(57)【要約】液晶材料層および液晶材料層の片側に設けられ電界を生成して液晶材料層の画素部分における分子配向を変えるコンダクタのアレーを備えており、液晶材料層のそれぞれの画素部分は、画素寸法よりも小さい距離にわたって電圧を印加するためにそれぞれの画素領域にわたって分布されているコンダクタのグループのそれぞれに関連づけられており、コンダクタおよびそれぞれのグループ内におけるそれらの間隔は、液晶材料層の厚みに対して十分に小さく、それぞれのグループを使うことでぞれぞれの画素部分の領域全体に渡って実質的に均一な異なる分子配向パターンを液晶材料層の厚みの少なくとも一部にわたって誘導する電界を生成できることを特徴とする液晶装置。
2006526799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶材料層、および、液晶材料層の片側に設けられ、液晶材料層の画素部分における分子配向を変えるために、間に電界を生成するコンダクタのアレーを備えており、液晶材料層のそれぞれの画素部分は、画素寸法よりも小さい距離にわたって電圧を印加するために、それぞれの画素領域にわたって分布されているコンダクタのグループのそれぞれに関連づけられており、コンダクタおよびそれぞれのグループ内におけるそれらの間隔は、液晶材料層の厚みに対して十分に小さく、ぞれぞれの画素部分の領域全体に渡って実質的に均一な異なる分子配向パターンを液晶材料層の厚みの少なくとも一部にわたって誘導する電界を生成するようにそれぞれのグループが使われることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
液晶材料層、および、液晶材料層の片側に設けられ、液晶材料層の画素部分における分子配向を変えるために間に電界を生成するコンダクタのアレーを備えており、液晶材料層のそれぞれの画素部分は、画素寸法よりも小さい距離にわたって電圧を印加するために、それぞれの画素領域にわたって分布されているコンダクタのグループのそれぞれに関連づけられており、液晶材料層の厚みは、それぞれのグループ内におけるコンダクタのピッチよりも少なくとも５倍大きいことを特徴とする液晶装置。
【請求項３】
コンダクタのそれぞれのグループは、平行な長手方向のコンダクタのアレーを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶装置。
【請求項４】
前記コンダクタは、一対のくし型電極の指部を備えることを特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
【請求項５】
コンダクタのそれぞれのグループは、独立したコンダクタの２次元アレーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記請求項の何れかによる液晶装置を備えたディスプレイシステム。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れかに記載の液晶装置を備えた光学スイッチングシステム。
【請求項８】
前記請求項の何れかの装置における液晶材料層の画素部分の光学特性を制御するための方法であって、該方法は、液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じて、画素部分の領域全体に渡って実質的に均一な異なる分子配向パターンを誘導する電界を液晶材料層の当該画素部分で生成するように、関連付けられたグループ内のコンダクタ全体にわたって電圧を印加する工程を備えた方法。
【請求項９】
液晶材料層の片側に少なくとも一対のくし型電極を備えており、指部の幅および指部間の間隔は、液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じて、指部および指部間の空間の両方にわたって実質的に均一な異なる分子配向を誘導する電界が生成されるように、液晶材料層の厚みに対して十分小さくなっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
指部および指部間の空間の両方にわたって実質的に均一な異なる分子配向パターンを液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じて誘導する電界が液晶材料層に生成されるように、電極にわたって電位差を印加する工程を備えることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置を作動させる方法。
【請求項１１】
液晶層の片側にＸ方向に間隔が空けられた少なくとも一対のコンダクタを備えており、コンダクタ間の空間は、液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じてその領域にわたって実質的に均一な異なる分子配向を電極とそのＹ方向の延長部との間に直接誘導する電界が生成されるように、液晶材料層の厚みに対して十分に小さいことを特徴とする液晶装置。
【請求項１２】
領域にわたって実質的に均一な異なる分子配向パターンを液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じて、電極とその領域のＹ方向の延長部との間に直接誘導する電界が液晶材料層に生成されるように、コンダクタにわたって電位差を印加する工程を備えることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置を作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶装置に関し、特に、別々に制御可能な画素のアレーを備えた液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の画素化液晶装置では、一般に、液晶材料層のそれぞれの画素部分内で電界を発生させるために、コンダクタを使って液晶材料層の画素部分における分子配向のスイッチングを必要とする。これらの電界は、液晶層の何れかの側に設けられている電極によって液晶層全体にわたって電位差を印加することによって、あるいは、図５の面内スイッチング装置の図によって示されるように、それぞれの画素領域の両端にある、液晶層の共通する側における一対の長手方向コンダクタ同士間のそれぞれに電位差を印加することによって、生成される。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の発明者らは、それぞれの画素領域全体にわたって分布されているコンダクタのグループのそれぞれを使って画素部分をスイッチングすることによっても有用な面内スイッチング液晶装置を形成できることを見出した。
【０００４】
従って、本発明は、液晶材料層、および、液晶材料層の片側に設けられ液晶材料層の画素部分における分子配向を変えるために間に電界を生成するコンダクタのアレーを備えており、液晶材料層のそれぞれの画素部分は、画素寸法よりも小さい距離にわたって電圧を印加するために、それぞれの画素領域にわたって分布されているコンダクタのグループのそれぞれに関連づけられており、コンダクタおよびそれぞれのグループ内におけるそれらの間隔は、液晶材料層の厚みに対して十分に小さく、ぞれぞれの画素部分の領域全体に渡って実質的に均一な異なる分子配向パターンを液晶材料層の厚みの少なくとも一部にわたって誘導する電界を生成するようにそれぞれのグループが使われることを特徴とする液晶装置を提供する。
【０００５】
本発明は、液晶材料層、および、液晶材料層の片側に設けられ液晶材料層の画素部分における分子配向を変えるために間に電界を生成するコンダクタのアレーを備えており、液晶材料層のそれぞれの画素部分は、画素寸法よりも小さい距離にわたって電圧を印加するために、それぞれの画素領域にわたって分布されているコンダクタのグループのそれぞれに関連づけられており、液晶材料層の厚みは、それぞれのグループ内におけるコンダクタのピッチよりも少なくとも５倍大きいことを特徴とする液晶装置を提供する。
【０００６】
一態様では、液晶は、コンダクタ全体にわたって印加される電圧のＲＭＳ（平均二乗偏差）に応答するタイプのものである、すなわち、コンダクタ全体にわたって印加される電圧の極性の影響は、受けない。かかる液晶の一例としてはネマティック相があり、この場合、液晶は、誘導されたダイポールに従って配向をスイッチする。
【０００７】
一態様では、液晶層の他方には、一定の電圧に維持される透明で伝導性の対向電極が設けられている。
【０００８】
一態様では、コンダクタのピッチは、装置に使われる光の波長未満である。
【０００９】
コンダクタのそれぞれのグループは、例えば、一対のくし型電極の指部によって、または例えば、独立しているコンダクタの２次元アレーによって提供されるもののような、平行な長手方向のコンダクタのアレーを備え得る。
【００１０】
本発明は、本発明による液晶装置を備えるディスプレイシステムおよび光学スイッチングシステムも提供する。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、液晶材料層の片側に少なくとも一対のくし型電極を備えており、指部の幅および指部間の間隔は、液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じて、指部および指部間の空間の両方にわたって実質的に均一な異なる分子配向を誘導する電界が生成されるように、液晶材料層の厚みに対して十分小さくなっていることを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、液晶層の片側にＸ方向に間隔が空けられた少なくとも一対のコンダクタを備えており、コンダクタ間の空間は、液晶材料層の厚みの少なくとも一部を通じてその領域にわたって実質的に均一な異なる分子配向を電極とそのＹ方向の延長部との間に直接誘導する電界が生成されるように、液晶材料層の厚みに対して十分に小さいことを特徴とする液晶装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ一例によって詳細に説明する。
【００１４】
本発明の第１の実施形態は、シリコンＶＬＳＩチップ全体にわたって液晶層を持つＬＣＯＳ（シリコン上の液晶）装置である。これらの種類の装置は、通常、反射で作動し、液晶層は、入射光線の偏光状態か相の何れかを変える。液晶層内で電界が生成されることにより、その光学特性が変わり、これにより、ディスプレイ装置の場合、画素の大きなアレーに画像を描くことができる。液晶層の厚みは、一般に、画素の光学機能によって固定されており、使用される光の波長に関連している。例えば、１／４、１／２の遅延、または全波長遅延となるように選択され得る。ＬＣＯＳディスプレイ（可視光）や、（ＬＣＯＳ装置では通常そうであるように）反射で作動する遠距離通信装置用のＬＣＯＳ装置（近赤外線）の場合、液晶層の厚みは、一般に、約１から５ミクロンの範囲となるであろう。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＣＯＳ装置を示しており、これは、上側部４に形成されたＣＭＯＳ回路を持つシリコンチップ２を備え、覆っている液晶材料層８のそれぞれの部分に電界を生じさせるために、表面コンダクタ６のグループが下部のＣＭＯＳ回路と動作可能に連結されている。透明で伝導性のブランケット層１０がすべてのコンダクタグループのための「対向電極」として液晶材料層の反対側に設けられている。装置の作動時には、この「対向電極」は、一定の電圧に維持される。例えば、それは、接地され得る。図２は、図１の表面コンダクタのそれぞれのグループの構成を平面図で示している。図２に示すように、各コンダクタのグループは、それぞれのくし型電極対における指部を備えている。液晶の厚みは、上で述べたように、使用される光の波長に関連する。この理由により、ここで使用されるマイクロ電極構造は、従来の画素に較べてかなり小型であり、使用される光の波長よりも小さなピッチを持つことができる。
【００１６】
読者にとって明らかであるように、液晶装置は、通常、図解目的の図１に示す３つの画素よりも多くの二次元アレーを備えている。
【００１７】
図３は、図１および図２に示すコンダクタ構成を使ってネマティック液晶がホメオトロピック分子配向からスイッチされる配向の種類を示している。図３の場合、コンダクタは、幅が０．２５ミクロンで間隔が０．５ミクロンであり、液晶材料層の厚みは、５ミクロンである。ディープサブミクロンシリコンＣＭＯＳ回路を使えば約０．１ミクロン台もの小さなサイズをフォトリソグラフィーで規定できる。
【００１８】
図３では、縦軸は、ミクロン単位での液晶厚みである。ｚ＝５ミクロンで＋３．２ボルトおよび−３．２ボルトがコンダクタ６（図３には図示せず）を交番するようにそれぞれ印加される。ｚ＝０ミクロンで０Ｖが液晶材料層の反対面にある「対向電極」（図３には図示せず）に印加するが、隣接する液晶が「ホメオトロピック」表面配列のままで残っている状態で示されている。
【００１９】
図３では、液晶材料層の厚みの大部分（合計５ミクロンのうち約３．５ミクロンの厚み）にわたる分子配向パターンは、コンダクタおよびそれらの間の空間の両方にわたってｘ方向に均一である。液晶層の厚みのこの大部分において、くし型電極構造によって表面に沿って印加される電界により誘導される異方性が、コンダクタ構造体のピッチ長の少なくとも数倍の距離にわたって統合されると考えられる。このようなことが起こるのは、液晶相を特徴づける配向の大きさに関連する相関距離があるためである。この結果、仮に、均一に配列された構造を液晶の厚みのほとんどにわたって採用した場合、液晶に蓄積されている弾性ひずみエネルギーが最小とされる。
【００２０】
図３は、液晶に蓄積されている弾性ひずみエネルギーが最小とされているコンピュータシミュレーションの結果である。これは、ネマティック液晶の連続理論を仮定すると、この統合された構造が達成されている場合、最小の自由エネルギーが実際に発生していることを立証している。
【００２１】
電界が取り除かれると、液晶材料の分子配向は、ホメオトロピック配列に戻る。液晶ディレクタにおけるこのようなタイプの方向のスイッチングは、例えば、ディスプレイ装置や光学部品で複数レベルの増幅および相スイッチングに使われる。
【００２２】
何らかの電界を印加する前に存在する初期のホメオトロピック配列は、液晶材料層の境界を形成している表面に、例えば、適切な表面活性剤を使うことによって、例えば、ポリイミド材料のような適切なポリマー性材料を使うことによって、または例えば、ＳｉＯ２のような蒸着膜によって実現できる。
【００２３】
コンダクタのグループのそれぞれは、画素のｘ方向の半分未満の距離にわたって電圧を印加するために、それぞれの画素領域のｙ方向にわたってまっすぐに延びる２つより多くの平行な長手方向のコンダクタを備えている。それぞれのグループ内でのコンダクタの間隔が比較的狭いということは、所定の電圧について比較的大きな電界を生成できる、あるいは、反対に、所定の強度の電界を生成するために比較的小さな電圧でよいことを意味する。
【００２４】
他の種類の配向配列間をスイッチすることに、同じ種類のコンダクタ構造を使うこともできる。１つの例としては、図６に示すように、直交平面状配列間のスイッチングが挙げられる。より詳細には、ポジティブな誘電異方性を持つネマティック液晶は、アジマスがくし型電極の指部に平行な第１の平面状のツイストされていない配列から、ｎディレクタのアジマスが９０度スイッチされている第２の平面状の配列へとスイッチするように、形成されている。他の例としては、図７に示すようにツイストされているおよびツイストされていない平面状状態間のスイッチング、および、ツイストが９０度違う２つのツイスト状態間のスイッチングが挙げられる。
【００２５】
コンダクタのそれぞれのグループは、図２に示すものとは違うように構成し配列してよい。例えば、図４に示すように、コンダクタのそれぞれのグループは、画素領域に規則的に分布されている共通サイズのコンダクタの２次元アレーを備えることができる。例えば、下の回路に容量的に連結することによって、適切な電圧がコンダクタのそれぞれに印加され得る。コンダクタのこのような構成により、電圧がコンダクタに印加されるパターンを変動させることにより、異なる電界パターンが生成され得る。
【００２６】
出願人は、本発明が、上で規定した何れの定義の範囲にも制限されることなく、暗示的にまたは明示的に本願で開示したどのような特徴または特徴の組み合わせ、またはそのどのような普遍化も含み得るという事実に注目する。上述の説明を考慮して、本発明の範囲内でさまざまな改変を行い得ることは当業者にとって明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の１つの実施形態による装置の構成を示す。
【図２】図１の装置に使用されるコンダクタの構成をより詳細に示す。
【図３】図１および図２に示すコンダクタ構造を使って生じさせることができる分子配向の変化を示す。
【図４】図１の装置のための他のコンダクタ構成を示す。
【図５】従来の面内スイッチング液晶装置の断面を示す。
【図６】２つの平面状のツイストされていない配列間のスイッチングを示す。
【図７】平面状のツイストされていない配列および平面状のツイストされている配列の間のスイッチングを示す。
【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】
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【国際調査報告】
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