(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのセル壁の間に配置された液晶材料の層を含み、少なくとも一方のセル壁の内面上の少なくとも１つの領域が単一のアラインメントの溝方向を有する表面アラインメント回折格子を含む液晶素子であって、
表面アラインメント回折格子が、回折格子領域内に、溝方向に沿って複数の破断部を含み、頂点方向双安定表面回折格子である、
ことを特徴とする素子。
【請求項２】
前記単一の溝方向は、前記破断部の両側で実質的に同じであることを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
前記破断部の一方の側の表面アラインメントプロフィールは、前記溝方向に沿った該破断部の他方の側の表面アラインメントプロフィールと実質的に同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶素子。
【請求項４】
前記破断部は、５μｍ未満の幅を前記溝方向に有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項５】
前記破断部は、０．２５μｍ未満の幅を前記溝方向に有することを特徴とする請求項４に記載の液晶素子。
【請求項６】
多安定素子であり、
前記表面アラインメント回折格子は、多安定表面アラインメント回折格子を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項７】
前記破断部は、前記回折格子の垂線と前記溝方向とを包含する平面内に、少なくとも１つの凹状縁部と少なくとも１つの凸状縁部とを備えたプロフィールを有する表面形態を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項８】
前記少なくとも１つの凸状縁部又は少なくとも１つの凹状縁部の曲率半径は、２μｍ未満、又は１μｍ未満、又は０．４μｍ未満であることを特徴とする請求項７に記載の液晶素子。
【請求項９】
前記少なくとも１つの凸状縁部及び少なくとも１つの凹状縁部は、少なくとも一部が前記回折格子垂線と実質的に平行である表面によって接合されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の液晶素子。
【請求項１０】
少なくとも１つの破断部は、溝の谷のプロフィールが隆起した区域を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項１１】
破断部での前記谷の前記プロフィールは、そのピークと同じレベルまで隆起していることを特徴とする請求項１０に記載の液晶素子。
【請求項１２】
少なくとも１つの破断部は、溝のピークのプロフィールが下がった区域を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項１３】
前記破断部での前記溝のピークの前記プロフィールは、前記溝の谷と同じレベルであることを特徴とする請求項１２に記載の液晶素子。
【請求項１４】
少なくとも１つの破断部は、該破断部のそれぞれの側の溝が前記溝方向と垂直な成分を有する方向に互いに対して変位した区域を含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項１５】
前記破断部のいずれの側の溝も、前記溝方向に実質的に垂直な方向に互いに対して変位していることを特徴とする請求項１４に記載の液晶素子。
【請求項１６】
前記相対的な変位は、実質的に前記溝の周期の半分に等しいことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項１７】
前記相対的な変位は、実質的に前記溝の周期の１／４に等しいことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項１８】
任意のピクセル又は副ピクセル内でその区域内の前記回折格子の２５％未満が該ピクセル又は副ピクセルの該区域内に破断部を有しない溝を含むように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項１９】
任意のピクセル又は副ピクセル内でその区域内の前記回折格子の１０％未満が該ピクセル又は副ピクセルの該区域内に破断部を有しない溝を含むように配置されたことを特徴とする請求項１８に記載の液晶素子。
【請求項２０】
前記ピクセル又は副ピクセル内の任意の点で前記溝方向に沿って１つよりも多い破断部に遭遇するように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項２１】
前記溝方向に沿った前記破断部は、前記溝のピッチの少なくとも２倍の距離によって分離されることを特徴とする請求項２０に記載の液晶素子。
【請求項２２】
前記溝方向に沿った前記破断部は、少なくとも１０μｍ又は少なくとも１５μｍの距離によって分離されることを特徴とする請求項２１に記載の液晶素子。
【請求項２３】
単一のアラインメントの溝方向を有する回折格子を含む、液晶材料のための表面アラインメント回折格子であって、
回折格子が、回折格子領域内に、溝方向に沿って複数の破断部（３４、３６、３８）を有し、頂点方向双安定表面回折格子である、
ことを特徴とする表面アラインメント回折格子。
【請求項２４】
２つのセル壁の間に配置された液晶材料の層を含み、少なくとも一方のセル壁の内面上の少なくとも１つの領域が単一のアラインメントの溝方向を有する頂点方向多安定表面アラインメント回折格子を含む多安定液晶素子であって、
表面アラインメント回折格子が、回折格子領域内に、溝方向に沿って複数の破断部（３４、３６、３８）を含み、
前記溝方向の前記破断部のいずれの側の前記回折格子のプロフィールも実質的に同じである、
ことを特徴とする素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の液晶構造を安定させる通常の表面アラインメント回折格子を有する液晶素子、特に、少なくとも１つの安定状態が「欠陥」状態である多安定素子に関し、特に、通常の表面アラインメント回折格子が破断部又は不連続部を有するこのような液晶素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
双安定又は多安定液晶素子は、一般的に、電子形態で格納された情報を表示するためのディスプレイとして使用される。素子は、一般的に、ピクセル化された形態で使用され、直接駆動か、マトリックス又は能動アドレス指定のいずれかである。このような素子の他の用途は、光変調器や光学マイクロ波又は赤外線シャッタとしてのものである。素子は、双安定性を時おり又は部分的にのみ使用する場合がある。典型的な素子は、少なくとも２つの電極構造体と、適切な信号を印加するための手段と、染料、偏光子、反射器、吸収器、及び光源のような２つの状態を区別するための手段とを含む。
【０００３】
米国特許第５，３５７，３５８号では、内面の近くにある液晶材料の様々な好ましいアラインメント方向を生じる処理がセルの両方の内面に行われる双安定液晶素子が説明されている。表面アラインメント方向が相対するプレート上で慎重に配置されると、異なる方位角で液晶材料の２つの安定した状態をもたらすことができる。米国特許第５，７９６，４５９号では、液晶ディレクタの方位角配向が異なる２つの安定状態を得るために使用することができる別の表面処理が説明されている。
【０００４】
頂点方向に双安定な液晶素子も公知である。米国特許第６，２４９，３３２号では、液晶材料が、液晶ディレクタの同じ方位角配向を有するが異なる頂点方向配向を有する２つの安定状態の一方、つまり、「連続」状態又は「欠陥」状態にあることを可能にするプロフィールを少なくとも１つの内面が有する液晶素子が説明されている。
国際特許出願ＷＯ０２／０８８２５では、表面プロフィールの慎重な設計が「欠陥」状態をもたらし、ある一定の構造を安定化させるために表面の所定の形態の近傍又はその場所に欠陥を形成することができる方法について説明されている。このようにして、１つよりも多い安定状態を達成することができる。
【０００５】
ＷＯ０１／４０８５３では、局所的頂点方向双安定性が得られるように設計された表面を有する別の双安定素子が説明されている。しかし、この素子においては、プロフィールが１５ミクロンメートルよりも小さい長さ尺度に亘って変化する。この変化は、例えば、入射光の散乱を得ることができる微小領域を作り出す各ピクセル内のディレクタ配向を変えるように設計される。
また、例えば、米国特許第４，２３９，３４５号、米国特許第６，３２７，０１７号、及び米国特許第４，３３３，７０８号で説明されているように、２つの適切な単安定表面の組合せによって双安定性をもたらすことができる双安定素子が公知である。
【０００６】
一般的に、双安定又は多安定素子は、液晶構造に付随するエネルギが局所的に各安定状態で最小限に抑えられ、かつ、エネルギ障壁が様々な安定状態の間に存在することを確実にすることによって機能する。欠陥によって安定化される多安定液晶素子においては、セルは、欠陥が既に形成された少なくとも１つの状態を有する。欠陥は、液晶ディレクタの回位を表すので一部のエネルギは歪み内に含まれるが、特定の区域で欠陥が形成されると、存在する欠陥がない異なる安定構造又は異なる欠陥配置を有する構造と比較して最小限のエネルギをもたらすことができる。この最小値は、システムの大域的最小又はエネルギ障壁によって他の最小から分離された極小とすることができる。
【０００７】
表面プロフィールによって欠陥の安定性がもたらされる欠陥安定化素子においては、表面レリーフ構造は、一方向に、少なくとも１つの凹状縁部と少なくとも１つの凸状縁部を有するプロフィールを有する。これらの縁部は、強度±１／２の欠陥又は回位を安定させるように作用する。この構造は、２つの安定状態又は準安定状態が得られるように表面全体に亘って繰り返されている。これは、表面多安定性であり、すなわち、安定した状態は、他方の表面の処理に関係なく生成されるが、他方の表面の処理が構成全体に影響を与えるのは明らかである。この繰返しは、周期的なものか又は非周期的なものとすることができるが、レリーフ構造の最大又は最小の分離を伴っている。このような表面は、米国特許第６，２４９，３３２号及びＷＯ０１／４０８５３で使用されている。全ての従来技術の表面欠陥によって安定化される素子の共通点は、少なくとも１つの凹状縁部と少なくとも１つの凸状縁部が表面の平面に平行であるということである。
【０００８】
様々な安定状態間のエネルギ障壁は、適正な状態が確実に選択されて作動条件の範囲に亘って維持されるほど十分に高いものであるべきである。マトリックスアドレス指定ディスプレイにおいては、１つのピクセルは、適正なラッチングをもたらすように、実際にアドレス指定される前後に場を印加することができることが分るであろう。適正なラッチングは、作動条件の範囲に亘って維持される必要がある。温度、機械的応力、及び場の不均一性は、全て様々なラッチング閾値に介入する。ラッチングの一貫性が望ましいのは明らかである。しかし、エネルギ障壁も、適切な場の印加によって状態を選択することができるほど低いものであるべきである。多安定素子は、電力消費量が問題である携帯式や電池式家電品と共に使用されることが多いので、ラッチングを行うための最小の電圧又は電力であれば有利であろう。
【０００９】
更に、液晶材料は、一般的に連続的な層であるが、別々にアドレス可能であるピクセルに分割することができることが認められるであろう。従って、隣接するピクセル又はピクセル間の間隙内の液晶材料にラッチングを行って異なる安定状態にすることができる。従って、インタフェースの液晶材料は、部分的な「グローバック」又は正しくない、すなわち、望ましくない状態のクリープをもたらす可能性がある隣接材料からの弾性力を受ける。一部の素子は、ピクセル内の異なる領域、すなわち、他の副ピクセルに対して異なる表面プロフィールを有する副ピクセルさえも有し、異なる閾値でのラッチングがグレースケールを与えることを可能にする。ここでもまた、グローバックという問題に遭遇する可能性がある。
【００１０】
素子が作動時に単安定であることを意図した時でさえも、正しく機能するためには、特定の液晶安定構造が必要である場合がある。作動条件を変えると、結果的に状態の相対的なエネルギが変わり、不要な状態の成長及び正しくない作動が発生する可能性がある。
従って、本発明の目的は、液晶素子に対する改良形多安定表面処理を提供することであり、かつ改良形多安定液晶素子を提供することである。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，３５７，３５８号
【特許文献２】米国特許第５，７９６，４５９号
【特許文献３】米国特許第６，２４９，３３２号
【特許文献４】国際特許出願ＷＯ０２／０８８２５
【特許文献５】国際特許出願ＷＯ０１／４０８５３
【特許文献６】米国特許第４，２３９，３４５号
【特許文献７】米国特許第６，３２７，０１７号
【特許文献８】米国特許第４，３３３，７０８号
【発明の開示】
【００１２】
従って、本発明によれば、２つのセル壁の間に配置された液晶材料の層を含み、少なくとも一方のセル壁の内面上の少なくとも１つの領域が単一の溝方向を有する表面アラインメント回折格子を含む液晶素子が提供され、表面アラインメント回折格子が溝方向に沿って複数の破断部を含むことを特徴とする。
表面アラインメント回折格子は、一連の溝を含み、そのプロフィールは、回折格子に隣接する液晶材料に特定の安定した構造を使用させるのに十分なものである。一部の実施形態では、表面アラインメント回折格子は、多安定表面アラインメント回折格子を含むことができ、多安定表面アラインメント回折格子のプロフィールは、回折格子に隣接する液晶材料に２つ又はそれ以上の安定した構造を使用させるのに十分なものであり、その１つは、「欠陥」状態となる。いずれにせよ、回折格子は、特定のプロフィール変化が領域全体に亘って繰り返えされるという点において周期的ものか、又は、表面プロフィールは、不規則な変化を有するという点において非周期的なものとすることができる。しかし、回折格子は、その領域の全ての溝がほぼ平衡であるという点において実質的に単一の方向を有する。溝方向は、溝が延びる方向である。米国特許第６，２４９，３３２号で説明されているように、破断部のない回折格子構造を用いた従来技術の多安定素子においては、表面プロフィールは、溝方向と直交する平面においてはセル壁に亘って変動するが、溝方向及びセル壁に対する垂線に平行な平面においては一定であることが分る。
【００１３】
米国特許第６，２４９，３３２号及びＷＯ０２／０８８２５で説明されているように、表面プロフィールの効果は、±１／２の欠陥の形成が液晶材料を安定させる少なくとも１つの安定液晶「欠陥」状態を可能にすることである。別の安定状態は、欠陥が存在しない「連続」状態である。表面プロフィールの慎重な設計により、各状態に付随するエネルギは、エネルギ障壁が１つの状態から別の状態への移動に関連する極小とすることができる。従って、液晶材料は、安定状態のいずれかを使用することができ、適切な刺激、通常は正しい極性の電界パルスの供給により様々な状態間でラッチングを行うことができる。
【００１４】
ＷＯ０２／０８８２５で説明されているように、欠陥が「欠陥」状態で形成されるサイトは、表面プロフィールによって判断される。溝方向と直交する平面においては、凹凸の表面曲率の存在は、周辺部での欠陥の形成に好ましいものである。通常、この表面曲率によって凹凸のある縁部ができる。従って、システムのエネルギは、欠陥が形成された時には極小であり、それで位置確認される。これは、欠陥を溝方向に直交する平面に固定して維持するように作用する。欠陥線は、溝方向に沿って縁部の周辺部に延びる。
【００１５】
上述のように、素子は、別々にアドレス可能な複数のピクセルとして形成される。グレースケールに対応するように異なるラッチング特性を有する単一のアドレス可能区域内に副ピクセル区域さえもある場合がある。従って、液晶素子が「連続」状態の区域の近くにある１つの区域内で「欠陥」状態であるという状況が生じる。従って、液晶材料が「欠陥」状態から「連続」状態に移る短い遷移領域があることになる。この領域においては、欠陥、すなわち、＋１／２及び−１／２欠陥の対の位置は、凹状縁部及び凸状縁部に対して溝方向に遷移領域に亘って徐々に変わり、欠陥は、１つの欠陥が「連続」状態の領域に接近する時に互いに接近し合い、時間と共に欠陥同士が遭遇して消滅地点で消滅する。各＋１／２と−１／２の欠陥対は、少なくとも２つの消滅地点によって分離された欠陥ループを形成することができる。
【００１６】
遷移領域においては、隣接する液晶材料の弾性力が遷移領域内の材料に作用する。「欠陥」状態にあるバルク材料は、遷移領域内の材料に作用して「欠陥」状態になるように導く傾向があり、一方、「連続」状態にある材料は、「連続」状態を形成する傾向がある。アドレス指定フィールドがない場合、２つの状態の相対的エネルギにより、主として遷移領域で何が発生するかが決まることになる。従来技術においては、溝方向における消滅地点の固定はない。従って、一方の状態が他方の状態よりもエネルギ的に好ましい場合、遷移領域に及ぼす影響の方が大きくなり、他の状態になる可能性がある。従って、グローバックとして公知であるこの影響により、ピクセル又は副ピクセルが正しくない又は望ましくない状態になる可能性がある。２つの状態がエネルギ的に等しい時でさえも、機械的妨害又は温度変化により、２つの状態の相対的エネルギが変わることにより、均衡が崩壊してグローバックが始まる可能性がある。代替的に、回折格子の形状が変わる場合がある。この変化は、故意のものとすることができ、又は処理上の条件の不確実性による偶発的なものとすることができる。このような変化により、１つの状態が別の状態よりも好ましいものにされ、従って、このような変化が望ましくない状況においてこの状態への妨げられないグローバックを可能にするであろう。
【００１７】
以上説明した内容は、多安定表面アラインメントを中心としたものである。しかし、特定の液晶素子は、単安定作動が意図されているものであり、すなわち、アドレス指定されていない時には常に弛緩して望ましい状態になるべきであるが、正しい光学特性を得るためには特定の液晶アラインメントが必要になるものである。しかし、上述のように、機械的妨害又は温度の変化は、特定の構造の相対的エネルギを変えることができ、別の望ましくない状態がエネルギ的により好ましいものになり始める可能性がある。更に、説明したように、回折格子製造における処理上の変動は、回折格子の特性が素子全体に亘って若干変わる可能性があることを意味すると考えられる。従って、グローバックは、単安定素子においてさえも状況によっては問題となる場合がある。
【００１８】
更に、単安定素子及び多安定素子の両方について、液晶材料の性質は、液晶材料内に自由イオンが存在することになることを意味する。液晶材料が特定の極性の電界によってアドレス指定された時、この場の印加は、イオンの移動をもたらす傾向がある。しかし、アドレス指定用の場が除去された時、１つの表面に向う陽イオン及び他方の表面に向う陰イオンの濃度により、反対の極性の一時的な場ができ、時間と共に再び均衡が達成される。このイオン場は、アドレス指定の場に対して反対の極性であり、正しくない状態へのラッチングを促進するように液晶材料に作用するものである。これは、液晶素子における公知の影響であり、素子は、ラッチング特性が逆のイオン場ラッチングをもたらすのに不十分なものであるように設計される。しかし、この場が存在すると、グローバックの処理を開始するように遷移領域での状態間の均衡が崩壊される可能性がある。
【００１９】
ほとんどの従来技術の素子における表面アラインメント回折格子の性質、例えば表面粗度のために、ある程度の消滅地点の自然な固定、従ってグローバックに対する抵抗が表面の材料の物理特性のために存在するが、これは弱いものであり、かつ容易に克服される傾向がある。従って、従来技術の素子は、１つのピクセル又は副ピクセル（又は、ピクセル間の間隙）から別のピクセル又は副ピクセルに成長する望ましくない状態になりやすい。
【００２０】
一部の用語の使用においては、ピクセルという用語は、１つよりも多い別々にアドレス可能な区域を意味することができることに注意されたい。例えば、６４ｘ６４のカラーディスプレイは、実際には、ピクセルということができるものの中に、各々が異なる色である３つの別々のアドレス可能な区域を有することができる。同様に、ピクセルはまた、グレースケールを作り出すために別々にアドレス可能な区域に細分化することができる。しかし、本明細書の目的上、ピクセルという用語は、別々にアドレス可能な素子の区域を意味するものとする。
【００２１】
従って、本発明では、破断部が故意に溝方向に回折格子に導入される。破断部という用語は、２つの溝部分の間に位置する溝方向の回折格子内での不連続部、すなわち溝方向の回折格子の滑らかな性質の切れ目を意味する。従来、溝方向は、破断部のいずれの側においても実質的に同じ方向のままである。破断部は、溝方向に平行な方向では物理的な寸法を有していない場合があり、又は、有限の幅を有する場合がある。溝方向における破断部の幅は、５μｍ、好ましくは１μｍ未満、最も好ましくは０．２５μｍ未満に限定されるものになる。以下でより詳細に説明するように、破断部は、溝の谷又はピークの間隙又はその両方に突起を含む場合がある。付加的に又は代替的に、破断部は、溝方向に垂直の方向に成分を有する溝のスリップ部つまり変位部を含むことができるであろう。例えば、スリップ部は、溝方向に垂直かつセルの平面に平行な面で生じることができる。垂直方向のスリップ部又は溝方向に垂直ではない平面を含む他のスリップ平面が存在する。
【００２２】
従って、破断部によって回折格子が実質的にいくつかの溝セグメントに分割されるので、破断部は、単一の共通の溝方向を有する２つの溝セグメント間に位置するものである。各溝セグメントは、溝方向に沿って一定であるが、それと垂直の方向に沿って変化する表面プロフィールを有する。しかし、破断部では、表面プロフィールの少なくとも一部は溝方向に沿って変化し、その結果、セル垂線及び溝方向を含む平面に凹状縁部及び／又は凸状縁部ができる。破断部により、一部の欠陥を離して欠陥のある程度の固定をもたらす際に克服すべきエネルギ障壁が実質的に作り出される。このエネルギ障壁は、欠陥が、正しくない状態のグローバックを防止することができる溝方向に自由に移動することができないことを意味する。グローバックは、溝セグメントに沿って発生する可能性があるが、破断部があれば、それによって欠陥、従って破断部の周辺部での消滅地点が固定される傾向がある。従って、グローバックは、破断部を超えて進んだりはしない。
【００２３】
更に、破断部は、欠陥の形成にエネルギ的に好ましい区域であり、欠陥形成の核生成サイトとして作用する傾向がある。これによって、これより以降により詳細に説明するように、ラッチングに必要とされる電圧の低電圧化をもたらす可能性がある。また、作動ウィンドウの点での利点がある。破断部は確実な核生成サイトとして作用するので、液晶素子の反応が作動温度範囲でより確実に制御可能となる。また、多安定性をもたらす表面プロフィールの設計において選択の範囲を大きくすることができる。
【００２４】
一般的に、破断部は、溝セグメントが溝方向に破断部の両側でほぼ同じ表面プロフィールを有するように溝セグメントを分離する。すなわち、破断部は、破断部がなければ溝方向に延びる連続的な中断のない溝になるであろう不連続部である。しかし、当業者は、製造工程における不正確さが、破断部の両側での形状の小さな差異の存在を意味する場合があることを認めるであろう。また、スリップ部又は変位部があれば、回折格子セグメントのアラインメントは、明らかに位相外れである。しかし、意図するところは、破断部の両側の回折格子が、同じラッチング特性を有する同じ状態を示すものとするということである。
また、破断部は、変位面で突発的に発生する回折格子に対する形状の変化から形成される可能性がある。例えば、このような破断部は、隆起に対する回折格子溝のマーク対空間比率の変化、又は鋸歯回折格子から台形回折格子への形状の変化を伴う場合がある。
【００２５】
回折格子のピッチがスリップ破断部に亘って変化した場合、ピッチ差がある結果、区域によっては、破断部線の片側の溝が反対側の谷と遭遇するが、溝は、更に破断部線に沿って結果的には実質的に破断部が生じないように整列される可能性があることに注意すべきである。しかし、マーク対空間比率、すなわち、ピーク幅と谷の比率の変化は、必ずしもピッチを変えるものではなく、回折格子に沿った破断部線を達成することができる。また、注意点として、回折格子形状が破断部に亘って変化した場合、２つの区域は、異なるラッチング特性を有する可能性があり、この異なるラッチング特性は、このような破断部がグローバックを妨げるものではないことを潜在的に意味する場合がある。しかし、このような破断部が散在しても、依然としていくつかの状態の形成を助ける可能性があり、ラッチング特性が同じであるが異なる「欠陥」状態が形成された場合には、これは、問題とはならないと考えられる。
【００２６】
溝方向の破断部の幅は、０．５μｍ未満、又は好ましくは０．２５μｍ未満であることが好ましい。以下で説明するように、溝セグメント間の破断部の区域は、適正なアラインメント条件を有していない可能性があり、従って、この区域の液晶材料は、正しくない状態にある可能性がある。従って、光学的影響の可能性を最小限に抑えるために破断部の幅を最小限にすることができる。
都合の良い態様では、破断部は、回折格子垂線と溝方向を含む平面に少なくとも１つの凹状縁部と少なくとも１つの凸状縁部とを有するプロフィールを有する表面形態を含む。
【００２７】
回折格子垂線は、全体として回折格子に対する垂線であり、局所的に変化する表面に対する垂線ではない。上述のように、回折格子垂線及び溝方向を含む平面においては、従来技術の表面アラインメント回折格子のプロフィールは一定である。しかし、破断部により、この平面に凹状縁部及び凸状縁部が導入される。これらの凹状縁部及び凸状縁部は、その周辺部に欠陥を固定し、従って溝方向に欠陥線の固定を行うように作用する。従って、このような形態の導入により、表面プロフィールに隅部が導入される。
【００２８】
少なくとも１つの凸状縁部又は少なくとも１つの凹状縁部の曲率半径は、２μｍ未満、好ましくは１μｍ未満、多くの場合に０．４μｍ未満であることが好ましい。一般的に曲率半径が小さいほど縁部の固定効果が大きい。
都合の良い態様では、少なくとも１つの凸状縁部及び少なくとも１つの凹状縁部は、表面によって接合され、その表面の少なくとも一部は、回折格子垂線にほぼ平行である。
【００２９】
１つの都合の良い形態の破断部は、溝の谷のプロフィールが高くなっている区域を含む。溝の谷の輪郭を高くすると、谷において溝方向にプロフィールが変化する。これは、高くなった区域の一部で欠陥を固定するように作用することができる。都合の良い態様では、高くなった区域つまり突起は、ピークと同じ高さである。すなわち、破断部では、溝方向のプロフィールは、溝の谷からピークと同じ高さに隆起し、次に、谷の高さまで下がる。直交方向においては、プロフィールは、実際には、溝のピークから破断部に亘って水平なままとなる。勿論、次の溝は、同じサイトに破断部を有する場合があり、又は有していない場合もあり、従って、１つの溝に関する２つの溝セグメント間の破断部は、別の溝セグメントの連続部に又は更には連続的な溝近くにある可能性がある。この高くなった区域は、谷における溝方向のプロフィール内の不連続部を表すが、ピークに亘る溝方向のプロフィールは連続的なものであることにここで注意すべきである。従って、溝がピークと谷を含むと考えると、回折格子内の破断部は、ピーク又は谷のいずれか又はその両方における不連続部とすることができる。
【００３０】
上述のように、このような破断部は、ネックということができ、ネックの両側の隆起部の縁部に沿って溝方向に欠陥を固定する傾向がある。「欠陥」状態がネックの片側にあり、「連続」状態が反対側にある場合、欠陥線内に存在する欠陥は、固定されることになる消滅地点まで高くなった区域によって案内されることになる。従って、破断部は、表面で又は表面近くで、液晶材料を通る欠陥線によって形成された欠陥ループを固定するように作用する。これは、液晶材料がネックの両側で「欠陥」状態にある、すなわち、各側で欠陥が消滅地点に案内される時でさえも発生する。これは、隆起部の上部での区域近くの液晶材料が「連続」状態になることを意味する。従って、この性質を有する破断部の存在は、本質的にコントラストを若干小さくする「欠陥」状態で存在する若干量の「連続」状態が常にある可能性があることを意味する。従って、隆起部つまりネック上部の区域を最小限にすることは有利であると考えられる。
【００３１】
付加的に又は代替的に、破断部は、溝ピークのプロフィールが好ましくは溝の谷の高さまで低くなった状態にある区域を含む場合がある。これらの破断部は、実質的にピークの間隙を含むものである。１つの溝セグメントが終わるサイトに形成された縁部は、ここでもまた、ネックに関して説明したものと同じように「欠陥」状態にある欠陥ループを固定するように作用する。従って、ここでもまた、この間隙のある区域は、常に「連続」状態にあることになる。先の説明は、ホメオトロピック表面状態に関する場合であることに注意されたい。液晶が少なくとも溝方向に垂直方向である成分を有する平面方向に整列された場合、「欠陥」状態と「連続」状態は逆になる。例えば、このような平面アラインメント素子においては、間隙は、固定された「欠陥」状態の小さな島になる場合がある。
【００３２】
更に別の形態の破断部は、溝又は溝セグメントが、破断部の両側に溝方向に垂直方向である成分を有する方向に互いに対して変位した区域を含む。すなわち、この破断部は、溝にスリップ部が発生する区域である。この形態の破断部は、連続的な回折格子を取って溝方向に平行ではない線に沿って二分割することによって形成されると考えることができる。次に、分割された回折格子の一方の部分は、他方の部分に対して若干変位される。これによって、１つの回折格子セグメントの溝のピークは、次の溝セグメントのピークと整列しないという状況が作り出されることになる。これによって、本質的に、インタフェースで溝方向に不連続部が作り出される。勿論、実際の回折格子は、必ずしもこのように生成されるわけではない。回折格子構造体を形成する方法が当業技術で公知であり、例えば、フォトリソグラフィでは、適切なマスクが使用される。マスクは、回折格子のスリップ部と共に容易に設計され、フォトレジスト材料を露光させる時に使用することができる。
都合の良い態様では、２つの溝セグメントは、溝方向にほぼ垂直である方向に互いに対して変位されるが、方向が溝方向に垂直方向である成分を有することを条件として他の方向も可能である。
【００３３】
この形態の破断部は、上述のように、溝セグメントの間のインタフェースで溝方向にプロフィールの不連続を作り出すものである。相対変位の程度によっては、この不連続部は、様々な方法で「欠陥」状態で存在する欠陥を固定することができる。回折格子が周期的なものであり、繰返し単位が単純に大雑把に等しい幅を有するピークと谷から成る単純な状況を考えてみる。相対変位の程度が繰返し単位の周期の半分であった場合、インタフェースでは、１つの溝セグメントの溝ピークが他方の溝セグメントの溝の谷の近くにあることになり、谷についてはその逆になる。連続性の鋭い破断部により、ネックや間隙と同じように、欠陥が露出縁部に沿って固定されることになる。液晶材料がインタフェースの両側で「欠陥」状態である場合、破断部は、依然としてインタフェースの各側で欠陥ループの消滅地点をもたらすことになる。しかし、２つの別々の消滅地点は、溝方向に目につくほど互いに対して間隔の空いたものではない。従って、２つの消滅地点の間で材料が「連続」状態になる可能性は最小のものであり、従って、間隙又はネックと比較すると光学特性を向上させることができる。実際には、スリップ部自体は、溝方向にある程度の幅を有する場合があるので、回避不可能な「連続」状態の非常に狭い区域が存在すると考えられるが、これは最小であるとすることができる。
【００３４】
別の変位は、例えば、繰返し周期の１／４である可能性がある。ここでもまた、大雑把に等しい幅を有するピークと谷の繰返しという単純な場合を考えると、１つの溝セグメントのピークは、他方の溝セグメントのピークと重なり合うことになる。同じことが谷についても当て嵌まる。この構造では、インタフェースの両側での「欠陥」状態の場合、欠陥線は、実際には一緒になって消滅する可能性はない。代替的に、欠陥線は、重なり合った部分の縁部に滑らかに追従してインタフェースの反対側の区域内に至る。これは、従って、必要でない時に「連続」状態が存在しなかったことを意味するであろう。しかし、重なり合った部分の縁部は、依然として、インタフェースの反対側がラッチされて「連続」状態になった時に欠陥ループの固定サイトとして作用することになる。
【００３５】
望ましくない状態のグローバックが溝方向に沿ってピクセル又は副ピクセルで発生すると考えられるので、ピクセル又は副ピクセル内の溝の大部分は、少なくとも１つの破断部を有するように配置されることが好ましい。すなわち、素子は、任意のピクセル又は副ピクセル内の回折格子のうちで、ピクセル又は副ピクセルの区域内に破断部を有していない溝を含む部分が最小となるように配置されることが好ましい。破断部を有していない溝を含むピクセル又は副ピクセルの区域が２５％未満、更に好ましくは１０％未満であることが好ましい。明らかに、ピクセル又は副ピクセル内に、溝がピクセルの片側から反対側に破断なく延びる区域が確実にないようにすることは有用であると考えられる。
【００３６】
ピクセル又は副ピクセル内の任意の所定の地点で溝方向に１つよりも多い破断部に確実に遭遇するようにすることは都合が良いであろう。すなわち、ピクセル又は副ピクセルを溝方向に沿って横移動させた時、任意の地点で様々な溝セグメントを分離する少なくとも２つの破断部に遭遇する。理論的には、グローバックは、ピクセル又は副ピクセルの両側から発生する可能性があり、従って、１つの破断部だけで破断部、従ってピクセル又は副ピクセルのラッチング可能な区域の全体の両側で正しくない状態が達成される場合がある。１つよりも多い破断部を有すると、これが発生することが防止される。多くの破断部は、素子が部分的ラッチングモードで使用されるべきである場合に特に有用である。部分的なラッチングは、電圧が素子に印加された時に発生し、この電圧は、副ピクセルの完全なラッチングをもたらすには不十分であるが、代わりに、その副ピクセル内に１つの状態である液晶材料の領域を作り出し、残りの材料は別の状態である。部分的ラッチングは、公知であるように、グレースケールを達成するのに有用である。溝方向に沿って副ピクセル内に多くの破断部を有することは、上述のように、核生成サイトとして作用することによって部分的ラッチング領域の規則的な形成を助けるものになる。しかし、これらの領域が形成された状態で、これらの多くの破断部は、領域の不要な成長又は収縮を防止することになる。
【００３７】
一部の実施形態については、溝方向に沿った破断部は、少なくとも溝ピッチの２倍の距離で分離され、すなわち、各溝セグメントは、少なくとも溝ピッチの２倍に等しい長さを有することになる。上述のように、破断部周辺部の液晶材料は、破断部から離れた位置にある材料と比較すると、更なる弾性力を受けることになる。溝セグメントが短すぎた場合、これらの端部の力により、液晶材料によって使用されたバルク状態はその影響を受け、アラインメントが正しくないものとなる。３μｍを超える溝方向の破断部の分離であれば、有用とすることができるであろう。
都合の良い態様では、多安定表面アラインメント回折格子は、米国特許第６，２４９，３３２号又はＷＯ０２／０８８２５で説明されているもののような頂点方向双安定表面アラインメント回折格子である。代替的に、上述のように、表面は、多安定以外の有利な特性に対して「欠陥」状態を作り出すために回折格子が使用される液晶に対する単安定アラインメントをもたらすことができると考えられる。
【００３８】
単安定素子については、回折格子溝を形成する縁部の曲率半径を最小限に抑えることが重要であり、その理由は、これによって望ましい状態がより安定したものになるからである。しかし、実際には、曲率半径は、製造工程によって制限され、０．１μｍ又はそれ以上に限定されるであろう。このような例においては、破断部を表面に導入して、「連続」状態又は正しくないディレクタ配向が発生する「欠陥」状態の不要な形成を防止することが重要である。多安定液晶素子の場合、縁部の曲率半径は、「欠陥」状態又は「連続」状態の形成に適切な範囲内であることが重要である。
【００３９】
一般的に、本発明は、隣接する液晶材料に欠陥が表面回折格子の近くに形成された少なくとも１つの安定状態を形成させる改良形表面アラインメント回折格子に関する。従って、本発明の別の態様では、単一の溝方向を有する回折格子を含む液晶材料のための表面アラインメント回折格子が提供され、回折格子が溝方向に沿って複数の破断部を有することを特徴とする。
好ましい実施形態では、本発明は、２つのセル壁の間に配置された液晶材料の層を含み、少なくとも１つのセル壁の内面上の少なくとも１つの領域が、単一の溝方向を有する多安定表面アラインメント回折格子を含む多安定液晶素子に関し、表面アラインメント回折格子が、溝方向に沿って複数の破断部を含み、溝方向の破断部の両側の回折格子プロフィールが実質的に同じであることを特徴とする。
ここで、本発明を以下の図面を参照して単に例示的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
欠陥安定化多安定液晶素子は公知である。米国特許第６，２４９，３３２号では、セル壁の少なくとも１つの表面プロフィールが頂点方向双安定をもたらすこのような素子が説明されている。凹状縁部と凸状縁部を形成する変化する輪郭を１つの方向に有する繰返し表面プロフィールが使用される。
図１は、約１２０°の内角及び液晶ディレクタの局所ホメオトロピック垂直境界条件を有する凸面での液晶材料の２つの可能なディレクタ構成の側面図を示すものである。短い連続線は、ディレクタの局所配向を表している。点線は、ディレクタに垂直に示されており、点線は、目に対するガイドとして含められているが、表面は平面状態を有するディレクタ構成を表している。図１ａにおいては、＋１／２強度欠陥（又は回位）が表面の頂点方向で発生し、一方、ディレクタは、図１ｂにおいては連続的なものである。図２は、外角が１２０°であるホメオトロピック凹面に関する同様の状況を示している。ここでもまた、２つの可能な構造があり、つまり、欠陥（Ｄ、図２ａ）又は連続（Ｃ、図２ｂ）である。この場合、欠陥は、ディレクタが表面に対して垂直に配向された場合は（すなわち、ホメオトロピックアラインメント）、強度−１／２を有する。表面が凹面に関して＋１／２、及び凸面に関して−１／２で平面状態を有する場合は、欠陥の極性は逆になる。
【００４１】
各状態のエネルギは、歪みの弾性エネルギと関係があり、歪みは、液晶材料の弾性特性に加えて、表面の曲率及び局所固定エネルギと関係がある。欠陥コアにおける液晶材料の順位パラメータの変化に付随する「欠陥」状態のエネルギに対して付加的な寄与となるものがある。表面の曲率がない場合（均一な固定の場合）、最低のエネルギ構成が欠陥のない均一な状態になる。表面に固定サイトがなければ、実質的に反対の電荷を帯びた欠陥の間には引力があり、この引力により、反対の電荷を帯びた欠陥が互いに近づき合って消滅する。実際には、全ての表面は荒さの程度を有し、その程度により、この消滅を防止するための欠陥の何らかの不規則な固定が行われる可能性がある。しかし、素子（回折格子アラインメントに使用されるスピンコーティング高分子及び感光性高分子を含む）において液晶を整列させるのに使用される一般的な表面は、相対的に滑らかであるので、このような固定は弱いものである可能性がある。等方性液体からネマチック相への冷却時の回位の発生は、通常、サンプルがこのようなコーティングを伴う平坦な表面によって含まれた時に遷移から数度で消える。
【００４２】
図３は、米国特許第６，２４９，３３２号で使用されている表面プロフィールの例を示している。この表面プロフィールは、繰返し表面プロフィールによって形成された一連の溝を含む。図３は、溝方向と直交する平面でのプロフィールの横断面を示している。そこで、少なくとも１つの凹面（溝の谷）２と少なくとも１つの回折格子凸面との組合せにより、液晶配向が異なりかつ均一である２つ又はそれ以上の双安定状態が得られる。図３に示す例においては、±１／２の欠陥によってディレクタの傾斜が安定し、「連続」状態によって第２の傾斜が安定する。いずれの場合にも、傾斜は、回折格子の平面に近い（通常、回折格子ピッチ未満又はこれに等しい距離内）周辺部の表面に平行な平面（図３では点線Ｓ−Ｓ’によって表されている）では均一である。ホメオトロピック境界条件については、「欠陥」状態は小さな傾斜を有し、「連続」状態は、９０°に近いことが多い大きな傾斜を有する。表面が平面状態を有する場合（回折格子に垂直方向である平面において）、「欠陥」状態は大きな傾斜を有し、「連続」状態は小さな傾斜を有する。
【００４３】
他の回折格子設計がＷＯ０２／０８８２５で説明されており、そこでは、回折格子は、２つの凸状縁部と１つの凹状縁部、２つの凹状縁部と１つの凸状縁部、又は２つの凹状縁部と２つの凸状縁部のような３つ又はそれ以上の欠陥サイトを有する。このような例においては、異なる相対位置を有する欠陥対に対応する複数の状態が存在することにより、異なる光学構造及びグレースケールが得られる可能性がある。
【００４４】
これらの場合の各々において、回折格子は、ディレクタを含む頂点方向平面に垂直な方向で連続的なものである。従来技術で使用されている一般的な回折格子の代表的平面図を、影付き区域は溝の谷を表し、明るい区域は溝ピークを表す図４ａに示している。一般的なピッチｐは、０．１μｍから５μｍの範囲であり、好ましくは０．４μｍから１．４μｍ、又は０．６μｍから１．１μｍの範囲である。溝方向（単位ベクトルｇで表される）は、素子の各ピクセル内で一定とすることができ、又はピクセル内で変わるとすることができる。しかし、１つのピクセルの大部分については、長さ方向ｇは、１５ミクロン未満の長さ尺度に亘って均一なものとなる。回折格子は、マーク対空間比率（ｃ／ｐ）及び対称性を用いて更に特徴付けることができ、対称性は、表面プロフィールの前縁及び後縁の曲率に影響を与える。「欠陥」状態においては、±１／２欠陥は、溝方向ｇに平行な線として形成される（現実的な表現として欠陥コアの厚みを無視する）。液晶ディレクタは、ｇに垂直方向な成分を有するが、ｇに平行な成分は有していない。「連続」状態においては、ディレクタは、ｇに垂直方向である異なる成分を有するが、ｇに平行な成分はやはり有していない。
【００４５】
ＷＯ０１／４０８５３で説明されている素子に含まれているのは、１５ミクロン未満の長さ尺度に亘る溝方向ｇの変化である。これらの変化は、各ピクセル内でディレクタ方位を変えることにより、微小領域つまり例えば入射光の散乱を発生させることができるピクセル区域が作り出されるように設計される。例示的には、図４ｂに示す双方向グリッド及び図４ｃの二重回折格子である。両方の例では、表面に平行な平面において「欠陥」状態でディレクタの配向に対して局所的に変化する方向が示されている。この目的は、相互に垂直方向で傾斜の小さい状態の平面内のディレクタ成分の成分を有する構造体をもたらすことである。例えば、そこでは、これは、「連続」状態よりも「欠陥」状態の時に実質的により大きな散乱をもたらす光学的構造をもたらすことができる。
【００４６】
２つの状態のエネルギレベルを図５に概略的に示している。状態間のエネルギ障壁６は、欠陥の消滅及び作成に付随するエネルギに関係がある。表面は、対称的（点線）又は非対称的（連続線）なラッチング特性をもたらすように容易に設計することができる。両方の場合は、双安定なものであり、ここでは、エネルギ障壁ＵD及びＵCは、たとえ対称的なものでない場合でさえも十分に高いものである。障壁が低い場合、外部的妨害により、一方の状態から他方の状態への不要な遷移が引き起こされる可能性がある。例えば、正の誘電異方性材料の場合、素子の他の線を多重化中に使用される印加場は、「連続」状態を安定化させる傾向がある。ＵCが低い場合、「連続」状態のグローバックが発生する。代替的に、高い温度では、液晶順位パラメータは低く、従って、「欠陥」状態のエネルギは低くなる。表面が周囲温度で「連続」状態の安定性をもたらすように設計された場合、ある程度の高い温度では、エネルギは対称的になり、最終的には解除地点近くで単安定「欠陥」状態をもたらす。アドレス指定中の遊離イオンの移動によって蓄積された逆のイオン場もその一端を担うものである。
【００４７】
実際的な素子構成の例を図６に示している。垂直方向に整列されるか、又は混成整列されたネマチック状態が得られるように、多安定表面レリーフ構造体１０が平坦な多安定ホメオトロピック表面１２の反対側で使用される。サンプルが交差した偏光子の間に置かれ、つまり回折格子に対して斜めに配置された時、光学遅延により透過又は反射の差が生じる。適切な極性を有する電気パルスを用いて状態間のラッチングを行うことができる。双安定パルスを用いてＤＣ均衡を維持することが慣例であり、その場合、状態を決めるのは、立ち下りパルスの極性である。
【００４８】
状態間のラッチングには異なる機構がある。「欠陥」状態及び「連続」状態に弾性歪みが発生すると、その結果、特定の分子形状異方性を有する極性液晶についてはフレキソ電気偏光が発生する。更に、欠陥のコアは、局所的に「溶解した」ネマチック液晶を表し、その場合、順位パラメータは、実質的にゼロである。欠陥コア周辺部での順位パラメータの勾配により、偏光が発生する（いわゆるオルド電気）。±１／２欠陥の対称は、欠陥が局所フレキソ電気、オルド電気、又はその組合せ効果から生じる正味の偏光を有することを意味する。ｎと−ｎの対称を表面で破壊する効果及びイオン不純物の効果を含む極応答の他の機構を設けることができる。この累積的な効果は、ラッチングを導くように印加ＤＣ場に結合される回折格子表面での表面偏光Ｐsである。素子はまた、状態の１つにおいてバルクフレキソ電気を有するが（混成アラインメント状態）、この効果は、非常に弱く、実際には液晶のバルクにおいて稼動イオン不純物によって遮られる可能性があることに注意されたい。
【００４９】
図７は、図示のように図の前部に向う「欠陥」状態と後部に向う「連続」状態の間の境界での回折格子表面の３Ｄ概略図である。点線は、凸面曲率を表し、破線は、凹面を表している。欠陥Ｄ状態（前部）においては、＋１／２回位２０が凸面近くで発生し、−１／２回位２２が凹面近くで発生する。回位が表面に沿って発生することにより、欠陥線が生じる。しかし、「欠陥」状態の区域が「連続」状態の区域の近くにある場合、欠陥が除去される地点がなければならない。「Ａ」は、２つの回位の消滅地点を表し、その背後では状態は連続的Ｃである。故意の形態の固定がない場合、消滅地点は、表面２６に亘って自由に横移動してシステムの全エネルギを小さくすることができる。表面に固定がない場合、それによって欠陥線（又は、別の名前では「欠陥」ループ）が収縮又は成長する時に、他の状態ではなく一方の状態（ＣではＤ、又はＤではＣ）が不要に形成する可能性がある。２つの状態が同じエネルギを有する場合、望ましい状態が維持される。しかし、何らかの外部の影響がピクセルを妨害する役目を果たした場合、その影響が機械的に生じた流れであろうと、素子に印加された複数のアドレス指定信号に付随する遷移場であろうと、又は逆のイオン誘導場であろうと、望ましくない状態が発生する可能性がある。更には、アラインメント状態の相対エネルギを決めるシステムの特性が、例えば周囲温度の変化のために変わる可能性がある。液晶の弾性定数、順位パラメータ、及び表面固定エネルギは、温度増加と共に減少し、これが原因となって双安定状態の相対エネルギが変わる可能性がある。従って、通常の作動温度でＤ状態及びＣ状態の適切なエネルギをもたらすように設計された表面は、温度が上がると単安定になる可能性がある（通常はＤ状態に）。実際には、勿論、回折格子を形成するために使用される表面は、実際的な素子において不要な状態のグローバックを防止するのに十分な固定強度を有する微視的強度を有する。この例で使用される回折格子形状は台形であり、回折格子繰返しパターンの各部分は、２つの凸状縁部と２つの凹状縁部を有することに注意されたい。欠陥は、図に示すように、鈍い凸状縁部と凹状縁部で、又は回折格子表面の鋭い方の縁部で（すなわち、傾斜縁部ではなく垂直方向の縁部の上部及び底部に）発生する可能性がある。
【００５０】
本発明の基盤は、溝方向に欠陥線を固定するサイトを作り出すように液晶を整列させるために用いられる表面処理に対して変位部つまり破断部を作り出すことである。これらの破断部は、間隔が回折格子に亘って規則的、不規則的、又は擬似不規則的である場合がある。このような破断部の例を図８に示すが、この組の例は排他的なものではない。各場合では、回折格子は、実質的に単一の溝方向を有し、いずれかの状態におけるディレクタのアラインメントに変化があった場合には、相対的に小さいものに保たれる。各破断部は、表面プロフィールに対して、素子の平面に垂直方向な成分を有する凹状縁部又は凸状縁部を含むことが好ましい。すなわち、破断部は、アラインメント回折格子を形成する繰返し単位の表面プロフィールの凹状縁部及び凸状縁部から少なくとも部分的に延びる縁部を導入する。破断部は、実質的に隅部を表面プロフィールに導入するものである。
【００５１】
図８ａは、負の破断部又は間隙ということができるものを有する回折格子を示している。この回折格子は、各々が隆起つまり影なし区域３０と、谷つまり影付き区域３２とを有する一連の溝である。特定の地点では、隆起は、間隙３４を有する。次に、この間隙は、溝方向に、隆起のプロフィールに破断部つまり不連続部を形成する。次に、以下で説明するように、間隙の隆起で欠陥が固定されることになる。見て分るように、これらの間隙は、１つの隆起の間隙が別の間隙の近くにあるように整列されなくてもよい。
図８ｂは、同様の形態の破断部を示すが、隆起は、谷のネック３６によって連結されている。ここでもまた、この正の破断部は、ネック及び谷のインタフェースで欠陥固定サイトを導入する。
【００５２】
図８ｃは、回折格子におけるスリップ部の一例を示している。これは、底部部分に対する回折格子の上部部分の変位部つまり回折格子相の変位部と考えることができる。この例においては、隆起の露出縁部は、「欠陥」状態に存在する欠陥線を固定するように作用することになることを意味する、小さな変位部ｓが存在する。図８ｄは、ピークつまり回折格子の隆起が回折格子の変位部の谷と合流するより大きなスリップ部を示している。スリップ及び変位という用語は、破断部の形態を示すためのみに使用されていることに注意されたい。当業者が、フォトレジスト材料を使用するなどのアラインメント回折格子を形成する様々な方法があり、このパターンを有する回折格子は、適切なマスクを用いて形成することができると理解しているように、必然的に示唆される回折格子の実際の移動はない。変位部は、突発的又は溝方向に平行な小さな距離に亘って発生する可能性があることに注意されたい。セルの平面内の変位によって生じる曲率は、溝方向に垂直方向であってセル垂線に平行な成分を有する縁部を作り出すものである。この曲率は、スリップ部の周辺部に「欠陥」状態及び消滅地点を固定するのに十分なものであるべきである。実際には、この曲率は、１π／μｍを超えるか、好ましくは２π／μｍを超えるか、多くの場合に５π／μｍを超えるものであり、すなわち、この曲率半径は、２μｍ未満、好ましくは１μｍ未満、又は０．４μｍさえも下回るものである。
【００５３】
図８ｅは、別の回折格子に対して変位した１つの回折格子から成る単位が繰り返される繰返しスリップパターンを示している。図８ｆ及び図８ｇは、ネックのような破断部及び間隙のような破断部の混合を有する回折格子を示している。
図８ｆは、固定サイトの数を２倍にして、それによって単独の１つのスリップ部それ自体は有効ではない場合でさえも確実に「欠陥」状態の固定が発生することを助ける、近接位置にある２つのスリップ変位部を示している。
【００５４】
図８ｇは、スリップ部と間隙の両方を伴う混合変位部を示している。この形態の破断部は、実際には、隅部が確実に構成されるのを助けることができる。一部の回折格子生成手法は、スリップ部では回折格子形状の急激な変化を複製することができず、代わりに、「欠陥」状態固定特性を有していないか又は弱い「欠陥」状態固定特性を有するよりなだらかな「Ｓ」字状のスリップ部をもたらす傾向がある場合がある。この配置は、「欠陥」状態を固定するのにスリップ部での最小程度の曲率で十分であることを保証することを助けるであろう。
【００５５】
図８ｈは、回折格子のマーク対空間比率の変化を伴う区域に隣接した部分的なスリップ部を示している。この形態のスリップ部は、多安定作動の領域が単安定領域に隣接する場合に有用であろう。例えば、「連続」状態がその領域で必要である場合は、単安定領域には破断部を有していないことが好ましいと考えられる。
図８ｊは、変位線に亘って溝のマーク対空間比率の変化がある破断部を示している。これによって、破断部の両側で異なる「欠陥」状態が発生する可能性がある。
【００５６】
図８ｊは、溝方向の垂線に平行ではないスリップ変位部を示している。また、この例においては、スリップ部の角度が変化することにより、その領域に亘ってジグザグパターンが形成されるように示されている。図８ｃの場合と同様に、この例における変位部は、有限の幅を有していない。実際に、溝において、これを保証するために必要とされる細かい形態を再生することは困難であると考えられる。従って、図８ｋに示す状況が実際の実施形態では発生する可能性がある。これは、矩形が各隆起（又は溝）に対して終わる斜めのスリップ平面が維持されることを示している。これは、間隙、ネック、及びスリップ部の効果を互いに組み合わせたものと同様の効果を有すると考えられる。
【００５７】
図９は、間隙をより詳細に示している。これは、間隙を含みかつ回折格子表面近くに「欠陥」状態の欠陥の位置を示す回折格子表面の３Ｄ図である。図７と同じ数字を用いて、＋１／２欠陥２０が水平の影付きを用いて示され、−１／２欠陥２２は、垂直方向の影付きで示されている。図は、ホメオトロピック境界状態を伴う状況を示し、欠陥の位置は、局所的に平面のアラインメントについては逆になることに注意されたい。間隙４０は、溝の水平方向の上部凸状縁部を溝底部の水平方向の凹状縁部に接合する凸面を作り出している。＋１／２欠陥２０の最低エネルギによる構造は、この縁部に追従してＢで上部隅部回りに曲がり、＋１／２欠陥２０が−１／２欠陥２２と合流する消滅地点Ａで破断部の底部隅部で消滅すべきである。上述のように、「欠陥」状態における回折格子近くのディレクタ構成は、低い表面予傾斜を有する。図９は、間隙の背後には欠陥がない状況を示し、すなわち、間隙は、それぞれ、小さな表面傾斜及び大きな表面傾斜の「欠陥」状態（前部）及び「連続」状態（後部）の間の境界を画することを示している。図７に示す状況とは異なり、消滅地点は、もはや表面に亘って自由に動き回れない。これによって「欠陥」状態にある欠陥線の固定サイトが得られるが、これは、欠陥を垂直方向の縁部から遠ざけることに付随するエネルギコストがあるからである。
【００５８】
図９の台形回折格子の非対称性は、Ｂで常に正しい曲げの徴候をもたらすのに十分なものである。対称的な回折格子（例えば、矩形横断面を有する）が使用された場合でさえも、図示の構成は最低エネルギの構成であり、これは、全体的な欠陥長が最小限に抑えられるからである。更に、回折格子によって生じた欠陥のアレイは、確実に欠陥が各破断部で同じパターンで形成されることを助けるものである。
【００５９】
図１０は、反対側の破断部、つまり、回折格子内の正の「ネック」を示している。この影響は、本発明による破断部によって導入された垂直方向の縁部が凹状縁部であり、消滅地点が破断部の上部隅部で発生する点を除いて、間隙と同様のものである。
この構造体内の回折格子は、以下の方法でＩＴＯコーティングガラス基板の上に生成されたものである。図８Ｂに示す構造体で設計されたクロムマスクは、５００ｎｍクロム部、５００ｎｍ透明部、及び１２μｍ間隔の（及び、隣接する溝上で４μｍずらした）５００ｎｍ幅の間隙の交代するストリップで生成したものである。正のフォトレジスト材料を第２の基板上にスパンコーティングし、焼付け、マスクをフォトレジストに接触させ、溝方向ｇに垂直な方向にいくらか垂直から外した角度（８°）で深ＵＶ光を露光させた。基板を成長させて、露光したフォトレジストをエッチングで除去した後、回折格子マスターは、望ましい構造体のネガを形成する。次に、このマスターを使用して、直接か、又はマスターからの適切な数のコピーを用いて、ＩＴＯコーティング基板上に望ましい構造体をエンボス加工する。エンボス加工回折格子の例を図１１のＳＥＭに示している。エンボス加工により、回折格子の谷がマスターにおいて又はその生成コピーにおいてさえも隆起から形成され、従って、間隙を含むマスターにより、ネックを有する最終的な回折格子構造体がもたらされることになる。
【００６０】
この図は、双安定性をもたらすことができる一般的な表面を示している。このサンプルのピッチは１μｍである。本発明による回折格子に追加されたネック構造体の曲率は、｜１π／μｍ｜を超えるものであり、図示の例においては、約｜２π／μｍ｜である。状況によっては、例えば、非常に高い固定エネルギ又は低い順位パラメータＳの場合、より低い曲率を使用することは有利であると考えられるが、０．２π／μｍ未満では、欠陥の任意の実質的な固定エネルギをもたらすには弱すぎる曲率である可能性がある。また、｜２π／μｍ｜（又は、１μｍ未満の曲率半径）を超える曲率（液晶弾性及び局所的表面固定エネルギによって決まる）も、説明した回折格子製造方法を用いて実際には見出されない上限値によって適切になる。多安定素子の場合、異なる状態の相対エネルギは、表面曲率の大きさ、回折格子のピッチ及び振幅、局所的表面固定エネルギ、及び液晶材料の弾性特性の関係によって決まることになる。
破断部は、図１２に示すように、異なる強度を有する場合がある。この例においては、Ｂで発生する曲げの程度は、図示のようにＢからＡまでの凸状縁部の勾配と関係がある。更に、破断部は、不完全なものとなる可能性があり、その場合には、凹状縁部と凸状縁部が１つの地点で合流しない。
【００６１】
単安定ホメオトロピック処理を伴う平坦なＴＩＯコーティングガラス基板から５μｍの地点に離間した図１１の回折格子基板を用いてセルを作製した。市販の液晶材料「ＭＬＣ  ６２０４＿０００」を充填した後、回折格子方向に対して約４５°の角度を成した偏光器を有する光学顕微鏡で交差偏向器間の伝達についてセルを観察した。適切な振幅、持続時間、及び極性を有するＩＴＯ電極に印加された２極性電気パルス後に、「欠陥」（白）状態と「連続」（黒）状態の間のラッチングが発生した。ラッチングは、回折格子に破断部がない制御区域と比較すると、非常に均一なものであることに注意されたい。次に、一方の状態から他方の状態への部分的なラッチングをもたらすようにパルス振幅を小さくした。図１３ａは、ピクセル区域の約４０％を「連続」（黒）状態にラッチングしたパルスの直後のサンプルを示している。回折格子破断部は、明らかにこの図において点のアレイとして目視で認められるものであり、これは、破断部が各地点において「連続」状態の小さな領域（約１μｍ2）を形成するからである。図１３ｂに示すように、同じ区域の写真が１分後に撮られた。欠陥領域のある程度の収縮はあるが、満足なレベル内のものである。破断部のない区域は、図１４に関して示すようにほぼ即時に「連続」状態になった。
【００６２】
同様であるが今回は回折格子内に間隙をもたらすために配置されたサンプルを５０℃、つまり、透明点ＴNTよりも１５℃下の温度まで加熱した。この高い温度では、サンプルは、本質的により「欠陥」Ｄ状態安定である。破断部５０を有するピクセルに部分的にラッチングを行って「欠陥」状態にし、このような破断部がない制御区域５２と比較した。図１４ａは、ラッチング後の状況を示している。同じ電圧を破断部５０を有する回折格子区域と制御区域５２の両方に印加すると、破断部が欠陥ループ固定サイトとして作用する区域では「欠陥」状態に向けてラッチングが行われたことが分る。すなわち、ＣからＤへのラッチングの閾値は、間隙の存在によって小さくなるが、これは、破断部が遷移の核生成サイトとして作用するからである。これは、従来の素子と比較すると、より低い電圧による作動又はより速い線アドレス指定時間を可能にするという利点を有する。パルスの２秒後に、図１４ａに示すように、間隙がない区域は、より安定した「欠陥」状態へのかなりのグローバックを示し始め、すなわち、白線が区域５２に進入し始めているのが分り、一方、間隙のある区域では変化はほとんでない。１０秒以内に、図１４ｃに示すように、不要な「欠陥」状態がピクセルの制御区域５２に亘って完全に広がってしまっており、一方、破断が発生した回折格子区域５０の変化は最小であった。これらの高い温度では、Ｄ状態のグローバックは、「連続」状態に完全にラッチされたピクセルの場合でさえも、素子に対して厳しく制限的なものとすることができる。満足な作動の温度範囲は、せいぜい４５℃であることがこれまでに分っている。破断した回折格子、すなわち、溝に破断部を有する回折格子を使用すると、素子を透明点（「ＭＬＣ  ６２０４＿０００」の場合は６０℃を超える）から３℃以内に駆動することを可能にする。
【００６３】
図１５及び図１６は、共に、間隙サイズと密度すなわち破断部間の距離の関数として素子ラッチング閾値に及ぼす破断部の正の効果を示している。間隙なしの制御サンプルは、間隙０μｍとプロットされている。ラッチング電圧は、間隙サイズの増加と共に減少するという僅かな傾向がある。これは、恐らく、回折格子に亘る誘電降下の方が小さいので間隙周辺部での増大した有効場によるものであり、次に、増大した有効場は、ラッチングの核生成の主たるサイトとして作用する。
【００６４】
図１４の高倍率写真を再び参照すると、間隙つまりネックは、破断部を中心とする「連続」状態の小さな区域をもたらす可能性がある。これは、非常に小さいが、潜在的にディスプレイ素子の透過率又は反射率の低減となる「欠陥」Ｄ状態の光学特性のかなりの変化をもたらす可能性がある。更に、間隙つまりネックは、「連続」状態の成長の核生成サイトとして作用する。これによって、例えば、多重化中に他の線に印加された印加場のＲＭＳ効果によって生じるＣへの不要なグローバックが生じる場合があるであろう。従って、本発明の更に別の目的は、溝方向に、ただし単安定区域をもたらすという不要な効果なしに、欠陥線又は欠陥ループを固定するように作用する破断部を設けることである。これは、図８ｃ及び図８ｄに示すように、スリップ部と称した形態の破断部構造体を用いて達成することができる。
【００６５】
スリップ部としての回折格子破断部を図１７に概略的に示している。ここでもまた、「欠陥」（前部）状態と「連続」（後部）状態の間の境界が示されており、ディレクタ構成ではなく、±１／２欠陥のみが２０及び２２として示されている。ここでは、溝の隆起は、突然向きが変わり、周期的構造体に位相差が作り出されているが、ピッチ、マーク対空間比率、及び回折格子形状は維持されている。次に、このスリップ部により、凹状縁部と凸状縁部が一緒に導入されているが、距離ｓに亘って向きが変わっている。前部区域が欠陥で後部が連続であるか（図示のように）又は前部区域が連続で後部区域が欠陥であるか否かにより、いずれかの縁部が欠陥を固定するように作用することができる。
【００６６】
図１８は、ピクセル区域がスリップ部の両側で「欠陥」状態にある場合のスリップ部での構造に対して２つの可能な構造を示すものである。図１８ａに示すような場合では、欠陥は、スリップ部の垂直方向の縁部に追従して２つの消滅地点を作り出している。この構造では、特に、スリップ部がこの例においては溝方向ｇに平行な方向に深さを有するように示されているので、「連続」状態の不要な区域が引き起こされる場合があり、この方向ｇは、実際の製造で発生する可能性がある。しかし、±１／２欠陥２０及び２２は、代替的に、上部凸面及び底部凹面に沿って進み、回折格子形状によって生じた位相の変化に単に追従するだけである可能性がある。この構成は、距離ｓが溝振幅よりも小さい場合は（欠陥曲げＢのエネルギコストが十分に低いことを条件として）最も可能性が大きいものである。完全な回折格子（ここで示す単一の隆起ではなく）については、最大位相シフトは、ｃ／ｐ又は（１−ｃ／ｐ）のうちの値の大きい方であり、（１−ｃ／ｐ）は、通常は回折格子振幅よりも遥かに低い。回折格子のスリップ部の最適位相は、表面プロフィール繰返し単位の非対称性及び曲率に依存することになる。
【００６７】
従って、スリップ部は、間隙つまりネックに関して見出される利点の全てを有し、しかも正しくない状態の区域が形成される可能性を回避又は最小限に抑えることによって素子の良好な光学的性能を維持するものである。すなわち、スリップ部により、２つの状態におけるディレクタ構成に対して引き起こされる崩壊は最小のものとなり、２つの状態におけるディレクタ構成は、回折格子表面で実質的に均一に整列したままである。これを図１９に示すが、スリップ部を有する回折格子のグリッドは、左（図示のように垂直方向である溝方向）、つまりスリップ部のない制御区域の隣に示されている。図１９ａは、ラッチング直後の状況を示し、図１９ｂ、図１９ｃ、図１９ｄ、図１９ｅ、及び図１９ｆは、それぞれ、１秒後、２秒後、３秒後、４秒後、及び５秒後の画像を示している。破断部を有する区域は、部分的なラッチングを達成するが、制御区域は達成せず、破断部の存在が領域の形成及び維持を助けることを示していることが図１９ａから分る。画像の順番を見ると、破断部を有するピクセル全体は、この高い温度でさえも実質的なグローバックではなく部分的なラッチングが行われた状態を維持することができたのに対して、制御区域は、より軽い「欠陥」状態のかなりのグローバックを示すことが明確に分る。図２０は、異なる回折格子ピッチを有する３つの区域の繰返しを含むパネルを示している。溝方向ｇは、ページを上下に延びている。区域ａは、この場合は０．６μｍの第１のピッチを有する繰返し単位を有し、区域ｂは、０．８μｍの異なるピッチであり、区域ｃは、やはり１．０μｍの異なるピッチとなっている。各区域は、１２μｍに等しい長さを有する。従って、区域ａ、ｂ、ｃは、「連続」と「欠陥」の両方の状態を有する区域が形成されることを可能にする異なるラッチング特性を有するような異なるプロフィールを有する副ピクセルを表している。図２０は、区域ａが「欠陥」状態にラッチされた後の状況を示し、一方、区域ｂ及びｃは「連続」状態である。３つのピッチが異なるために、３つの区域の間のインタフェースは、結果的には、実質的に各縁部で変化する位相シフトを有するスリップ部となっている。しかし、ピッチが変動するので、隣接する区域の溝がほとんど重なり合う区域がある。区域ｂは、５つの異なる帯域を有することが画像から分る。これは、アラインメントが有効なスリップ部がないようなものであるこれらのサイトでの区域ａからのグローバックによるものである。これは、一般的な回折格子製造方法に対してスリップ部の位相シフトがπ／２からπの範囲であるべきであることを示唆している。
【００６８】
図２１は、３つの異なるピッチが得られるように設計された回折格子マスクにおけるスリップ部の可能な利用方法を示している。このような素子の場合には、４つの誤差なしグレーと１つの高度に誤差含有グレーの両方が達成されることになる。従って、３つの副ピクセル区域、つまり区域Ａ、Ｂ、Ｃが形成され、各々は、それぞれ、０．６μｍ、０．８μｍ、１．０μｍの異なるピッチを有する。各副ピクセルの溝方向は、図示のように横方向である。しかし、各区域は、スリップ部によって分離された複数の溝セグメントを有することが明確に分る。
【００６９】
従って、このような素子は、各副ピクセル区域の異なるラッチング閾値を用いて、ピクセル当たり３つの誤差なしグレーレベルを表示することができる。しかし、１つの副ピクセルから別の副ピクセルへ又はピクセル間間隙からのグローバックは、破断部の存在によって最小限に抑えられる。更に、破断部の存在は、誤差なしグレーが達成されることを可能にする部分ラッチングウィンドウを助けるものである。
【００７０】
図２２は、本発明により設計された回折格子の３つの更に別の例を示している。図２２ａは、本発明をＷＯ０１／４０８５３で説明されている形態の素子と組み合わせた例を示している。この実施形態では、素子は複数の領域を有し、回折格子溝方向は、隣接する領域で異なっている。各領域内では、回折格子溝方向ｇが変位平面の両側で同じか又はほぼ同じままであるスリップ破断部がある。単一の溝方向を有する領域の各々の寸法が１５μｍ又はそれ以下であるように素子がＷＯ０１／４０８５３に従って設計された場合、本発明による破断部を追加すれば、素子の性能が向上する。例えば、素子は、「欠陥」状態において散乱を引き起こし、「連続」状態においては、もたらす散乱量を遥かに少なくする必要があるとすることができる。スリップ部は、「欠陥」状態を安定化させ、「連続」状態への（又は、「連続」状態を安定化させ、「欠陥」状態への）グローバックを防止することによって作動ウィンドウを改善するように作用する。
【００７１】
図２２ｂは、スリップ部が回折格子ピッチ以下の距離で繰り返される本発明により設計された回折格子である。スリップ部の位相が１８０°である場合、得られる構造体は、図４ｃのものと類似である二重回折格子となる。このような構造体であれば、もはやいずれの地点においても単一の溝方向を持たないが、２つの直交する回折格子溝を有することになる。これは、ＷＯ０１／４０８５３の実施形態と同等のものとなる。しかし、スリップの位相は、大きく１８０°未満、好ましくは約９０°であるので、単一の溝方向ｇは保持される。これは、構造体は、非常に高い密度の欠陥コア生成及び固定サイトを有するが、液晶ディレクタは、「欠陥」状態及び「連続」状態の両方において領域内に均一の配向を有することを意味する。
【００７２】
図２２ｃは、破断部の両側で溝方向の僅かな変化があるスリップ平面を示している。これは、領域単位で溝方向の緩やかな変化がある場合に発生する可能性がある形態の変化である。代替的に、溝は、何らかの実験上の誤差のために若干ずれる場合がある。
図２３は、４μｍ毎に発生する負のスリップ部を有する２つの回折格子のＳＥＭ画像を示している。図２３ａは、１μｍのピッチを有する回折格子を示し、一方、図２３ｂは、左が０．８μｍで右が０．６μｍのピッチの区域間の境界を示している。
図２４は、０．６μｍピッチの回折格子に関する正のスリップ部を有する回折格子のＳＥＭ画像を示している。
【００７３】
また、破断部回りのディレクタ歪みによって引き起こされた光学的崩壊に対する利点がある可能性があることも可能である。例えば、最適間隙サイズは、ピッチの半分（すなわち、０．２５μｍから０．７５μｍ）程度である可能性が大きい。しかし、高い密度で使用される破断部が大型化すれば、各破断部回りでディレクタの変形を利用して光の何らかの散乱をもたらすことが可能であると考えられる。この散乱は、「連続」状態よりも「欠陥」状態での方が大きいものになる（「欠陥」状態は、従って白の状態にすべきである）。この散乱は、内部拡散器として作用することになる。極端に言えば、検出器をマスク設計のみに使用する代償として、平坦な反射器を使用することを可能にするように破断部を設計し、それによってセル処理における段階数を軽減することが可能であると考えられる。
【００７４】
上述のように、本発明の有用な実施形態は、９０°と１８０°の位相差を有する回折格子位相シフトつまりスリップ部を導入するものである。このスリップ部は、溝方向ｇに垂直方向に延びるピクセル縁部の少なくとも近くに発生するように配置される。しかし、スリップ部がピクセルの縁部の近くではない場合には、正しくない状態へグローバックが行われる可能性があるピクセルの量が大きくなり、破断部の密度が高すぎると、ピクセルコントラストに影響を与える可能性がある。
【００７５】
「欠陥」状態が「捩れネマチック（ＴＮ）」構成として配置されて黒色状態である素子を考える。「連続」状態は、「混成整列ネマチック（ＨＡＮ）」状態であり、白く見える。ピクセルピッチがＰであり、平均スリップ間隔がｘである場合、ピクセル当たりのスリップ部の数は以下のようになる。
【００７６】
Ｎ＝ＩＮＴ（Ｐ／ｘ）
Ｐ＞＞ｘについては、これは、以下のように簡素化される。
【００７７】
Ｎ＝Ｐ／ｘ      ｛式１｝
【００７８】
より悪い場合のシナリオにおいては、スリップ部に平行な（従ってｇに垂直方向）ピクセル縁部は、スリップ部の近くであるが正しくない側にあることになる。この場合、ほぼｘの幅である領域は、正しくない状態である可能性がある。この状況がピクセルの両側で発生した場合、ピクセル当たりの全輝度誤差ε１＝２ｘ／Ｐがある。一般的に、ピクセル間の間隙は、冷えて「欠陥」状態になり、駆動中は主として不変のままである。ピクセルを「連続」状態（白）にラッチングした後に、「連続」領域は、「欠陥」状態がピクセル間間隙から広がるので、ピクセル縁部の最も近いスリップに縮小する可能性がある。
【００７９】
誤差ε１を最小限に抑えるためには、図２５に示すように、スリップ部を各ピクセル縁部の近くに含めることが理想的であろう。ピクセル縁部に近いほど、スリップ部が有効となる。実際に、スリップ部は、ピクセル区域の若干外側に位置することが有利である場合があり、これは、この区域がピクセル縁部で発生する平面内電界のためにまだアドレス可能である場合があるからである。
【００８０】
スリップをピクセル縁部と正確に整列させるには、高価なマスクアラインメント機器が必要になり、製造費増になる可能性がある。回折格子が電極の上の感光性高分子にエンボス加工される場合は、この手法を用いることは実際的ではないであろう。更に、これには、各電極配置について別々の回折格子設計が必要である。従って、実際には、回折格子は、高密度スリップ部を有し、つまり、確実にスリップ部が各ピクセル間間隙近くに発生するのを助けるように設計される。また、これは、セル内での欠陥、温度の変化、又は、機械的に生じた流れを通じて核生成された時の不要な状態の広がりを小さくする一助となる。
【００８１】
ピクセル間間隙で発生する可能性がある誤差を図２６に概略的に示している。これらの誤差は、ピクセルピッチとスリップ分離の間に正確な適合がない限り、ｇに平行な方向でディスプレイに亘って変化することになる。同じ回折格子パターンの２つの可能な配置を図２７の左右の側に示している。このような差異は、ディスプレイ上の異なるピクセルで、例えば、ｎをある整数とすると図２７においてピクセルＡ及びピクセルＡ＋ｎ内で発生する可能性がある。また、図２７は、ピクセル間間隙が白、すなわち、白い状態がエネルギが低い方の状態（上部ピクセルに図示）であり、黒い状態がエネルギが低い方の状態（図の下部）である時のいずれかのピクセルのピクセル間間隙の外観を示している。明らかに、ピクセル間間隙の見かけの幅は、電極に対するスリップ部の配置によって変わる可能性がある。黒くラッチされたピクセル間の白いピクセル間間隙は、図２７に示すように幅Ｘ又はＹを有するであろう。
【００８２】
スリップ部間の距離が小さく保たれている場合、ＸとＹの間の差異も小さいものとなる。しかし、規則的に間隔の空いたスリップ部については、これによって依然として認められるほどのアーチファクトが生じる可能性がある。例えば、ピクセル間の幅がピクセルからピクセルに絶えず振れる時にモアレ縞が発生する場合がある。このような縞は、間隙の差異の変動幅が数ミクロン程度であるとしても、この変動が規則的で長さ尺度でそれが数ｍｍ程度である場合には目につく可能性がある。この問題を解く一助となる２つの手法は、回折格子及びスリップ部をピクセル間間隙に対して角度を成して配向し、スリップ部が不規則に間隔が空いていることを保証することである。頂点方向双安定素子ディスプレイは、それぞれ、白の状態及び黒の状態に対応し、「欠陥」状態においてはＴＮ、「連続」状態においてはＨＡＮとなるように製造及び配置されたものである。このディスプレイでは、７μｍ、８μｍ、及び９μｍで擬似不規則に間隔の空いたスリップ部を付して設計された回折格子が使用される。同じ平均間隔が高々ピクセルサイズに対応する長さ尺度に亘って確実に維持されるように注意を払った。例えば、約１００μｍの長さ尺度については、７μｍ、８μｍ、及び９μｍの周期を使用した（例えば、周期７μｍの５つのスリップ部、及び８μｍの５つの周期、及び９μｍの５つの周期であるが、７：７：９：８：８：９：７：８：９：８：９：７：８：９：７のような不規則なシーケンスで）。また、次に、このパターンは、次のシーケンスについては変更することができ、以下同様である。このディスプレイの光学顕微鏡写真を図２８に示し、図２８ａは、部分ラッチングが行われた状態を示し、図２８ｂは、「欠陥」状態に完全にラッチされたディスプレイを示している。部分的なラッチングが行われた状態においては、スリップ部によって「欠陥」状態及び「連続」状態の領域が固定されていることが分る。
【００８３】
また、各スリップ部は、有限の厚みから輝度誤差ε２をもたらすことが図２８ｂで分る。本発明の例においては、「欠陥」状態は白く見え、スリップ部は暗い帯域に見える。これは、スリップ部での「連続」状態の薄い線の形成、又はスリップ部回りの屈折率の変化に付随する屈折効果によるものと考えられる。いずれの場合にも、スリップ部により、白ピクセルに亘る全輝度の低減が引き起こされるか、又は黒ピクセルの透過率が増大する。明らかに、この誤差は、輝度の低減及び／又はコントラスト比の低減を含むディスプレイ性能の劣化をもたらす可能性がある。こういう理由で、ε２が最小限に抑えられる本発明による双安定液晶アラインメント層として使用されるように回折格子を設計することが重要である。
【００８４】
図２９は、本発明を用いた頂点方向双安定回折格子セルのいくつかの実際的な例を示している。図は、スリップ分離（左から右に変化する）及びマスク内のクロムの割合、すなわち、上から下に変化するマーク対空間比率の関数として、４μｍ間隔のスリップ部の光学顕微鏡写真を示している。全てのセルは、白く見えるように「欠陥」状態にラッチされたものである。スリップ部の外観は、マスクの設計及び回折格子を構成するために使用されたフォトリソグラフィ法を含むいくつかの要素に依存することが見出された。
【００８５】
図２９に示す例は、マスクパラメータ、マーク対空間（上から下）、及びスリップ部のインターリーブの変動である。正のインターリーブを図８ｂに示している。スリップ部は、間隙の列と組み合わされている。インターリーブが負である場合、スリップ部は、例えば図１８に示すように、ネックの列と組み合わされる。マーク対空間比率が５０％未満である場合、図３０ｃに示すものなどの負のインターリーブを有することが可能である。注意点として、図８及び図３０は、２つのレベルでのフォトリソグラフィマスクの設計を示しており、フォトリソグラフィ及び他の製造工程（例えば、ルーリング、エンボス加工など）におけるマスクによって生成された最終的な回折格子を示すものではない。図２９は、スリップ部の見掛けの幅ε２は、マーク対空間比率が５０％である場合は＋２５０ｎｍインターリーブの場合が最低であり、より低いマーク対空間比率を用いることによって小さくすることができることを示している。
【００８６】
これらの結果は、回折格子を製造するのに使用される条件に非常に特化されたものである。図３１は、同じマスク（０．８μｍピッチ、５０％クロム部及び５０％透明部、各スリップ部での１８０°位相変化、０μｍインターリーブ）を用いて生成されたが、異なる露出条件を用いて生成されたマスターからエンボス加工された本発明の２つの異なる回折格子のＳＥＭ光学顕微鏡写真を示している。図３１においては、スリップ部は、回折格子溝に垂直方向に延びる、溝と同じ高さの隆起から形成されている。実際には、これによってスリップ部の目につく幅Ｗが生じる可能性があり、また、ディスプレイコントラストの輝度の低減が引き起こされることが分っている。図１３ｂに示す回折格子においては、スリップ部は、遥かに低い隆起の形態を形成し、また、スリップ部の見掛けの光学的幅Ｗの方が遥かに低かった。従って、この形態のスリップ部については、最も狭いスリップ部（すなわち、ε２が最小限に抑えられる）をもたらすことが見出されたスリップ部条件は、図３１ｂのものである。
【００８７】
しかし、製造条件はまた、回折格子から多くの他の所要の特性をもたらすように設定され、実際にε２を全く除去することは不可能であろう。従って、ピクセル縁部でε１を最小限に抑えるために多数のスリップ部を有することと、ε２の全体的な影響を小さくするために少数のスリップ部を有することの間に設計上の矛盾点が生じる。簡素化のために、スリップ部は、距離Ｗ（図２８を参照されたい）に亘って完全に黒であると仮定すると、白ピクセルのε２の誤差は、ピクセルに亘るスリップ総数ｘピクセル幅に比例することにより以下のようになる。
【００８８】
ε２＝Ｗ／ｘ      ｛式２｝
式１及び式２を等しいとすると、全誤差が最小限に抑えられるスリップ密度ｘが得られる。
【００８９】
0004722032.tif 000002
【００９０】
従って、回折格子設計は、併用されることになるピクセルピッチに従ってスリップ部による誤差を最小限に抑えるように調節することができる。実際には、設計は、ピクセルサイズ及びピッチに関係なく柔軟性があることが好ましい。従って、回折格子は、異なるピクセルピッチの範囲について満足に機能するように設計され、一般的に２μｍから１５μｍの範囲であり、４００ｄｐｉから６５ｄｐｉのディスプレイの場合には、一般的に４μｍから１０μｍの範囲である。
【００９１】
図３２は、恐らくはグレースケールをもたらすために異なる特性を有するように設計された回折格子に関連して本発明を使用することができる方法を示している。この例においては、所定の区域は、反対のより好ましい状態にある隣接する区域を有することができる。２つの区域のインタフェースでは、回折格子の位相は、０°から１８０°まで変化することができる。位相変化が「欠陥」状態の固定をもたらすには不十分なものである（例えば、９０°未満）場合、「連続」状態は、第１の区域に広がることにより、望ましくない伝達状態になる。従って、スリップ部をこのインタフェースの近くに配置して、低エネルギ状態が高エネルギ状態へのラッチング後にこの区域内に広がらないことを保証するのを助けることができる。
【００９２】
スリップ部は、図３２ａに示すように、別々の区域の各々のそれぞれの側の近くに置くことができる。グレースケールが得られるように設計された異なる区域を有する回折格子の場合、回折格子設計の前に既知であると考えられる異なる区域をラッチングする特定のシーケンスがあるであろう。例えば、（図３３を参照されたい）、回折格子設計１は、回折格子形状２よりも低い電気パルスエネルギ（τＶ）でより高いエネルギの暗い状態にラッチすることができ、回折格子形状２は、次に、回折格子形状３の前に暗い状態にラッチする。このシーケンスが分ると、回折格子形状２では１つのスリップ部のみを用いて、また回折格子形状３ではスリップ部を用いずに可能な状態の全てを予測することが可能である。
【００９３】
次に、要約すると、本発明の利点は以下を含むものである。
より広い温度範囲−透明点ＴＮＩの５℃以内での双安定作動は、本発明人の知る限り初めて観察された。順位パラメータが高い温度で減少する時に、「欠陥」状態は安定し、従って、Ｄ状態グローバックが発生する場合があると考えられる。これは、破断部の「垂直方向」縁部によって妨げられる。
ＲＭＳ誘導ラッチング又はグローバックに対する感受性の低減。これは、場の印加にも関わらず、多重化ディスプレイにおけるピクセルの高い口径比（すなわち、輝度及びコントラスト）を維持する一助となる。実際には、これは、より高いデータ電圧を使用し、及び／又はより多くの線をより規則的にアドレス指定することを可能にするものである。
【００９４】
双安定性ウィンドウの拡幅−これによって、より広い回折格子形状範囲について双安定性を維持することができる。これを利用して、状態の１つに対してより低い電圧によるラッチングを行うことができる。他方の状態に対するブランキングには、次により長いラッチング時間を必要とする場合があるが、高速の全体的なフレーム時間での素子の低電圧作動を得ることができる。
核生成サイトの密度はまた、制御可能な方法での（セルに亘る変動に依存するのではなく）より広い部分的スイッチ領域と部分的ラッチング電圧の低減とが得られるように制御することができる。これは、次に、よりアナログ的レベルを達成すること又はより低いデータ電圧を使用すること（及び、従って電力の低減）のいずれかを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】ホメオトロピックアラインメントを有する凸面での液晶材料の２つの安定した構造を示す図である。
【図２】ホメオトロピックアラインメントを有する凹面での液晶材料の２つの安定した構造を示す図である。
【図３】２つの安定状態、すなわち、ａ）「連続」状態及びｂ）「欠陥」状態を生じる表面レリーフ構造体を示す図である。
【図４】従来技術で使用される３つの形態の表面アラインメント回折格子の平面図である。
【図５】図３に示すような表面に対する「欠陥」状態及び「連続」状態のエネルギ図の概略を示す図である。
【図６】安定状態間のラッチングを示す従来技術の頂点方向双安定素子の概略図である。
【図７】「欠陥」状態（前）から「連続」状態（後）への遷移における従来技術の回折格子に存在する欠陥線を示す図である。
【図８】本発明による表面アラインメント回折格子の例を示す図である。
【図９】破断部が溝ピークの間隙を含み、「欠陥」状態（前）から「連続」状態（後）への遷移に存在する欠陥線を示す、図８ｂに示す回折格子の一部の概略図である。
【図１０】破断部が溝の谷のネックを含み、「欠陥」状態（前）から「連続」状態（後）への遷移に存在する欠陥線を示す、図８ａに示す回折格子の一部の概略図である。
【図１１】図８ａ及び図１０に示すようなネックを有する回折格子のＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図１２】「欠陥」状態（前）から「連続」状態（後）への遷移領域の欠陥線を示す、テーパ付き間隙を溝ピークに有する回折格子の概略図である。
【図１３】図１３ａが部分ラッチ状態に直ちにラッチングするピクセルを示し、図１３ｂが６０秒後の同じピクセルを示す、図８ａ、図１０、及び図１１に示すようなネックを有する回折格子の拡大写真を示す図である。
【図１４】アドレス指定後の様々な時間、すなわち、ａ）ラッチング直後、ｂ）２秒後、ｃ）ラッチング１０秒後における、上部ピクセルが回折格子内に間隙を有して底部ピクセルが破断部を有していない２つのピクセル間のインタフェースの拡大写真を示す図である。
【図１５】間隙サイズの増加によるａ）ラッチ閾値及びｂ）部分的ラッチ幅に及ぼす影響を示す図である。
【図１６】間隙間の距離の増加によるａ）ラッチ閾値及びｂ）部分的ラッチ幅に及ぼす影響を示す図である。
【図１７】「欠陥」状態（前）から「連続」状態（後）への遷移における欠陥線を示す、図８ｄに示すようなスリップ破断部の概略図である。
【図１８】スリップ部に対して何らかの幅を有するスリップ欠陥を示し、破断部の両側での「欠陥」状態に関する欠陥線の２つの可能な構造を示す図である。
【図１９】破断なしの制御ピクセル（右）と比較した破断有りの試験ピクセル（左）の異なる時間での一連の写真を示す図である。
【図２０】異なるピッチを有する区域間のインタフェースがスリップ部として作用する、異なるピッチの３つの区域の繰返しパターンから成る素子の写真を示す図である。
【図２１】各々がスリップ部の形の複数の破断部を有する、異なるピッチの３つの副ピクセルを有する液晶表面アラインメントプロフィールを作り出すのに適切なマスクの設計を示す図である。
【図２２】本発明による表面アラインメント回折格子の更に別の例を示す図である。
【図２３】負のスリップ部、すなわち、間隙と組み合わされたスリップ部のＳＥＭ画像を示す図である。
【図２４】正のスリップ部を伴う回折格子のＳＥＭ画像を示す図である。
【図２５】スリップ部がピクセル縁部の近くにあるように配置された構成を示す図である。
【図２６】ピクセル間の間隙と、ピクセル間の間隙からグローバックによって引き起こされた潜在的な誤差とを示す図である。
【図２７】様々な配置における隣接するピクセルの外観とピクセル間間隙の例を示す図である。
【図２８】ａ）部分ラッチング及びｂ）完全ラッチングが行われた本発明によるスリップ部を有するディスプレイの光学顕微鏡写真を示す図である。
【図２９】マスク内のスリップ分離とクロムの割合、すなわち、マスクのマーク対空間比率の関数として４μｍ間隔のスリップ部の視覚的効果を示す図である。
【図３０】５０％未満のマーク対空間比率を有するスリップ部、すなわち、ａ）インターリーブなし及び１８０°の位相シフトを有するスリップ部、ｂ）１８０未満の位相シフト、及びｃ）１８０°の位相シフトと組み合わされた負のインターリーブを生成するための様々なマスク設計を示す図である。
【図３１】同じマスクを用いて形成された本発明による２つの回折格子構造体のＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図３２】グレースケールを伴う双安定回折格子アラインメント素子で使用される異なる回折格子を示す図である。
【図３３】異なる閾値の３つの区域に関して使用される回折格子設計と得られる可能なピクセルパターンとを示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
２０  ＋１／２欠陥
２２  −１／２欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004722032.tif 000009
【図８−１】
0004722032.tif 000010
【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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