となる。同一の画像が２０なるコントラストにて表示された場合、画像は、より明るく（brigther）、より鮮明（sharper）になる。コントラストを測定するためには、画素のサイズがディスプレイを観察する通常の条件下での解像度の目の解像度（eye's limit of resolution）より小さなときは、ディスプレイの画素を含む領域が考慮の対象となる。
【０００５】
液晶ディスプレイは、一般的には、添付の図１乃至図３に簡略的に示すように、２つの平行なプレート１２、２２を備え、各プレート内側には各々の電極１０、２０が設けられ、これら電極の間には液晶材料３０が満たされる。これら対面する電極１０、２０が交差する領域によって、画素４０が定義される。表示される画像は、所望の光学状態にされたこれら画素の集団から形成される。各画素の光学状態は、つまり、それがオンであるか、オフであるかは、これら画素を定義する電極１０、２０間に適当な電場を加えることによって決まり、このためにはアドレス回路（addressing circuit）が用いられる。
【０００６】
殆どの液晶ディスプレイは単安定である。単安定ディスプレイは、電場の不在下においては単一のテクスチャが生成される。電場内では、このテクスチャは漸進的（progressively）に変化し、ますます明るい（或いはますますオフ）状態となる。
【０００７】
双安定ディスプレイは、電場が加えられていないときでも理論的には無限の時間に渡って安定にとどまる少なくとも２つの状態を有する。これら状態の一方は、オフ状態であり、他方は、オン状態である。これら２つの状態の安定性は、これら２つのテクスチャのエネルギーが実用上は等しいということ、及び一方のテクスチャから他方のテクスチャへ自発的（spontaneously）に切り替わることを阻止するポテンシャル障壁が存在するということから生じる。
【０００８】
隣接する画素は、連続している（contiguous）わけではなく、画素間領域（inter-pixel area）と呼ばれるアドレス指定不能な領域（non-addressable area）によって分断されている（図３参照）。図３には、画素が参照符号Pにて示され、画素間間隙（inter-pixel gap）が参照符号Iにて示される。例えば、ディスプレイが受動マトリックス（passive matrix）の形態で構成される場合は、行電極１０は基板１２に取り付けられ、列電極２０はもう一方の基板２２に取り付けられ、これら電極１０と２０は直角に交差する。この場合、画素Pは、行電極１０と列電極２０が重なり合う領域によって形成され、画素間間隙Iは、それら電極が行基板１２上に存在するか、或いは列基板２２上に存在するかに関係なく、電極間の間隔（inter-electrode space）に面する領域に対応する。
【０００９】
この電極間間隔のために、各電極をその隣接する電極から絶縁することが可能となり、この間隔は、ある臨界値（critical value）を超えて低減することはできず、この臨界値は、これら電極を形成するために用いられる材料の性質と厚さ、採用されるエッチング技術、加えられる電場、及びディスプレイの他の特性に依存する。
【００１０】
遮光層（blocking layer）無しでは、この画素間間隙の光学状態は、あまり良く定義できず、これら領域による光の透過或いは反射によってディスプレイのコントラストはかなり劣化することが予想される。例えば、一辺０．２３ｍｍの方形画素を、０．２５ｍｍピッチにて編成することで得られるディスプレイの場合、画素間間隙の幅は０．０２ｍｍとなるが、これは、スクリーンの作業エリア（working area）全体の、約１５％が非能動エリア（non-active area）から構成されることを意味する。画素間間隙が常にオンとなるというような望ましくない状況下においては、数個の画素から構成される領域について測定した場合のディスプレイのコントラストは、たとえこれら各画素内で測定された顕微鏡によるコントラストはたまたま高くても、７以下の値に落ちることが予想される。
【００１１】
負コントラスト（negative-contrast）ディスプレイモード（つまり、電場が零のときオフ状態となるモード、例えば、偏光子が平行となったときTNとなるモード）を用いることで、このコントラストの損失を正コントラスト（positive-contrast）ディスプレイの場合と較べて抑えることができる。ただし、この方法は、解像度の高いディスプレイには適用できない。つまり、これらディスプレイでは、画素にアドレスしたとき、横方向の電場が生成され、この電場によって隣接する電極間の液晶のテクスチャが歪みを受け、このためこれらが光学的にオン状態となることがある（例えば、非特許文献１参照）。加えて、負のコントラストを選択した場合には、あまり望ましくない光学構成（unfavorable optical configuration）を用いることが必要となり、（例えば、負のコントラストを用いたときのTNのオフ状態は正のコントラストを用いたときのTNのオフ状態よりも、その色特性（chromatism）の点で劣る）、このためディスプレイのコンストラストが制限される。
【００１２】
スクリーンの非能動部分（non-active portion）に起因するコントラストの損失を緩和する目的で提唱される他の全ての方法は、これら画素間の領域、或いは電極間間隔の領域に、透過或いは反射された光をブロックする不透明な層（opaque layer）を追加することに基づく。
【００１３】
特許文献１は、光学マスク（optical mask）として、アルミニウム或いはクロム層を用いることを提唱する。光学マスクとして金属を用いるためには、コストの掛かる追加の真空蒸着工程が必要となり、更に、画素間に短絡が発生するのを防止するための絶縁措置を講ずることが必要となる。更に、これら層は、約１．５％から３％程度の削減不能の反射を有し、このために反射におけるコントラストが制限される。
【００１４】
特許文献２は、光学マスクとして、吸収性の（着色された或いは黒の）ポリマーを用いることを提唱する。しかし、着色されたポリマーは、光学密度（optical density）が比較的低いために、透過を十分に低く（１％より小さく）するためには、比較的厚い層（０．５μｍより厚い）を用いることが必要となる。そして、このよな厚い層のエッチングの際にディスプレイ内に急峻な内部リリーフ（凹凸）（abrupt internal relief）が生成されたり、付随的に一様でない電場が発生したりし、このために反転領域（inversion region）が傾むいたり（tilt-inversion）、ねじれたり（twist-inversion）するなど、オリエンテーション欠陥（orientational defect）を引き起こすことがある。これら欠陥は、光学マスクを大きくすることで低減することもできるが、ただし、今度は、このために、電極のエッジが部分的にカバーされ、結果として、オン状態における透過或いは反射の程度が損なわれることがある。さらに、このようなかなり厚いポリマー層をエッチングする際の精度は落ち、このため、光学マスクと電極との間の十分なアライメント許容差（alignment tolerance）を確保するために、光学マスクの幅を広くすることが必要となる。こうして、この方法では、コントラストを維持するために、ディスプレイのもう一つの重要な特性である、照射状態（luminous state）における輝度（brightness）が損なわれる。
【００１５】
もう一つの方法においては、光学マスクが過剰に厚くなるのを抑えつつ、透過及び反射において、最適な光学特性が得られるように、（反射防止機能と絶縁機能を提供する）金属と吸収性のポリマー層の積層から成るブロック層が用いられたり（例えば、特許文献３参照）、更には、非常に細かな金属を含む誘電体や、吸収性の特性を有する半導体粒子に基づくさらに複雑な構造が用いられる（例えば、特許文献４参照）。
【００１６】
これら全ての方法において、追加の製造工程が必要となったり、コストの高い材料或いはプロセスを用いることが必要となったりする。これは、不透明の材料を電極の上に堆積し、その後、これを能動領域（active regions）から除去することが必要となるためである。これらの工程には、画素に損傷を与えたり、ブロックされない領域を残したりすることなく、０．０１ｍｍ乃至０．０２ｍｍ幅の不透明のバンドを形成することが必要となるために、高い精密さが要求される。このような追加のコストの発生は、とりわけ、受動マトリックスディスプレイの場合には許されない。ちなみに、価格は真空蒸着は用いないSTN-LCDモノクロディスプレイ程度の価格であることを要請される。
【００１７】
本発明は、双安定ネマチック液晶セル（bistable nematic liquid-crystal cell）の場合において、製造工程を修正或いは適合化することで、材料を追加することなく、画素間間隙をブロック（block-off）することを可能にする。本発明は、双安定ディスプレイの特性を利用するが、以下ではこれらについて簡単に説明する。
【００１８】
例えば、特許文献５は、分子の（２つの）基板上の２つの同一のフラットな或いはほぼフラットな位置（単安定アンカリング）にて、２つの状態が生成される双安定ディスプレイを提案する。これら２つの状態は、これら基板の２つの表面の間の液晶のテクスチャの差によって区別される。一方の状態においては、これら分子は、実質的に、平行となる（つまり、テクスチャは一様或いは少しねじれた状態となる）。他方の状態においては、これら分子は、フラットに、一方の基板から他方の基板に向かって半回転する（つまり、テクスチャは、前のテクスチャに対して１８０度だけねじれた状態となる）。これら２つのテクスチャ間のスイッチングは、強い電場を加えて、少なくとも一方の表面の所の単安定アンカリングを破壊すること、及び流体力学的効果（hydrodynamic effect）を利用することで達成される。
【００１９】
本発明においては、画素間間隔は、画素間間隔の所の液晶が永久的にオフ状態となるような双安定セルを製造することで、ブロックされる。これは、画素間間隔の所をカバーする液晶の層に対して、オフ状態を与えるテクスチャが優勢となるようなアンカリング及び自発的ツイストの条件（つまり、オフ状態を与えるテクスチャのエネルギーがオン状態を与えるテクスチャのエネルギーよりも低くなるような条件）を設定することで達成される。
【００２０】
以下の説明においては、透過、反射、或いはハイブリッドモードにおいてディスプレイを観察するための光の偏光構成（light polarization configuration）は画素の所に最も良好なオフ状態を与えるような設計に最適化されるものと想定される。オフ状態は、ねじれたテクスチャ（twisted texture）に対応することも、或いは一様なテクスチャ（uniform texture）に対応することもあり得る。一例として、反射モードにおけるこの偏光構成の最適化は、好ましくは、本出願人により、2000年５月１２日付けで出願された特許出願00/06107号において定義される方法に従って行なわれる。
【００２１】
【非特許文献１】
A. Lien, "Two dimensional Simulation of the Lateral Field Effect of a 90 degree TN-LCD cell（90 度 TN-LCDセルの横方向電場効果の二次元シミュレーション）", IDRC Eurodisplay '90 Digest.
【特許文献１】
欧州特許第 0 532 311 号明細書
【特許文献２】
米国特許第5 307 189号明細書
【特許文献３】
米国特許第5 666 177号明細書
【特許文献４】
米国特許第5 686 980号明細書
【特許文献５】
仏国特許第2 740 894号明細書
【発明の開示】
【００２２】
本発明によると、双安定液晶ディスプレイデバイスは、画素間光学マスクが形成されるように、以下のような特徴を含む：
ａ）２つの平行な基板間にはネマチック液晶材が満たされ、これら基板には、この液晶材に電場を加えるために内側面を向くように２つの電極が設けられ、少なくともフロント電極及びフロント基板は光学的に透明とされる。
【００２３】
ｂ）電極の所には、液晶を配向し、電場の不在下において安定或いは準安定な少なくとも２つの異なるテクスチャのいずれかを交替的に生成するためのアライメント層或いは処理が施される。これらテクスチャの一方は、まったくねじれていない或いは全体で−９０°と＋９０°の間の角度だけねじれた状態を有し、他方は、約１８０°の角度を通じての追加的なねじれ（ツイスト）を有する。
【００２４】
ｃ）電極の所をカバーする液晶層の厚さｄは、ｄ・Δnなる積がλ0/4若しくはλ0/２、この波長の整数倍、或いはこれら２つの値の間のいずれかに近づくように選択される。ここで、λ0 はディスプレイの有効スペクトルバンドの中央（median）波長を表し、Δnはこの波長に対する液晶の複屈折を表す。
【００２５】
ｄ）電極の所をカバーする液晶に電気信号を加えるように設計された手段が設けられ、これによって２つの基板の少なくとも一方の所のアンカリングを破壊することで、２つの異なるテクスチャ間でのスイッチングが可能とされるとともに、この電場が除去された後でも、液晶がこれらの一方の状態にとどまるようにされる。
【００２６】
更に、
ｅ）電極間間隔の所をカバーする液晶内では、２つの異なるテクスチャの内のオフ状態を与える方のテクスチャの形成が促進されるように設計された手段（処理）が施される。
【００２７】
偏光子の数及び構成は、ディスプレイの動作モード（透過が利用されるか、反射が利用されるか、或いはトランスフレクティブが利用されるか）によって最適に選択される。
【００２８】
本発明の他の幾つかの特徴によると、
−電極の少なくとも一つは、同一のデバイス内の、同一の基板上に複数の独立な画素を生成することができるように、複数の異なるセグメントを含む。
【００２９】
−これら複数の独立な画素には、電場を加えるための独立な手段が設けられる。
【００３０】
−これら複数の独立な画素は、多重パッシブマトリックスに編成されるか、或いは
−これら複数の独立な画素は、多重アクティブマトリックスに編成される。
【００３１】
本発明の更なる特徴、目的及び長所が以下の詳細な説明を、単に一例として与えられている添付の図面との関連で読むことで一層明らかとなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の主題を構成するディスプレイは、画素をカバーする液晶層の２つの安定なテクスチャにアドレスすることができる。双安定性は液晶にカイラルドーパント（chiral dopant）を添加することで達成される。
【００３３】
カイラルドーパント無しでは、液晶は、トルクの不在下において、一様なオリエンテーション（orientation）を有し、この自由ピッチ（free pitch）は無限大（infinite）となる。カイラルドーパントが存在する場合は、液晶のオリエンテーションは、軸方向に沿って縦断したとき螺旋状に回転し、この場合は、液晶は、有限の自由ピッチを有する（つまり、オリエンテーションの方向は軸に沿ってピッチに等しい距離だけ移動した時点において３６０°だけ回転する）。この自由ピッチは、ドーパントの濃度を増加するほど、減少する。液晶の自由ツイスト（free twist）ｑ０は、２π/ｐ０にて定義され（ここで、ｐ０は液晶の自由ピッチを表す）、厚さｄを有する液晶のサンプル間（を移動した後）の自発的ツイスト（spontaneous twist）は、ｄ・ｑ０ にて定義される。この自発的ツイストは、従って、トルクの不在下において、ダイレクタ（director）が液晶の層を縦断した時点で（液晶の層間で）回転する角度に等しい。
【００３４】
双安定性は、画素（の所を）カバーする液晶の厚さ間（を縦断して）の自発的ツイストを、９０°なる値に調節することで達成される。表面へのアンカリングの条件（conditions）を調節することで、液晶が、２つの可能なテクスチャ（つまり、ねじれたテクスチャと一様なテクスチャ）において、平衡状態（equilibrium state  ）から約９０°なるツイストだけ変形するようにされる。こうして変形された状態においては、これら２つの状態のエネルギーは等しくなり、２つのテクスチャは双安定となる。自発的ツイストが９０°より小さな場合は、一様なテクスチャの方が優勢となり、９０°より大きな場合は、ねじれたテクスチャの方が優勢となる。この時点で、表面へのアンカリングのより微小な特性も、テクスチャのエネルギーに寄与することを指摘しておくべきである。例えば、セルの厚さ間の液晶の自発的ツイストは、９０°と、同一であっても、アンカリング構成（anchoring configuration）が、事前の十分に高い平行な傾き（sufficiently high parallel pretilt）を有する場合は、ねじれたテクスチャの方が優勢となるが、同一であるが、ただし、事前の反平行な傾き（antiparallel pretilt）を有する場合は、一様なテクスチャの方が優勢となる。ただし、実際には、これらエネルギーを厳密にバランスさせることは、双安定性を確保するたに、どうしても要求されるわけではない。これは、ポテンシャル障壁（potential barrier）が存在し、これによって、一方のテクスチャから他方のテクスチャへの自発的に遷移することが阻止されるためである。例えば、自発的ツイストは、双安定性を失うことなく、９０°を中心に、あるレンジ内で調節することができる（このレンジ内では、ねじらたテクスチャと一様なテクスチャは両方とも安定にとどまる）。ただし、このレンジを外れると、より小さなエネルギーを有するテクスチャのみが安定となる（図４参照）。
【００３５】
以下では、本発明によって開発された、画素間間隙（inter-pixel gap）の所をカバーする液晶内に、オフ状態を与えるテクスチャを形成するための手段について説明する。
【００３６】
第一の手段は、液晶の厚さを、能動部分（画素）の所と、非能動部分（画素間間隙）の所とで、変えることから成り、この厚さの差は、材料を選択的に除去或いは追加することによって調節される。画素の所の自発的ツイストは、この領域内のねじれたテクスチャと一様なテクスチャが等しいエネルギーを有するようにするために、９０°近傍であることを要求されるために、各基板の電極間間隔（inter-electrode space）の所の材料を局所的に追加或いは除去することで、画素間間隙（inter-pixel gap）の所の、液晶の厚さ間（を縦断して）の自発的ツイストが、減少或いは増加される。自発的ツイストの差は、画素（の所）をカバーする液晶の厚さと、画素間間隙（の所）をカバーする液晶の厚さとの間の、（厚さの）差に比例する。ある箇所における自発的ツイストが、９０°なる理想的な平衡状態を維持するためのツイスト（ideal equilibrium twist）から著しく外れると、双安定性は失われ、２つのテクスチャの一方が優勢となる（例えば、一方のテクスチャが優勢となるためには、約５から１０°の差で十分である）。この第一の手段によると、従って、この厚さの差を、オン状態を与えるテクスチャを不安定にさせるために十分な値に、製造を通じて設定することのみが必要とされる（こうして不安定にされるテクスチャは、採用される偏光構成によって、一様なテクスチャであることも、ねじれたテクスチャであることもあり得る）。
【００３７】
オフ状態を与える方が、ねじれたテクスチャである場合は、少なくとも一方の基板上の電極間間隔の所に僅かなくぼみを形成することで、ねじれたテクスチャを優勢にし、画素間間隙の所にねじれたテクスチャを形成し、こうして、液晶光学マスクを形成することが可能となる（図５参照）。
【００３８】
オフ状態を与える方が、一様なテクスチャである場合は、少なくとも一方の基板上の電極間間隔の所に、材料を局所的に堆積することで、同一の結果を達成することができる（図６参照）。
【００３９】
例えば、反射にて動作し、フロント面には円形偏光子（circular polarizer）が設けられ、背面には反射器（reflector）が設けられ、Δｎ＝約０．１３なる復屈折を有する液晶を満たされたディスプレイについて考えるものとする。更に、画素の所をカバーする液晶の厚さｄは、１．１μｍに選択されるものとする。これは、反射モードが用いられるの場合の、式ｄ・Δｎ＝λ0／４によって与えられる最適の厚さに近い（ここで、λ0は、スペクトル動作領域の中央波長を表す）。この場合、ねじれたテクスチャがオフ状態を与える。画素に双安定性を与える自発的平衡ツイスト（spontaneous equilibirum twist）は、製造を通じて９０°に調節される。各基板の所で、電極間空間を０．１μｍ だけ窪ませると、この自発的ツイストは、画素間間隙をカバーする液晶の厚さ（これは電極間間隔の２つの基板が交差する小さな領域を無視すると１．２μｍに等しくなる）間で、約９８°となる。このツイストの量は、ねじれた状態が形成されるのを優勢にさせるのに十分である。こうして、画素の近傍において、反射の程度の小さな、オフ状態光学マスク（off state optical mask）が形成される。
【００４０】
ただし液晶の画素間間隙と所の厚さは、画素間間隙の所の光学状態がオフ状態にとどまるように、画素の所の厚さと十分に近い値にとどまることを要求される。この条件は、画素をカバーする液晶の厚さと画素間間隙をカバーする液晶の厚さとの間の厚さの差が、画素をカバーする液晶の厚さの約１５％を超えなければ満たされる。この条件によって、ディスプレイの内部リリーフ（internal relief）の最大の大きさ（maximum amplitude）、より具体的には、電極の所或いは電極間間隔の所に堆積されるアライメント面（alignment surface）の最大の大きさが決まる。このリリーフは、凹状とされることも、凸状とされることもある。電極間空間の所から材料を除去するか、或いはここに材料を追加するか、及びどのようなエッチング或いは堆積方法を用いるかは、目的のディスプレイを製造するために通常用いられる製造過程とのコンパティビリティ（compatibility）を考慮して選択される。例えば、電極を製造するためにプラズマエッチング手段が用いられる場合は、電極間間隔の所を少し窪ませるためには、追加のマスクも、新たな操作（operation）も必要とされない（ただし、エッチングパラメータを調節することは必要となるかもしれない）。
【００４１】
本発明によって開発された液晶光学マスクを形成するためのもう一つの手段（方法）は、オフ状態がねじれたテクスチャによって与えられる場合に用いられる。この方法は、電極を製造する際に、電極の厚さを、画素間間隙の所にねじれたテクスチャが形成されることが優勢となるようなリリーフが形成されるように調節することから成る。ただし、この方法では、比較的厚い（例えば、約４０ｎｍ或いはそれ以上の厚さの）電極を製造することが必要となる。ただし、これは、ディスプレイの光学或いは電気的仕様のため、或いは幾つかの製造上の制約から、不可能なこともある。
【００４２】
液晶光学マスクを誘発するためのもう一つの方法は、液晶のカイラルドーパントの含有量を、画素間間隙の所に所望のテクスチャの形成（appearance）が得られるまで調節することから成り、ディスプレイは、液晶の厚さが、画素をカバーする所と画素間間隙をカバーする所とで、少し異なるように設計される。実際には、ねじれたテクスチャと一様なテクスチャとの間に存在するポテンシャル障壁により、画素の所での双安定性を維持できる自発的ツイストのレンジは少し広くなる。例えば、カイラルドーパントの含有量は、画素の所の双安定性の限界まで、これを超えない範囲で増加することができる。この場合、画素間間隙の所が、画素の所と比較して、ほんのわずかでも窪んでいると、自発的ツイストによってこの限界が超えられ、結果として、画素間間隙の所にねじれたテクスチャが選択的に形成させることとなる。これと同一の方法を用いて、画素間間隙の所に凸状のリリーフを設け、カイラルドーパントの含有量が限界値まで低減させることで、画素間間隙の所に一様なテクスチャを形成するできる。
【００４３】
もう一つの方法は、オフ状態を与えるテクスチャが優勢となるようなアンカリング状態を画素間間隙の所をカバーする液晶層の所に選択的に形成することから成る。例えば、液相（liquid phase）内に窪んだ電極間間隔の所で電極の表面の所の厚さと比べて追加の厚さを有するアライメント層（alignment layer）を堆積することで、方位角アンカリングエネルギー（azimuthal anchoring energy）が低減される。この効果と、これら窪んだ表面の所に加わるブラッシング力（brushing force）の局所的な低下のために、液晶層に方位角トルク（azimuthal torque）が生じ、この影響を受けて配向方向（orientation direction）がずれ、このために、ねじれたテクスチャの形成が優勢となる。この効果は、ディスプレイを加熱することによって加速化することもできる。更に、この配向処理（orientation treatment）を二段階（two goes）にて遂行することで電極間間隔の所の配向方向を選択的に修正（調節）し、電極間空間をカバーする液晶層内の自発的ツイストのために、ねじれたテクスチャ或いは一様なテクスチャが不安定となるようにすることもできる。同様に、事前の傾き（pretilt）を選択的に修正することで、同一の結果を達成することもできる。
【００４４】
最後に、たとえ内部リリーフがわずかであっても、所望のテクスチャを一時的に優勢とさせることによる一時的処理（temporary treatment）を用いて、画素間間隙の所にオフ状態を与えるテクスチャを形成することもできる。例えば、ディスプレイが液晶にて最終的な厚さ（量）より少し厚い仮の厚さ（provisional thickness）だけ満され場合、自発的ツイストにより、一時的に、画素の所と画素間空間の所の両方において、ねじれた状態の形成が優勢となる。その後、製造工程の最終段階において、液晶の層厚をその公称値に低減すると、画素の所において双安定性が得られる。画素間間隙の所のくぼんだリリーフが十分な場合は、一様なテクスチャは不安定となり、ねじれたテクスチャが優勢となることが観察されている。このリリーフが小さ過ぎる場合（例えば、厚い電極のエッチングにおいて、エッチングの深さが４０nmに達しないような場合）は、画素間間隙の所も双安定となり、最初に一時的な処理によって形成されたねじれた状態が保存される。この状態は、その後のディスプレイの動作によってはもはや影響されず、確定的光学マスク（definitive optical mask）が得られる。
【００４５】
もう一つの方法として、液晶を満たした後に、ディスプレイに熱処理を施すことも考えられ、しばしば、これによっても同様な結果が得られる。
【００４６】
上述の方法の一つが採用されると、液晶自体によってディスプレイのアドレス不能な領域がブロックされ、これによって、優に幾十（several tens：例えば、２０）を超えるコントラスト値を達成する液晶光学マスクが形成される。
【００４７】
この自己アライメント型の液晶光学マスク（self-aligned liquid-crystal optical mask）のこれら好ましい特性は、透過的（transmissive）に動作させるか、反射的（reflective）に動作させるか、或いはトランスフレクティブ（transflective）に動作させるかに関係なく得られ、これらは、前述の不透明な層を堆積及びエッチングする他のブロック技術と比較して、以下に示すような多くの長所を有する：
−液晶光学マスクの自体の透過及び反射の量（intrinsic degree）が低く、これらを、製造されるべき高コントラストのディスプレイが、透過を利用するのか、反射を利用するのか、或いはトランスフレクティブを利用するのかその用途に合わせて調節することができる。
【００４８】
−追加された光学マスクによって画素の一部がブロックされ、オフ状態が劣化されることがない（最大のオープン開口比を確保できる）。
【００４９】
−画像リフレッシング期間を除いては、液晶のアライメントが乱されることはなく、従って、記録された画像を観察（再生）した場合でも、コントラストの劣化はない。
【００５０】
−液晶光学マスクを堆積或いは位置合わせ（aligning）する工程を必要とされない。
【００５１】
上述の方法は、受動マトリックス（passive matirices）形態のディスプレイを用いて説明されたが、これら方法は、２つの基板上に電極が特定の構成に配置され、この結果として、アドレス可能な領域（画素）と、アドレス不能な領域（画素間間隙）が形成されるような、あらゆるタイプの液晶ディスプレイに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】２つの互いに直交する電極が交差する所に得られる従来の画素を簡略的に示す図である。
【図２】２つの交差した電極のアレイのアセンブリから形成される多重マトリックスを簡略的に示す図である。これら電極は液晶材の両側に配置され、これによって画素と電極間間隔とが定義（形成）される。
【図３】多重マトリックスの断面を簡略的に示す図である。
【図４】テクスチャの安定性を液晶の厚さ間の自発的ツイストの関数として示す図である。
【図５】本発明による画素間間隙の所にねじれたテクスチャを誘発する方法を簡略的に示す図である。材料を除去することで、画素の所では、平行なテクスチャ（PA）或いはねじれたテクスチャ（TW）のいずれかが安定となるようにされ（従って不安定性が誘発され）、画素間間隙の所では、優先的にねじれたテクスチャが誘発される。
【図６】本発明による画素間間隙の所に平行なテクスチャを誘発する方法を簡略的に示す図である。材料を追加することで、画素の所では平行なテクスチャ（PA）或いはねじれたテクスチャ（TW）のいずれかが安定となるようにされ（従って不安定性が誘発され）、画素間間隙の所では、優先的に平行なテクスチャが誘発される。
【符号の説明】
【００５３】
１０、２０  電極
１２、２２  基板
４０  画素
【図４】
2005501295.tif 000003
【図５】
2005501295.tif 000004
【図６】
2005501295.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2005501295.tif 000006
2005501295.tif 000007
2005501295.tif 000008
2005501295.tif 000009
2005501295.tif 000010
2005501295.tif 000011
2005501295.tif 000012
2005501295.tif 000013
2005501295.tif 000014
2005501295.tif 000015
2005501295.tif 000016
2005501295.tif 000017
2005501295.tif 000018
2005501295.tif 000019
2005501295.tif 000020
2005501295.tif 000021
2005501295.tif 000022
2005501295.tif 000023
2005501295.tif 000024
2005501295.tif 000025
2005501295.tif 000026
2005501295.tif 000027
【国際調査報告】
2005501295.tif 000028
2005501295.tif 000029
2005501295.tif 000030
2005501295.tif 000031
2005501295.tif 000032
2005501295.tif 000033