TW550422B - Bistable nematic liquid crystal device - Google Patents

Description

550422 五、 發明說明（ 1 ) 發 阻 背景 發 明 領域 —— 本 發明有關 一 種 液 晶 裝 置 ， 特別是 有 關 一 種 在 單 — 偏 光 器 或沒有任 何 偏 光 器 下 操 作 其 中藉 入 射 光 的 繞 射 \ 散 射 或 吸收作用 而- 發」 至調制的調制裝置。 相 關 技術說明 液 晶裝置通 常 包 括 * 含 藏 於 各 胞壁 之 間 的 液 晶 薄 層 至 少 各胞壁之 一 係 呈 光 學 透 明 的 。這 類 胞 壁 塗 覆 通 常 是 以 透 明導電層 塗 覆 於 內 部 表 面 上 使之 能 夠 施 加外 部 電 場 〇 各 電極經常 是 形 成 爲 某 一 胞 壁 上由 一 系 列 長 條 形 成 的 列 或 是線形電 極 以 及 另 一 胞 壁 上 由一 系 列 長 條 形 成 的 行 〇 各 列和行的 交 點 則 給 出 由 可訂 定位 址 之 元 件 或 畫 素 構 成的 xy矩陣。 也可包含有片 段 或 r 0顯示的其他配置 :〇 有 些液晶裝 置 也 包 含 設 計 與 各 電極 並 排 的 半 導 體 區 域 以 形成例如薄 膜 電！ “體之類白t 丨非 :線性 .元 件 0 也可在 裝 置 內 部含有其他包含 彩 色 濾 光 片 平坦 化 和 障 壁 層 以 及 吸收性或反射性β 層f 的各層 〇 每 一個畫素 的 最 內 側 表 面 通 常 會包含 給 定 液 晶 指 示 器 上 所 需定向的 校 準 層 〇 通 常 此校 準層 係 種 聚 合 物 層 例 如 以布磨光 而 將 想 要 的 方 向 分 派到 表 面 上 的 聚 亞 醯 胺 0 這 會同時在 液 晶 分 子 上 給 定 較 佳校 準 及 表 面 傾 斜 度 〇 在 未 經磨光下 5 聚 合 物 層 常 常 會 給出 — 種 二 維 的 定 向 其 中 表爲所謂 指 示 器 之 單 位 向 3- s. 里 的液 晶 分 子 是 平 行 於 該 550422 五、發明說明（2) 聚合物的區域表面。同時也會將形成於光阻層內的柵格 表面用於-校〜準及表面傾斜度，例如GB第2，3 1 2，52 3號、 GB 第 2,290,629 號、第 WO-98/59275 號、第 W0-97/ 39382 號、US 第 5,808,7 1 7 號、及 US 第 4,247，174 號專利文件。該光阻材料通常會引致該指示器的二維校 準，係由因該柵格表面在靠近表面處所導致的彈性形變 引致了較佳校準方向及前傾度。 經常會利用例如由界面活性劑所提供的低表面能量而 達成不同型式的校準。在這類例子裡，各指示器係與該 表面呈區域性正交而稱爲周向同性的。在所有例子裡， 與基板表面相鄰之液晶材料的分子會透過液晶的彈力將 較佳的校準方向傳送到樣品體塊上。. 跨越液晶裝置而施加的電場可能具有數種效應中的任 意一種效應。很多裝置係仰賴液晶固有介電的各向異性（ △ ε = ε || - ε丄，其中||和丄指的是平行和垂直於該指示器 的方向）。若△ ε爲正値則當該指示器平行於所加電場時 該液晶的靜電能量是最小的，而若△ε爲負値則該指示器 會傾向於落在垂直於所加電場的方向上。這類效應係與 該電場的RMS(均方根）數値有關的，且因此係與該電場的 場極性無關的。大多數材料在該裝置作業的整個頻率範 圍內所呈現出的不是正値就是負値，雖然有些材料係設 計成會在作業的電氣頻率範圍之內呈現出「變頻」行爲 ，亦即其Δε在低頻時爲正値而在較高頻率下則爲負値。 550422 五、發明說明（3) 最近，已說明了某些利用會發生於很多液晶內具有彈性-電氣效應的裝置（參見P.B.Meyer發表於1 969年-^-Phys .Rev .Le 11 .，V22，p918的論文）。這種效應係由因該 液晶指示器場之某種彈性形變而引致各液晶分子之極性 秩序所造成的。這類效應的強度係與該直流（DC )電場有 關的，且因此係取決於所加電場的極性。 於習知扭轉向列相的裝置中，其光電調制作用係肇因 於△ε的效應。施加適當的電壓會導致各液晶分子產生從 大槪平行於層厚度的扭轉狀態旋轉到大槪垂直於層厚度 的非旋轉狀態（已切換狀態）。這類扭轉及非扭轉狀態可 以藉由觀測落在各偏光器之間的胞而加以區分，其中各 偏光器可呈直交的配置或是取決於液晶胞的設計而呈某 種其他的適合配置。 替代地，可以藉由調制入射光的散射程度而達成其光 學反差。數種利用這種效應的裝置包含：動態散射向列 相液晶（參見Heilmeier等人於1968年發表於 Appl .Phys .Let t ·，vl3 p46的論文）；動態散射距列相液 晶（例如Crossland等人的美國專利第4 1 39273號文件） ;含依方式訂定位址之散射式距列相A的裝置（例如 Coates於Bahadur所編「液晶：應用及使用」系列第一 冊（Wo rid Scientific 1990年版）第275頁的論文）；微 型封裝及散佈有聚合物的液晶（例如Fergason等人1984 年的美國專利第4 435 047號文件、SEIKO公司的歐洲專 550422 五、發明說明（4) 利第0,749,030 -Α1號文件、Doane等人發表於 App-H~Mys . Lett.，1986，v48，p269 的論文、及 Coates 等人的美國專利第5 604 6 1 2號文件）；液晶色散 (Hi 1 sum等人1 976年的UK專利第1 442 3 60號文件）； 向列相液晶內電場誘發之折射指數繞射柵格作用 (Hu ignard等人1 987年的美國專利第4 630 091號文件 ，Cannon公司的美國專利第4,878，742號文件）；具有已 製作成圖形之電極的鐵電型液晶（O’Cal laghan和 Handschy在1990年的美國專利第5 1 82 665號文件）。 其他液晶裝置會在光學吸收之各向異性原理上操作以 區分出不同的狀態。常常是透過將多色染料加到液晶材 料上而大幅地強化這種型式之裝置的性能。這種型式之 裝置有一種實例是主-客模式的膽甾醇液晶（參見Taylor 和White在1 974年的美國專利第3 83 3 287號文件）。 最近，已說明了一種新奇的柵格表面，其中該向列相 液晶指示器含有一個以上的穩定方向。會誘發具有不同 的方位角定向（亦即該胞平面之內各液晶分子或指示器之 平均方向的不同定向）之雙穩表面狀態的雙栅格結構，可 參見GB專利第2,286,467 -A號文件及美國專利申請案第 5, 796,459號文件中的說明。其區域指示器對該表面而言 是平坦的，且係藉由對柵格節距、振幅、及眩光程度的 精密控制而使兩個表面定向穩定下來。 GB專利申請案第9521 106.6號文件、世界專利第W0- 550422 五、發明說明（5) 97 / 1 49 90號文件、及GB專利第2，318，422號文件中說明 了一種新奇的表面，其中具有同向同性的區域指-示~器定 向之單柵格表面會引致兩個含有不同傾斜角但是落在相 同平面內的穩定狀態。使用這種表面以形成頂點雙穩裝 置或ZBD。這種裝置會因爲依正交方式在相同平面內扮演 著雙穩態之指示器角色的基板上施加電場而作用其上之 扭力，而具有經顯著改良且超越GB專利第2, 2 8 6,467 -A 號文件之方位角雙穩裝置切換特徵。有了頂點雙穩表面 ，至少存在有一種含有缺陷或是指示器電場之錯斜狀態 ，以及一種不含這類缺陷的狀態，且稱後者爲連續態。 例如，GB專利第2,31 8,422號文件所說明的頂點雙穩表 面中，存在有一種缺陷態會在離開柵格表面某個距離（通 常是與該柵格節距相當）處的向列相指示器上引致低前傾 度，而該連續態則會引致高前傾度。注意：文中使用的 前傾度意指指示器與胞平面所夾的角度。 很多習如液晶裝置的共同問題包含：觀測角狹窄、缺 乏反差及反射率、切換性能很差、沒有效率的電力運用 、以及大區域內製造的困難。此外，常常使用液晶裝置 以控制包含隱密視窗之其他應用內的光線。經常出現於 這類應用內的問題是對連續施加電力的需求。 發明槪挑 根據本發明，藉由可以在兩個雙穩態之間切換的液晶 胞而減少上述問題，這兩個雙穩態中一個是呈高度光散 550422 五、發明說明（6) 射（或吸收）的狀態而另一個則是具有非常少之光散射的 一^犬-態（如透明狀態），該散射狀態係藉由落在一個或是兩 個胞壁上會導致分子定向之區域性變化的很小表面形貌 而得到的，較佳的是各表面形貌係藉由柵格結構或是呈 適當配置的表面浮雕結構而提供的。 根據本發明的液晶裝置，係包括含藏於兩個各配備有 電極結構及校準表面之胞壁之間的向列相液晶材料，其 特徵爲= -至少某一胞壁上的校準層，該校準層同時含有第一調 制作用和第二調制作用，其中該第一調制制作用係由許 多小型（<15微米）校準區域形成的，每一個小型校準區域 都含有前傾表面及同向同性的表面，以便於各液晶分子 上提供雙穩態的前傾校準量及校準方向，而該第二調制 作用則是藉由間隔作用及/或各小型校準區域的表面校準 方向而形成的； -因此該裝置可以在光透射狀態與非光透射狀態之間進 行切換。 根據本發明另一槪念的液晶裝置，係包括含藏於兩個 各配備有電極結構及校準表面之胞壁之間的向列相液晶 材料，其特徵爲： -至少某一胞壁上的校準層，該校準層係由許多小型表 面形貌形成的，其中每一個小型表面形貌都能夠分開地 導致分子定向上很小的區域性變化，且許多小型表面形 550422 五、發明說明（7) 貌能夠集體地導致分子定向跨越該層產生比較大的變化 ，該小型表面形貌上液晶分子的區域表面校-準〜是呈同向 同性的，因此該裝置可以在光透射或反射狀態與非光透 射或反射狀態之間進行切換。 各小型校準區域（表面形貌，例如其尺寸<15微米）可能 係由許多柵格區域、突起、或隱蔽孔洞形成的，且可藉 由單穩校準結構通常是同向同性校準層的區域而分開的 。較佳的是，該柵格等區域內的校準結構會在液晶材料 上提供雙穩態的可切換狀態，其中該雙穩態具有不同數 値的前傾度。該校準結構的特徵可能在相鄰區域之間改 變。該柵格等區域在尺寸、形狀、及校準方向上可能是 均勻的或是不均勻的。當各校準區域具有均勻的區域時 ，如同顯示器應用一般，對每一個或許多區域而言各校 準方向的變化可都相同的以致產生了均勻的整體顯示作 用。可在每一個區域之內存在有分等的變化以致其散射 量額係取決於所加電壓的振幅，因此給出了灰階效應。 該液晶材料可能是屬向列相液晶、長節距膽甾醇液晶（ 或掌徵向列相向列相液晶）、或膽甾醇液晶。 本發明會在一個或兩個內部表面上使用類似於習知專 利文件US 5 796 459和GB 2 3 1 8 422中所說明的校準 柵格，連同例如對專利文件GB 2 3 1 8 422之表面而言沿 著該表面平面內的一個或更多個方向對各低能量狀態或 其中之一內的柵格作進一步的調制而得到的校準方向、 550422 五、發明說明（8) 以及專利文件US 5 796 459之雙柵格表面必須是區域性 同向同性並將該雙柵格結構配置成能夠給出具有不同前 傾度的兩個雙穩態之類的額外要求。較佳的是，專利文 件GB 2 318 422中兩個雙穩態具有的頂點型式雙穩態都 是屬於專利文件US 5 796 459之方位角雙穩態，因爲它 會允許有最好的光電性能且屬於稍後會加以說明之各種 實施例中所用的型式。 可以建造出簡單的裝置，其中存在有單穩態校準結構 ，且會隨著對液晶指示器進行重新定向以回應所加電場 ，減小其折射指數變化而得到的光電調制作用。 不過，能夠藉由確保該表面會於該胞的某些區域內引 致頂點雙穩態而使其顯著地改良其作業。於這種裝置中 ，兩個狀態之下是屬於高折射性、散射性、吸收性的， 而另一個則是一種具有較低折射性、散射性、吸收性的 狀態。這兩種狀態可利用具有適當電壓、極性、持久性 、及形狀之電氣脈波而選出的。 可以改變數種性質而使其散射程度變得最大以便於散 射裝置內給出良好的亮度（及反差）。這特別是對利用背 面散射光給出明亮狀態的反射模式裝置而言屬實。首先 ，在會跨越比入射波長更短的長度標度（通常是λ/ 5)發生 折射指數調制處使背面散射變爲最大。實際上使這類微 細形貌的片段落在頂點雙穩態柵格內以誘發光學波長上 具有高度背面散射是很困難的，但是吾人已發現能夠利 -10- 550422 五、發明說明（9) 用落在0.2微米與2微米之間的節距而得到令人滿意的 結果。這是因爲缺陷核心會在表面形'穩定下來，使 得其峰頂及槽底提供了額外的散射中心。此外，缺陷核 心使背面散射程度增加的限度是與該表面之停泊能量以 及該液晶之彈力常數相關的。 這類性質也會影響該連續態之近表面指示器剖面圖（且 因此影響了具有較低散射性之狀態內的散射程度以及其 反差比）以及其電氣切換特徵。不過，吾人已發現缺陷結 構本身會於散射程度內扮演著次要的角色，而柵格本身 對光學散射程度的控制而言屬於決定性因素。這是因爲 與缺陷等相關的折射指數變化是區域性的且非常靠近其 柵格表面，而其彈性形變會在第一個微米之內或是離表 面非常遠處快速地衰減成均勻的指示器剖面圖。使校準 結構本身產生從表面上某一部分到下一部分的變化會確 保具有更大的散射程度，且這是透過柵格剖面圖的二階 調制而完成的。 用於同時使向前及背面散射變爲最大的其他重要因素 包含雙折射性Δη以及液晶厚度亦即胞縫隙d。其變折射 性應該盡可能愈高愈好，但是肇因於材料限制（例如具有 適當相變溫度、化學穩定度、及低黏稠度等），Λη通常在 其光學波長上是落在0.18與0.25之間。同樣地，胞縫 隙是受到包含切換電壓及反差比之類其他考量的限制。 吾人已發現Μ彳用於光學軔B壽落在大槪10微米Sd$50微 -11- 550422 五、發明說明（10) 米範圍內的標準胞縫隙而言能夠得到良好的亮度及反差 〇 不過，對仰賴彈性-電氣效應而閂鎖在各狀態之間的裝 置而言，使用這種高胞間隔會損害其裝置性能而使電場 臨限値變得更高。爲了這種理由，也可使用落在3微米S dS 60微米範圍內的胞縫隙。可替代地，由於介電切換作 用是屬於一種RMS電壓效應且係與d無關的，故能夠使 用在各狀態之間作區分的變頻效應而切換具有較高間隔 的各胞。柵格分派到落在胞之內某一距離之內液晶指示 器上的表面前傾度係取決於該柵格形狀的不對稱程度。 爲了確保最大的散射程度，裝置上設計有接近對稱的 柵格形狀以致其前傾度是接近零的。這意指對適當偏極 性而言，兩個雙穩態會在其一個散射中心到下一個散射 中心之間具有最大的折射指數差（亦即幾乎是整個Δη)。 也能夠藉由使液晶的平常折射指數符合柵格材料（例如 光阻材料）的折射指數而使反差獲致改良。這有助於減少 連續態內的散射作用而給出更好的「黑暗」狀態。因此 ’小心地使液晶組成、表面層組成、及表面剖面圖最佳 化，每一個都是用於改良裝置性能的重要因素。 可替代地，可以利用吸收而不是散射原理以操作本發 明的裝置。例如在塡充該裝置之前，將其濃度平常是落 在0 · 5重量％到5重量％範圍內且通常是3重量％的適當染 料混合到液晶之內。於是例如液晶之△η之類的考量會扮 -12- 550422 五、發明說明（11) 演著比較不重要的角色，而光學反差及亮度則聽命於例 如液晶宿主內染料的次序參數以-及'染料吸收的各向異性 之類的因素。 本發明的最重要因素及基本原理是柵格表面的設計， 特別是二階調制的形式。能夠使用的有很多種不同的結 構，而其選擇經常是聽命於其應用。對已說明的各結構 而言共同的是在兩個或更多個長度標度及/或兩個平行於 基板平面的直交尺度上對柵格表面進行調制。 於本發明的某一實施例中，例如專利文件GB 2 3 1 8 422中所用的同向同性單柵格結構，係由單一溝槽方向 構成的但是具有兩個或更多個含不同節距的調制振幅。 第一調制是一種會引致具有不同前傾度之液晶指示器產 生想要雙穩態的柵格結構，而其節距比第一調制更高的 第二調制會導致各區域具有不同數値的前傾度或是在液 晶指示器上給出單一的單穩態定向。依這種形式，可以 將該胞閂鎖於兩個或更多個穩態之內，其中存在有對胞 延遲的調制或是沿表面調制方向的吸收作用。 於本發明的各實施例中，柵格的調制方式是沿著表面 平面內的兩個方向進行的。這類二階調制可能含有的節 距是落在從等於第一調制中用來使各液晶分子對齊的節 距到這個距離之數倍範圍內的任意數値。例如對在光學 波長下操作的裝置而言，用來得到雙穩態校準的調制作 用可能具有的週期爲L1，而二階調制作用可能具有的週 -13- 550422 五、發明說明（12) 期L2 = 10L1 °對更長的波長（例如紅外線）而言，較佳的可 能使用L2>10L1。因此，配置其表面以提供各向列相液晶 分子的校準結構，此校準結構會在與入射光波長具有類 似等級的長度標度（也就是從λ /10到10λ之間）上跨越該 表面以便接受調制。這類波長可能是近紫外線到紅外線（ 例如從200奈米到12奈米）。 各胞壁通常是屬玻璃材料的，但是也可爲一種剛性或 是彈性的塑膠材料。對大型裝置而言，可以將空間層結 合到該液晶材料之內，或者各柵格包含了各合倂式空間 層。各柵格可因內部金屬或其他反射器、彩色濾光片、 聚合物壁或點狀空間層、吸收器、準直擴散薄片而得到 補助。 圖式之簡單說明 現在將只參照各附圖而藉由各實例對本發明作說明。 第1圖係用以顯示一種含矩陣式多重位址之液晶顯示 器的平面圖示。 第2圖顯示的是第1圖中顯示器的截面圖示。 第3a，b圖顯示的是在用來形成柵格結構之光阻層上使 用遮罩及標準照明方向的示意圖。 第4圖係用以顯示一種適合用來提供頂點雙穩態校準 結構的非對稱柵格表面的截面圖示。 第5a，b，c圖係用以顯示本發明實施例中某一胞壁的平 面及兩個側視層析圖，這種胞能夠沿單一方向調制偏極 -14 - 550422 五、發明說明（13) 光。 第6a，b圖係用以顯示兩f重'用〜於具有如第5圖所示之校 準結構的電氣切換分子配置的示意圖。 第7a，b，c圖係用以顯示位於某一胞壁上之各柵格的平 面及兩個側面層析圖。 第8圖顯示的是沿第7圖中所用的兩個直交方向對偏 極光進行調制之柵格剖面圖的二維圖示。 第9a，b，c圖係類似於第8圖但包含一個具有落在各柵 格區域間之平坦表面的方形區域。 第10a，b，c圖係類似於第8圖但是包含由落在每一個 柵格區域間之平坦表面構成的各空間層。 第lla，b，c圖係類似於第8圖但含有一種落在各鄰近 柵格區域之間的倒置不對稱結構。 第1 2圖係用以顯示另一種實施例中由雙柵格形成之柵 格結構的二維圖示。 第13圖顯示的是一種含有規則性塑形柵格區域的胞壁 ，其中柵格校準方向及剖面圖都會隨著落在不同區域內 而改變。 第14圖顯示的是一種含有非規則性塑形柵格區域的胞 壁，其中柵格校準方向及剖面圖都會隨著落在不同區域 內而改變。 第15圖顯示的是一種含有非規則性塑形柵格區域的胞 壁，其中該柵格是一種雙柵格且其柵校準方向及剖面圖 -15- 550422 五、發明說明（14) 都會隨著落在不同區域內而改變。 第1 6圖顯示的是一種含有不同形狀的柵格區域的胞壁 ，其中柵格校準方向及剖面圖都會在每一個區域內改變 〇 第1 7圖顯示的是一種由許多能以其寬度、高度、及間 隔尺度提供雙穩態校準結構之突起所形成的柵格區域。 第18圖顯不的是一*種於兩個切換狀懸內含有弟17圖 中校準結構之側面層析示意圖。 第1 9圖顯示的是一種由許多能以其寬度、高度、及間 隔尺度提供雙穩態校準結構之隱蔽孔洞所形成的柵格區 域。 第20圖顯示的是一種於兩個切換狀態內含有第19圖 中校準結構之側面層析示意圖。 第21圖顯示的是一種用於製造第7圖和第8圖之柵格 的金屬遮罩。 第22,23,24圖顯示的是一種雙穩態胞在利用第21圖 之遮罩並切換到兩個狀態以顯示閂鎖作用下的感光顯微 照片。 第25,26,27圖顯示的是用於由第22,23,24圖裝置所 得到胞的最終繞射圖形。 第28圖顯示的是來自以相同高度和直徑圍繞單一圓柱 狀突起之連續態內指示器剖面圖上三維數値模擬之二維 切片的圖形輸出。 -16- 550422 五、發明說明（15) 第29a，b,c圖顯示的是落在交叉偏光器間之胞上裝飾 物在放大了 40倍下的-感〜光顯微照片，其中某一內部表面 上含有如第12圖所示之同向同性雙柵格，圖中顯示的是 落在兩個狀態內的胞：a )缺陷態；b )連續態。 第30圖顯示的是第29圖之胞在30伏特、2毫秒之雙 極性脈波、其工作循環爲1 000 : 1之交替極性的驅動下 透射率對時間作圖的曲線。 第31圖顯示的是利用10倍物鏡在交叉偏光器之間對 第29圖之胞進行觀測時，將其光學透射率當作胞定向之 函數繪製而成的曲線圖。 第32圖顯示的是利用10倍物鏡在交叉偏光器之間對 第29圖之胞進行觀測時，將其反差比當作胞定向之函數 繪製而成的曲線圖。 第33圖顯示的是在爲了使第29和35圖之胞在兩個狀 態之間達成閂鎖作用的情形下其回應時間對脈波振幅繪 製而成的曲線圖。 第34圖係用以顯示在穿透第29圖中閂鎖於a)缺陷（散 射）態；b )連續（非散射）態內之淺式雙柵格胞之後入射到 屏幕上之雷射光的照片。 第35圖係用以顯示第二種類似於第29圖但是將雙柵 格製作成比較深而顯示出兩個狀態內：a )缺陷態；b )連 續態的感光顯微照片。 第36圖顯示的是第35圖之胞對具有交替極性之雙極 -17- 550422 五、發明說明（16) 性脈波（其脈波峰値振幅爲40伏特而其持久性爲500微 秒）的光學回應。 第37圖顯示的是第36圖之擴充圖示，以顯示一種以 80毫秒之躍升時間從連續態（具有較少的散射、繞射、或 吸收作用）到缺陷態（具有較多的散射、繞射、或吸收作 用）的緩慢躍升現象。 第3 8圖顯示的是第3 6圖之擴充圖示，以顯示一種以4 毫秒之躍升時間從連續態到缺陷態的快速躍升現象。 第39圖係用以顯示在穿透第35圖中閂鎖於a)缺陷（散 射）態；b )連續（非散射）態內之深式雙柵格胞之後入射到 屏幕上之雷射光的照片。 第40圖係用以顯示本發明另一實施例的示意圖，其中 已在液晶裝置上製備了兩個內部表面以形成具有不同定 向的頂點雙穩態區域連同具有單穩態之同向同性校準結 構的區域。

第41，42,43圖係用以顯示本發明中其他形式的截面圖 示。 較佳實施例的詳細說明 第1和2圖之顯示器包括由含藏於各玻璃壁3，4間之 向列相液晶或長節距膽甾醇液晶材料層2所形成的液晶 胞1。空間環5通常會使各壁維持1到50微米的間隔。 對某些實施例而言使用的是厚度爲1到6微米的層；而 其他實施例使用的是厚度爲1 0到50微米的間隔。另外 -18- 550422 五、發明說明（17) 也可以將無數具有相同尺度的珠子散佈於液晶之內以維 持準確的壁間隔象由例如二氧化錫或I T〇 (錫銦氧化物） 構成的條狀列電極6形成於某一壁3上，且類似地將行 電極7形成於另一壁4上。以m -列η -行電極，這會形成 由可訂定位址之元件或畫素構成的mxn矩陣。每一個畫 素都是藉由重疊列和行電極而形成的。 列驅動器8會將電壓提供到每一個列電極6上。類似 地，行驅動器9會將電壓提供到每一個行電極7上。對 所加電壓的控制作用係來自控制邏輯1 0，該控制邏輯會 接收來自電壓源11的電力以及來自時鐘12的時序。 落在胞1的某一側或是兩側上的是偏光器1 3，1 3 f。另 外可以將由例如伸縮聚合物構成的光學補償層1 7加到與 落在該胞和偏光器之間的液晶層2相鄰處。可以將部分 反射性面鏡或吸收層1 6連同光源1 5 —起裝置於該胞1 後面。這會允許依反射方式觀看該顯示器且從後面以昏 暗的環境光加以照明。對透射式裝置而言，可以省略該 面鏡或吸收層1 6。如同稍後的說明，其他實施例可能使 用偏光器13，13·。 在裝配之前，以例如表面立體柵格之類的校準形貌對 胞壁3，4中至少一個進行處理，以提供所需要的校準作 用，例如具有或不具有前傾度的單或雙穩態校準。其他 表面可能是由二維（亦即具有校準方向之零或幾度的前傾 度）或同向同性單穩態表面、或是簡倂的二維表面（於胞 -19- 550422 五、發明說明（18) 平面上不具任何較佳校準方向之零或幾度的前傾度）加以 處理的。 這種配置會允許同時將每一個畫素的位址分開訂定於 兩個視覺上不相同的狀態。每一個畫素上不相同的狀態 的集合會提供必要的顯示資訊。用於每一個畫素之位址 訂定的波形可屬於習知形式的。例如以雙穩態柵格，波 形可能是如同世界專利第WO/00527 1 -A1號文件以及1999 年3月3日提出之GB專利申請案第99 / 047 04.5號文件 中所說明的。 可以改變如第2圖所示之胞的結構以提供一種用來提 供例如大型隱密屏幕的快門結構。此例中，薄片電極會 取代該條狀電極，而使整個胞在兩個狀態（例如透明與不 透明或擴散狀態）之間切換。 可以產生如第3a,b圖所示的校準柵格。以丙酮及異丙 醇淸潔用來形成各胞壁3，4之一片經錫銦氧化物塗覆的 玻璃，然後在3000rpm下旋轉塗覆30秒鐘的光阻材料 20(Shipley 1805)。然後在90°C下施行30分鐘的軟烘烤 。在非-正交入射下施行曝光，此例中使用的是60°角。 使已塗覆的各胞壁3，4曝露在來自其強度爲0.8毫瓦/平 方厘米之水銀燈（Osram Hg/100)的光之下達40到180秒 的時段。遮罩1 9的定向是使其溝槽方向實質上正交於入 射平面，如第3圖所示。 於這種幾何結構內的曝光作用會引致非對稱的亮度分 -20- 550422 五、發明說明（19) 佈，且因此引致了如第4圖所示之非對稱柵格剖面圖。 在光正交入一射一到該遮罩上的地方，其柵格剖面圖是對稱 的（未顯示）。然後去除遮罩19，再令該柵格於 ShipleyMF319內顯影10秒鐘接著以去離子水沖洗。然後 再藉由曝露在深紫外線輻射（ 245奈米），接著在160°C下 烘烤45分鐘之後利用蝕刻劑取決於接收照射的程度將各 區域去除掉。該光阻表面的最後形狀是一種例如第4圖 中顯示的柵格2 1。如同稍後的說明，可以將整個光阻層 20形成一個或更多個柵格區域，或是只將其中的部分形 成柵格2 1並將剩餘的留下當作平坦表面22。 然後使表面21，22外罩以例如蛋黃素之類的低能界面 活性劑，以致液晶分子會傾向於依與區域表面正交的方 式放置，亦即同向同性的邊界條件。該表面的形狀（因此 其某些性質）係取決於包含柵格深度（與曝光持久性有關 的）、其節距（由鉻遮罩的節距給出）、以及光之入射角（ 例如非對稱或閃燦的程度）幾種因素。 可以使用其他製造技術以製造出這類表面（參見例如由 MC Hutley 著 Academic Press印行的「繞射柵格 (Diffraction gratings)」一書 1 982 年版第 71 到 128 頁），這類製造技術包含刻痕、壓紋、印刷、石版印刷、 雷射融磨、及干涉圖示技術。如第4圖所示是一種用來 得到頂點雙穩態之標準柵格的截面掃瞄式電子顯微鏡照 片。此實例中，其柵格節距是大約1 . 2微米而其深度是 -21 - 550422 五、發明說明（2〇) 大約0 · 8微米。實際上，允許這類性質有某些變化而維 持該表面的變穩態。例如，已在其深度落在從〇 . 3微米-到2 · 0微米的柵格上找到雙穩態。 第5和6圖顯示的是根據本發明的最簡單實施例之一 〇 如同於第5a，b，和c圖中所看到的，胞壁4上承載有電 極6及柵格層21。該柵格21含有由基礎柵格Gb構成的 各區域，其中每一個區域都具有類似於第3圖的剖面圖 以便提供頂點式雙穩態，亦即液晶分子在同向同性校準 與落在或接***面校準的狀態之間進行切換。這類區域 上會散佈有其寬度大槪與基礎區域相同的平坦區域Fm。 柵格Gb的尺度例如其高度爲〇.3微米而節距L1爲0.6 微米。柵格Gb及平坦區域Fm之調制作用的節距L2通常 是落在L1的2到10倍之間，圖中顯示的是L2«6微米。 將例如蛋黃素之類的同向同性塗層塗佈於基礎栅格區域 Gb及平坦區域Fm兩者上方。依這種方式，液晶材料之表 面校準會從雙穩態柵格區域Gb上產生變化，亦即可以看 出取決於例如所加直流電壓的符號而與該表面的平均平 面呈垂直對齊（同向同性）或平行對齊，而單穩態同向同 性區域Fm則總是與該壁4呈正交。 第6a和6b圖顯示的是第5圖中與壁3相對的壁4而 开> 成的胞1，其中電極7塗覆有同向同性校準層22而沒 有任何柵格。胞1會透過偏光器1 3接收平面偏極化的光 -22- 550422 五、發明說明（21) 。於此裝置中，胞上受到雙穩態基礎柵格Gb影響的區域 落在-高斜（連續）態或是低傾斜（缺陷）態，而平坦區域 Fm上的各分子則是落在高傾斜（習知的同向同性）態。胞 1的基礎柵格區域Gb會藉由加到電極6，7上具有適當長 度的正或負非指向性電壓脈波而在兩個雙穩態之間進行 切換。 第6 a圖顯示的是雙穩態基礎柵格區域G內的非散射（ 或繞射）或弱散射（或繞射）狀態，而散佈其中的單穩態平 坦區域Fm則各落在垂直（同向同性）的校準狀態內。 第6b圖顯示的是其雙穩態柵格區域Gb落在低傾斜狀 態內的強散射（或繞射）狀態。於該平坦區域Fm上方各分 子會保持在同向同性的對齊狀態內。這種繞射作用的理 由是肇因於由液晶所形成的規則性相位柵格。沿該圖平 面偏極化的光（如同所標示的）會經歷到大槪等於該液晶 材料之尋常折射指數（η。）的折射指數長條與大槪等於反常 折射指數（ne)之折射指數長條散佈在一起的情況。因此， 該胞會使入射光形成所謂相位柵格的現象。熟知的布雷 格繞射定律會給出2(L2)sin0=nA，其中η爲整數。若 L2是大槪1 2微米，則如第6圖所示之結構會在Θ自爲土 1 .4°上引致紅光（又=600奈米）的一階繞射光點，而對 波長爲4微米的近紅外光而言則會在Θ角爲± 9 · 6 °上引 致一階繞射光點。 注意，若此實例中入射偏極性是平行於柵格溝槽（亦即 -23- 550422 五、發明說明（22) 第6a和6b圖跑出紙張平面的方向），則對折射指數不存 在任何調制作用且沒有任何繞射現象。此外，若偏- 極〜性 係落在紙張平面內但是令光以偏離垂直的角度入射，則 會觀測到對應於較弱繞射的已減小折射指數調制作用。 第7a，b，c圖顯示的是另一實施例的胞壁4上，其中係 沿如第8圖之二維圖像所示的兩個直交方向對柵格2 1進 行調制。第7圖係用以顯示各具有雙穩態柵格剖面圖的 小型方形區域，且具有在該壁表面之相鄰區域內呈直交 的兩個溝槽方向。於第7圖的實施例中不存在有任何平 坦的單穩態校準區域。會在本發明的規格說明的其他地 方用到這種簡略的表現法；如同第5圖中每一個小方塊 內的柵格週期爲L1而不同方向上的週期則爲L2。栅格 21可以藉由如第3圖所示之光刻技術在兩個階段內使遮 罩旋轉90°而形成，或是利用經特殊設計而具有想要圖 形的單一遮罩。令整個胞壁4塗覆有界面活性劑。 將由如第7圖所示之胞壁所形成的胞與如第6圖所示 之胞壁3 —起使用。可以藉由正或負的直流電壓而切換 該胞，以適用於第6a圖之同向同性校準作用（非散射）或 是類似於第6b圖之散射狀態。 於第7圖之實例中，該繞射狀態對同時沿著紙張平面 及與之正交方向偏極化的入射光產生折射指數調制作用 。例如，若將L1選爲〇 . 3微米（具有0 . 1 5微米之柵格深 度以給出雙穩態校準作用）且將L2選爲2 . 5微米，則會 -24· 550422 五、發明說明（23) 在與平面正交方向夾7 °角處得到四個紅光的一階繞射光 第9、10、和11圖都是如第7圖所示之胞壁4的變型 ，且其中顯示的另外三個實施例係在兩個尺度上具有兩 種以上的調制作用。於這類例子裡，由雙穩態校準柵格 構成的小方塊會改變其調制方向，且這類柵格區域內散 佈有由單穩態同向同性校準構成的平坦區域。無論其入 射光的入射角爲何，這都會增加各相鄰區域之間的折射 指數失配現象。 注意於第9b，c圖中，各替代柵格區域上的前傾方向都 是落在相同的方向上；相同的情形也適用於第1 0圖。反 之，於第1 1圖中係在各柑鄰區域之間使其非對稱方向反 轉，因此改良了該裝置的角度性質。這個非對稱方向是 當該材料落在其低表面傾斜切換狀態內時由如第1 1 b，c 圖中箭號23所標示之方向看到的。 第1 2圖顯示的是一種限制用的例子，其中對沿直交方 向的各柵格而言L1=L2(同時其中Llx = Lly);也就是說， 形成了頂點雙穩態雙柵格。先前已使用這種雙柵格以給 出雙穩態表面條件，例如美國專利第5，796, 459號文件 中所揭示的。於那種裝置內，雙柵格會引致具有落在基 板平面內不同角度上之成分的變穩態校準方向（方位角的 變穩態）。雙柵格結構會於該表面平面內引致兩組直交的 溝槽而可導致液晶校準作用。沿著某一溝槽或是另一溝 -25- 550422 五、發明說明（24) 槽之校準作用對每一個柵格形狀之結構（節距及振幅）都 是不敏感的，雖然其雙穩態條件會取決於兩-組〜重~疊柵格 的相對形狀。於本發明中，該雙柵格具有其表面必需施 行低能處理或是由低能材料所形成外罩層的額外限制， 以致表面上各區域液晶方向會傾向於沿著區域表面的正 交方向。連同第二個限制亦即用來形成該雙柵格的兩個 柵格在跨越節距時的振幅比例（a/Ll )是落在0. l<a/Ll<2 的範圍內，較佳的是落在〇.25<a/Ll<l的範圍內，且從 經驗通常是a/Ll«0.9。這些都是能夠引致頂點雙穩態的 條件，如UK專利申請案第9521 106.6號文件及如GB專 利第2,3 1 8,422號文件中所揭示的。 於第12圖中，由同向同性之雙柵格形成的「谷」和「 丘」可含有會於那個區域內引致淨高傾斜度或低傾斜度 的缺陷迴路。可替代地，該指示器場可能相對於每一個 形貌呈連續的且會於該形貌附近引致具有均勻之高傾斜 度的指示器。較之先前實施例（例如第7到1 1圖），這麼 做的優點是更容易製造出具有較短之調制距離的雙穩態 表面，因此適用於其調制長度標度具有與光波長相同等 級的散射式應用。 第1 3、1 4、和1 5圖顯示的是三種利用這類原理給出散 射而不是繞射作用的實施例。於前述各實例中，各栅格 區域在校準柵格及較長的調制長度標度上都是規則性的 。這類裝置在繞射光學應用上特別是當用於吸收模式時 -26- 550422 五、發明說明（25) 顯得特別有用。如第7圖所示的這類裝置在用於吸收模 -式時是很有用的。 對以散射作用爲基礎的顯示型式應用而言，較佳的是 使各柵格區域是更不具規則性的，如同第1 3、1 4、和1 5 圖中的實例。第1 3和1 4圖中各柵格區域係具有不同的 尺寸、間隔、及校準方向。落在各柵格區域之間的是塗 覆有界面活性劑的平坦區域以給出單穩態校準作用。注 意可以使用頂點雙穩態的單柵格（第13和14圖）或是雙 柵格（第1 5圖）。有了大多數的製造技術，在能夠使用的 形狀上有無數的自由度，因此改變了所用圖形的精確結 構。不過，已發現能夠以例如第4圖之類的最簡單的設 計形成良好的散射狀態，只要使每一個區域（或散射中心） 保持是很小的（亦即<1 0 λ )就行了。各裝置都可跨越更大 的長度標度重複這類不規則性或是隨機圖形，以致例如 使跨越極大區域的顯示器在缺陷態內具有均勻的散射程 度。 第16圖顯示的是另一種實施例中能夠引致散射作用的 柵格結構型式。再次其圖形是作假隨機設計以給出良好 的散射或背面散射狀態，但是與前述實例相反的是頂點 雙穩態柵格本身（亦即具有最小週期L1)會在胞壁4平面 之內的方向上產生變化。其優點是能夠製造出非常微細 的形貌，特別是用於溝槽之由度中心上。沒有任何柵格 的區域是平坦而塗覆有界面活性劑的。 -27- 550422 五、發明說明（26) 第17圖顯示的是一種取第12圖之散射表面型式之極 限的修正結構，其中依假隨機方式將突起一54配置於胞壁 4上。每一個突起25都是類似於由第12圖之雙柵格製成 的結構。藉由確保每一個突起都塗覆有適當的低能材料 或是由這類材料形成的以引致同向同性的校準作用，且（ 在需要雙穩態的區域內）每一個突起都具有正確形狀並依 適當方式與其鄰居間隔開，而得到頂點雙穩態。例如， 其高度與直徑相似（h«D)而間隔落在0.5D到2D的小型圓 柱狀凸塊通常會引致頂點雙穩態（這類圖示已知是來自規 則性柵格結構的製造）。落在各區域之間的胞壁區域會依 適當方式使各突起間隔開，以給出具有區域性單穩態同 向同性校準作用之雙穩態，因此有助於給出已改良的散 射作用。從由其間隔配置能夠給出不同散射程度的這類 突起構成的圍上找到最好的性能。同時，其形貌尺寸可 跨越該胞壁4而改變以改良其光學性能。通常各突起的 高度爲從0 · 1微米到2微米、直徑爲從〇 . 1微米到2微 米、而各突起之間的間隔爲從〇 . 1微米到2微米，較佳 的是對每一個需要呈現出頂點雙穩態的區域而言使這類 數値落在從0 · 5微米到1 . 〇微米之間。各突起在剖面圖 上可能是對稱的或是不稱的。 第18圖係用以顯示一種具有各電極6之胞壁4以及具 有如第1 7圖所示突起2 5之柵格層的側視圖。各突起2 5 係經塑造（高度、直徑、及形貌鮮明度）而間隔開的，以 -28- 550422 五、發明說明（27) 致能夠由具有大槪相同之能量的雙穩態二維及同向同性 狀態給出一種電氣可切換的雙穩態作業。當靠近各突起 25之區域都是落在該二維狀態內時（C1到D1，及E1到 F1 )，各區域都會扮演著散射中心的角色。當靠近各突起 25之區域是落在它們已切換的同向同性狀態內時（如同 A1到B1)，存在有非常少的散射作用。可以藉由使液晶 材料2之折射指數符合該胞壁4之折射指數而更進一步 減少其散射作用。具有單穩態及同向同性表面的區域（B1 到C 1，及D1到E1 )內存在有非常少的散射作用。 第1 8圖是類似於如第6圖所示之前述實施例，其中於 雙穩態區域內L2«(3Ll)/2。由於各散射中心的密度是高 了很多且具有能夠更迅速地製造出大約等於入射光波長 之形貌尺寸的緣故，這會允許施行更容易的製程並得到 經改良的散射作用。如同第12圖一般，第18圖中二維 的缺陷狀態是很複雜的，但是可含有同時於裂縫槽內及 形貌頂部上纏繞該形貌之缺陷迴路。各領域壁通常會如 同Cl、D1、和E1上所標示的從某一表面延伸到另一表面 上，雖然它們偶而會在相同的表面上從某一區域跨越到 另一區域上。 第19圖顯示的是由胞壁構成的區域亦即一種具有幾乎 與第1 8圖相反之浮雕剖面圖的頂點雙穩態表面。這裡， 各散射中心都是由胞壁4上光阻層20內之隱蔽孔洞26 形成的。再次，頂點雙穩態會取決於其相對直徑、深度 -29- 550422 五、發明說明（28) 、及各孔洞2 6的間隔加上具有同向同性塗層的校準結構 。這種型式的結構有幾項超越第1-8〜圖〜的優點。首先，雙 穩態本身對其鄰近孔洞的位置比較不敏感，雖然各孔洞 的配置對定出光學散射剖面圖而言仍然是一項很重要的 因素。同時，雙穩態在原理上能夠得到的形貌，在尺寸 上大槪是應用例如第18圖之類結構所得到形貌尺寸之三 分之一。通常，其孔洞直徑會在0.1微米與2微米之間 變化，其深度含在0.1微米與2微米之間變化，而各孔 洞之間的間隔則會在0 · 1微米與2微米之間變化。各孔 洞26在形狀上可爲對稱的或不對稱的。 第20圖係用以顯示該裝置上兩個可電氣切換之雙穩態 的示意圖。再次，將從某一表面到另一表面的領域壁標 示在C2、D2、E2、和F2上。已在A2與B2之間將液晶材 料切換到用來提供極少量散射的高傾斜狀態上。在從C2 到D2以及從E2到F2上係將液晶材料切換到其二維狀態 上，且在從C2到F2上存在有散射作用。 於另一種未顯示的實施例中，胞壁可含有呈混雜型式 或是落在更大顯示器的不同區域內之孔洞26和突起25 的混合結構。 第21圖顯示的是一種鉻遮罩的照片，係可以用來製造 出具有第7和8圖之實施例中所用型式的柵格結構。使 遮罩***爲10微米的網絡，其中每一個內都存在著一系 列具有第3圖中所標示型式而寬度爲1微米之鉻長條。 -30 - 550422

五、發明說明（29) 弟22、23、和24圖係用以顯示一種根據本發明實例1 ^作而成的頂點雙穩態裝置的感光-顯微照片。第22和 23 ®顯示的是該胞落在交叉偏光器之間時的100倍顯微 I® τκ ’其中分別跟隨具有適當能量的電氣脈波將偏光器 W鎖到高傾斜校準以及低傾斜校準狀態之內。於這兩種 例子裡’該胞是在呈垂直和水平（其溝槽方向是落在與偏 %器夾± 45。處）的交叉偏光器之間拍攝到的。第22圖中 tt _高的透射率確定會在去除電場之後使各胞領域完全 從高傾斜校準閂鎖到低傾斜校準狀態之內。添加了 1 / 4 波板（落在與偏光器夾45。處）顯示出各鄰近領域內的校 準方向都是直交的，如同第24圖之感光-顯微照片中所 顯示者一般。 第25、26、和27圖顯示的是在利用氦氖雷射（垂直入 射下的波長爲632.8奈米）進行照射下藉由該裝置而產生 繞射圖形的影像。第25圖的影像是藉由該裝置於繞射（ 低傾斜）狀態中產生的，且係對應到落在第23圖內各交 叉偏光器之間的圖示。此例中，其雷射偏極化方向是水 平的，且其中的領域網絡係呈垂直和水平的走向。此影 像中可以淸楚地看出幾個更高階的繞射光點。若現在的 偏極化方向是垂直的，則得到的是一種具有與第26圖相 同之基礎形貌的影像。因此’散射作用主要是與偏極性 無關的。最後，若將該胞切換成非繞射（高傾斜）狀態內 ，則如第27圖所示只能觀測到零階繞射光點。 -31 - 550422 五、發明說明（3〇) 第2 8圖顯示的是對緊鄰單一突起處內之向列相液晶進 行模擬的結果，例如根據第-1-8〜圖用來形成頂點雙穩態的 那些突起。該模擬是在三維空間內進行的，但是爲求簡 潔只顯示了單一的二維薄片。此實例中，上表面也是同 向同性，但是落在垂直邊緣上的指示器則是自由的，以 致能夠使單一突起模型化。結果顯示出在緊鄰該突起處 內存在有該指示器剖面圖的明顯形變，但是這會快速地 做均勻而垂直的方式從該突起沿所有方向衰減掉。這與 GB專利第2,3 1 8,422號文件中所揭示的連續或非缺陷態 是等效的。同時也意圖對缺陷態進行模擬。這是藉由模 擬邊緣上提供週期性邊界條件而完成的。如同對雙穩態 系統的期望，得到兩種情境之一。不是發生如第28圖所 示的相同結構（亦即連續態）就是模擬形成了很多缺陷而 無法得到令人滿意的解決方法。 第29圖顯示的是在閂鎖到缺陷態（第29a圖）及連續態 (第29b圖）之後由淺式同向同性雙柵格（說明於以下的實 例6中）製成之裝置的感光-顯微照片。這兩個例子裡， 顯示的都是在各交叉偏光器之間利用光學顯微鏡且以40 倍的放大率進行觀測時依透射方式所觀測到的胞。該照 片是在栅格區域的邊緣上拍攝到的，且會在兩張照片的 下邊部分上對應到黑暗部分的視野。這在各交叉偏光器 之間對所有胞定向而言都是黑暗的，而標示出它是一種 由同向同性校準結構構成的區域。這正如同所期望的， -32- 550422 五、發明說明（31) 因爲會對應到平坦單穩態的緣故。這兩個狀態係利用具 有交替極性的雙極性脈波以及適當的電壓和持久性而加 以閂鎖的。利用發光二極體（具有眼球回應濾光片）監控 這種脈波順序上的光學回應，而於示波器軌跡中得到如 第30圖所示的最終透射率回應。 在切換到這兩個狀態之後，隨著胞在各交叉偏光器之 間旋轉對透射率進行監控並將結果顯示於第31圖內。於 連續態（下軌跡）中，其透射率量測値存在有極小的變化 而確定了目前各液晶分子在整體樣品內呈現出均勻的同 向同性。當閂鎖到另一個亦即缺陷狀態（上軌跡）之內時 ，存在有較高程度的透射率而確定了目前各液晶指示器 含有極高成分是落在胞平面內的。也就是說，此狀態內 的前傾度是比前述亦即連續態低得多。隨著胞在連續態 內旋轉，第29a圖的紋路會有淸楚的改變，因爲該胞平 面內具有不同指示器定向的不同區域會根據它們個別定 向與各交叉偏光器的關係而給出不同的透射率。同時如 第31圖所示（上軌跡），其角度依賴性會淸楚地顯示出這 類領域之定向是隨機的。這表示雖然各領域壁係以圍繞 落在各雙柵格突起間之凹槽內的缺陷結構爲基礎，且圍 繞各突起峰頂處並未形成完全規則的圖形而是會相互作 用’並使各相鄰結構的缺陷形成隨機的結構。較之使缺 陷受到限制以遵循雙柵格之規則性圖形的情形，這會引 致更好的裝置性能。 -33- 550422 五、發明說明（32) 第3 2圖顯示的是從第3 1圖的結果計算出反差比。當 在各交叉偏光器之間使-用'逼種裝置時其平均反差比是大 約20 °吾人應該注意的是所量測的反差比會強烈地取決 於樣品的放大率，在能夠取得的較低倍率（5倍）下無論其 胞定向爲何都能夠大略地給出該平均反差。 正好能夠閂鎖在兩個狀態間所需要之跟隨脈波的振幅 及持久性是如第3 3圖所示。將其結果與稍後的實例（實 例7 )作比較，發現兩個胞都在習知頂點雙穩態液晶顯示 裝置上含有類似的回應。 將實例6之胞放進氦氖雷射（波長爲632.8奈米）的路 徑內並於屏幕上觀測所得到的透射率。第34a，b圖顯示 的分別是缺陷（散射）及連續（非散射）狀態上所得到的圖 形。 第3 5圖顯示的是利用如上述第29圖所示之相同實驗 配置於缺陷（第35圖a)及連續（第35圖b)狀態內所得到 實施例7之較深同向同性雙柵格的紋路。較之第29圖， 顯示出大幅地改良了其透射率並使其領域尺寸明顯地變 得更小。 將第35圖之光電回應係顯示於第36、37、和38圖中 。這顯示出改良了跨越如第30圖所示之淺式雙柵格的雙 穩態。第36圖顯示的是第35圖之胞對具有交替極性之 雙極性脈波（其脈波峰値振幅爲40伏特而其持久性爲500 微秒）的光學回應。從連續到缺陷態的緩慢躍遷（第37圖） -34- 550422 五、發明說明（33) 以及從缺陷回到連續態的快速回應（第38圖）兩者都是與 習知頂點雙穩態裝置一致的。 第39a，b圖顯示的是實施例7之胞在兩個狀態內的雷 射光散射差異。較之淺式柵格（第3 4圖），顯示出明顯地 改良了缺陷態內的散射程度（第3 9 a圖），而保持了連續 態內非常弱的散射作用（第39b圖）。 第40a，b圖顯示的是一種類似於第6圖的裝置，其中 相同的組件是由相同的符號給出。該裝置包含：含液晶 材料2的胞壁3，4 ;以及落在兩個胞壁3，4內側表面上的 頂點雙穩態栅格結構21，其中在各柵格之間各胞壁上具 有同向同性的校準結構。圖中並未標示出各電極，但是 係依如第6圖所示的方式配置。在胞1後面可能存在有 者部平板3 0。該平板3 0可對一種或更多種顏色具吸收性 ’且可能對不同顏色具有均勻的或是與畫素有關的吸收 性’或是於每一個畫素內具有不同量額的吸收或反射作 用。該液晶材料可能是一種向列相液晶、膽甾醇液晶、 長節距之膽甾醇液晶，其中可添加有或是未添加任何變 色染料。 圖中顯示了兩個表面上的柵格區域及平坦的同向同性 區域，其中係將柵格定向限制於紙張平面上。更平常的 是，該柵格會在平行於裝置平面的所有方向上產生改變 。此外，頂部及底部表面之間可能不存在有任何符合現 象，以便在兩個表面都落在缺陷態內時增加胞體塊內各 -35- 550422 五、發明說明（34) 缺陷的量額。第40a圖顯示的是當兩個表面都落在高前 傾度狀態內時的條-件〜。這會在整個胞內給出均勻的同向 同性校準作用，且沒有觀測到任何散射作用。第40b圖 顯示的是當兩個表面都落在低傾斜亦即缺陷態內時可存 在的指示器剖面圖。這能夠給出顯著地高於本發明前述 實施例的散射程度。 重要的是要了解當藉由例如本發明所有前述實例中用 到的單極性和雙極性脈波之類的直流電場進行切換時， 無法將根據第40圖所設計的胞閂鎖在所顯示的兩個狀態 之間。這是因爲電場係跨越該胞而施加其上的，以致具 有給定極性的直流脈波會在兩個表面上造成相反的場方 向。因此，該裝置是由直流電場閂鎖在某一表面的低傾 斜度與另一表面的高傾斜度之間。這個問題能夠藉由利 用例如自Merck公司取得的商品TX2A之類雙頻向列相液 晶材料而去除掉。不是使之耦合於材料內固有的彈性電 氣效應上，這應用的是該材料在低頻上具有正的介電各 向異性且所加電場的RMS會在兩個表面引致高傾斜狀態 ’如第40a圖所示。這是因爲於施加低頻電場期間，最 低靜電能量狀態上具有平行於電場方向而大槪沿著表面 垂線的指示器。當具有足夠電壓時，所加的電場會將靠 近柵格表面的指示器閂鎖到連續態之內，使該指示器的 最高成分會平行於其電場方向。 可替代地，高頻電場（通常對在25°C具有6仟赫之跨越 -36- 550422 五、發明說明（35) 頻率的TX2A而言是50仟赫或以上）會閂鎖到兩個表面上 的低傾斜狀態之內，而形成如第40b圖所示之狀態。這 是因爲最低靜電能量狀態具有垂直於所加電場的指示器 ，因此若其電壓足夠高則能以最低的傾斜度閂鎖該指示 器。 第41、42、和43圖係用以顯示其他實施例的截面圖示 。最簡單的配置型式是一種簡單的可切換散射式或擴散 式裝置，其中能夠在已結束切換電壓施加作業之後保持 不同的散射程度，亦即該裝置是呈雙穩態的。 第41a，b圖顯示的是一種類似於第6圖的裝置，其中 相同的組件是由相同的符號給出。該裝置包含：含液晶 材料2的胞壁3，4 ;落在兩個胞壁3內側表面上的同向同 性校準結構；以及落在胞壁4內側表面上的柵格結構21 。圖中並未標示出各電極，但是係依如第6圖所示的方 式配置。在胞1後面可存在有背部平板30。該平板30可 能對一種或更多種顏色具吸收性，且可能對不同顏色具 有均勻的或是與畫素有關的吸收性，或是於每一個畫素 內具有不同量額的吸收或反射作用。該液晶材料可能是 一種向列相液晶、膽留醇液晶、長節距之膽笛醇液晶， 其中可添加有或是未添加任何變色染料。 第41a圖顯示的是一種令所有液晶分子都落在高傾斜 度切換狀態內的切換狀態。第4 1 b圖顯示的是另一種令 所選出區域都落在二維狀態內的切換狀態。該裝置可能 -37- 550422 五、發明說明（36) 在第41b圖的散射裝置與第41a圖的反射裝置之間進行 切換，其中該|置會出現與背部平板3〇相同的顏色。 可替代地，液晶材料2含有染料且背部平板3 0是一種 反射器。此例中，第4 1 a圖之均勻高表面傾斜狀態具有 極高的反射率，而第4 1 b圖的可變二維狀態則會吸收入 射光，因此給出了光學反差。 第42a，b圖係類似於第41a，b圖而加入了微型稜鏡薄 片31。這會依類似於Kanemoto等人於1994年10月10 到13日在美國加州Monterey市舉行之國際顯示器硏究 會議的論文集（ 1 994 ) 1 83到186頁所發表的論文中所描述 的方式強化其背面散射。該裝置會在第42a圖的非散射 與第42b圖的散射狀態之間進行切換。於這種散射狀態 中，某些依接進正交方向入射到該裝置上的光會向後散 射，但是絕大多數都會向前散射。這會造成該顯示器具 有很差的反差。不過如圖所示結合一個或更多個稜鏡薄 片31會增加光透射該裝置與稜鏡陣列組合的有效角度。 於零或弱散射狀態中，這只會造成裝置解析度上的微量 損失；而對具有更強散射的狀態而言，其透射角度會變 得足夠高而在該稜鏡陣列的背部表面上導致總體內反射 現象。依這種方式強化了背面散射的程度而損害了裝置 的解析度。能夠藉由與第一稜鏡陣列交叉的第二稜鏡陣 列作進一步的強化作用。 第4 3圖顯示的是另一種包括習知扭轉向列相液晶裝置 -38- 550422 五、發明說明（37) 胞33的實施例，其中配置有電極34, 35以給出與畫素相 關的顯示器以及反射式（或半反射式）的背部平板36。落 在該胞3 3上方的是一種根據本發明的裝置1亦即多少類 似於第40圖的裝置，其中含有胞壁3，4以及落在各胞壁 3,4上的柵格21。某一胞壁上的雙穩態柵格21區域是局 部地與另一胞壁上的平坦區域呈相對的。 習知胞3 3係於反射或穿透模式中具有高解析度及低視 差的作業。不過若從指向性（非擴散性）光源上進行觀測 ，該顯示器會受害於高投機性反射作用而導致看不見的 現象。這在習知設計中係利用位於裝置前方之固定擴散 器而加以克服的。於本發明中，裝置1會扮演著可變擴 散器的角色，以致能夠在不致顯著增加整個顯示器之功 率衰減下迅速地調整其組合光學性質。該裝置1可爲一 種覆蓋整個顯示器區域或是能夠在不同區域上作選擇性 切換的單一快門。 一種已知的可切換擴散器是說明於美國專利第 5,831，698號文件中。 將各柵格及胞之製程的其他細節給定如下。 實例1 能夠利用習知接觸光阻技術（如第3圖所示）以製造出 例如第5、7、8、9、10、11、和12圖之類的柵格。對存 在有兩個直交方向的例子而言，其中每一個方向都在缺 陷態內含有從非對稱或閃耀的角度升到柵格上的前傾度 •39- 550422 五、發明說明（38) ，光線應該以與表面垂線夾某一角度且與兩個柵格方向 夾一方{立4〜的方式入射。例如第11圖之類其前傾度方向 會跨越柵格而改變的例子，更難藉由這類方法加以製造 而能夠利用多射束干涉方法而迅速地製造出。例如第i 3 、1 4、1 5、1 6、1 7、1 8、1 9、和2 0圖之類的結構也能夠 利用接觸石版印刷法加以製造，但是會得到零前傾度（若 使用的是以直角入射使光阻材料產生交連作用）或是隨著 柵格方向而改變的前傾度（這會引致可變的切換臨限値而 可能是某些應用上不想見到的情形）。 於實例中，利用標準的接觸石版印刷方法製造出類似 於如第7,8圖所示的柵格結構。在3000rpm(每分鐘轉數） 下以光阻材料Shipley 1 805 (Shipley公司製造編號爲 1805的商品）對一片厚度爲1.1毫米經ITO塗覆之玻璃進 行旋轉塗覆達30秒。這會給出厚度爲0.55微米的薄膜 。然後在90°C下對表面進行30分鐘的軟烘烤以去除多餘 的溶劑。然後依與光阻材料表面作緊密接觸的方式固定 利用電子束方法（參見第10圖）而製成的鉻遮罩。該遮罩 的組成是藉由0.5微米之縫隙間隔開的0.5微米鉻線段 ，如第1 0圖所示。利用未經濾光作用的水銀燈（0 . 3毫瓦 /平方厘米）使樣品曝光達5 30秒。曝光作業是在與表面 垂線夾60°角處而使基板平面上的成分與遮罩內兩個柵 格方向夾4 5 °角的情形下施行的。 這種方法會引致具有45°網絡之柵格的每一個部分產 -40 - 550422 五、發明說明（39) 生缺陷態的前傾度（也就是說使頂點雙穩態具有45。和90 。的前傾度）。然後Sh i p 1 e y公司編號爲MF3 1 9的商-品'在^ 8 00rpm下施行10秒鐘的旋轉顯影，接著利用去離子水加 以沖洗。這會引致一種具有1.0微米之柵格網絡表面的 形成。然後藉由曝露在深紫外線下接著在1 80°C下烘烤2 小時而使光阻材料硬化。最後，藉由以同向同性校準聚 合物JALS 688，在3000rpm的旋轉並以180t：烘烤30分 鐘下進行處理，使其表面變成同向同性的。然後藉由將 這種頂點雙穩態表面放置在與利用上述相同的：[ALS688 方法製成之平坦的同向同性表面相對處而建造出4微米 的液晶胞。這個相對表面係依類似於柵格表面的方式在 未施行柵格曝光下製備的較薄（0.2微米）Shipleyl805 層。該胞是在利用含有20微米之玻璃珠空間層的邊緣密 封膠下由一個柵格表面和一個平坦表面所形成的。該胞 內塡充有商品化的向列相液晶MLC 6602 (可自德國 E· Merck取得），這種液晶在整個可能頻率和溫度的操作 範圍內具有正介電各向異性以及高Δη値以給出最大的繞 射作用。塡充作業是藉由落在各向同性相位內的毛細作 用接著緩慢地冷卻成向列相而完成的。 接著依上述細節進行建造，與每一個基板的ITO形成 電氣連接並施加其工作比爲1 00 : 1的交替切換脈波。這 種信號是由標準持久性爲〇 . 1到1 00毫秒而其量値落在 從20到1 〇〇伏特範圍內之直線脈波組成的。使用的工作 -41 - 550422 五、發明說明（4〇) 比落在50比1與500比1之間，並重疊了其頻率爲1仟 嚇-到〜 100仟赫而其量値爲Vrms(0到10伏特）的交流波形 。也能夠使用例如第95 1 2206. 6號專利文件中使用的多 頻信號之類的其他電氣信號。將利用光顯微鏡在交叉偏 光器之間進行觀測時所得到的紋路變化顯示於第22、23 、和24圖。 令該胞接受氦氖雷射光源的照射並將所得到的繞射圖 形投影到屏幕之上。在繞射與非繞射狀態之間得到所得 到的閂鎖作用，其結果則顯示於第25、26、和27圖。同 時令該胞接受鎢白色光源的照射，再次利用具有適當偏 極性及適合的持久性和量値的脈波對每一個狀態施行選 擇性的電氣作用，於某一狀態內觀測到微弱的散射作用 而於另一狀態內觀測到透射現象。 實例2 製造一種與實例1類似的胞，但是這次使用的是硫化 鋅基板而不是習知的玻璃基板。然後藉由利用對3到5 微米之波長範圍敏感的紅外線照相機使暖物件成像而於 紅外線應用中進行測試。發現在散射與非散射狀態之間 的反差是顯著地高於在光學波長上所觀測到的反差，以 致能夠在非散射狀態內淸楚辨別出的影像，對閂鎖到散 射狀態之後的胞而言是模糊不淸的。 實例3 遵循前述實例中的程序而製造出第三種胞。但是以其 -42- 550422 五、發明說明（41) 內混合有2重量％的雙色黑染料之液晶E7 (參見例如 Bahadur 著 World Scientific Press 出版的 ^液-晶：其 應用及使用（Liquid Crystal : Applications and Uses) 」系列第三冊第1 1章）塡充該胞。此例中，對直角入射 的光而言，會肇因於兩個狀態之間在光學吸收上的差異 而在兩個閂鎖狀態之間觀測到大約2 : 1的反差比。這能 夠藉由依反射模式操作該胞而獲致進一步的改良，其中 該胞的某一側邊表面上塗覆有反射性的鋁層。 實例4 於前述實例中，其散射作用是非常微弱的且對顯示裝 置不具吸引力的。其理由是基板平面內校準方向的變化 尺寸是落在顯著地高過入射波長的長度標度上。爲了確 保光學波長上有更高的散射程度，利用具有類似於第6b 圖設計之遮罩製備一種基板，其中柵格節距爲0 . 1 5微米 而定常溝槽方向上各形貌的平均寬度是大約0.6微米。 以用來使深紫外線光阻材料PMGI顯影的倍頻氬離子雷射 (在257奈米上，參見前述Hu tley —書第99頁）。此實 例中，基板係受到垂直入射的照射。在顯影之後，以氟 化鉻錯合物的同向同性界面活性劑塗覆其表面並使之與 第二個平坦表面間隔20微米。如同實例1再次以BL0 36 塡充該胞，且用來在與之間透射狀態與散射狀態之間進 行切換。吾人也發現該裝置會給出中等程度的背面散射 。此裝置是應用於沒有偏光器的顯示器結構內，其中係 -43- 550422 五、發明說明（42) 將該裝置裝設於黑色（或彩色）背景的前方。這會在垂直 -入射的光上給出大約4 : 1的反差比而適用於某些以低功 率、雙穩態、及機械耐久性爲基本需求的顯示器應用。 利用美國專利第US 3 910 681號文件中所揭示的全像 反射器平板達成對背面散射之亮度的進一步改良。這會 集合入射光但是局部地向後反射輸出光，因此透過該散 射裝置而提供了多重路徑。 實例5 應用實例4的方法以形成如第9圖所示由隨機地間隔 開之微型細孔構成的表面，其中每一個孔洞都具有大約 0.2微米的深度以及大約0.35微米的直徑。這給出超越 前述實例之散射及非散射狀態。 實例6 令預先塗覆有導體ITO且經適當蝕刻的玻璃基板在 3000rpm下接受30秒的光阻層SU8旋轉塗覆。然後在 180°C下對樣品進行10分鐘的軟烘烤，接著在紫外光下曝 光3分鐘且在160°C下烘烤30分鐘。以這種層形成ΙΤ0 電極上方的勢壘層。然後再使之外罩有利用下列方法形 成的柵格。在3000 r pm下使光阻材料Shipley 1813向下 旋轉達30秒鐘然後在115°C下烘烤60秒鐘而形成厚度爲 1.55微米的層。將具有1.2微米節距的單柵格遮罩壓印 於這種表面上，且利用強紫外線光源（能夠產生30毫瓦/ 平方厘米之強度的1仟瓦〇 AI汞氙弧光燈）進行6秒鐘的 -44- 550422 五、發明說明（43) 曝光。然後令該遮罩經過90。的重新定向再接受6秒鐘 的曝光作用。 一_ 然後在800rpm下對該雙柵格施行1〇秒鐘的Shipley MF3 19旋轉塗覆，接著以二次去離子水進行沖洗。然後於 硬紫外線中使該雙柵格熟成且在180°C下烘烤2小時。然 後使該雙柵格表面塗覆以在3000 rpm的旋轉下形成的同 向同性校準聚合物JALS 688(購自日本合成橡膠公司 (Japan Synthetic Rubber Company))且在 180°C 下烘烤 60秒鐘。利用這種雙柵格表面以及同樣塗覆有jALS 688 的平坦表面而建造出4.5微米的胞。 然後以購自德國Merck公司的液晶材料MLC 6204塡充 該胞。使該胞從各向同性相位進行初始冷卻以便在整個 活性區域上方形成缺陷狀態。這種原始狀態內之缺陷具 有比第29或35圖任一圖中之缺陷大得多的尺寸且會對 雷射光呈現出可忽略的散射作用。然後將該胞連接到具 有任意波形的產生器上以供應適當的電氣信號。全部實 驗中使用的信號是由其極性爲+V而持久性爲r的單一脈 波；緊接著其極佳爲-V而持久性爲r的脈波；然後在〇v 下經過1 000 r的時段之後接著第二個脈波，不過這次具 有相反的極性（-V接著+ V )。 提供某些機制而能夠中斷脈波串，使得沒有任何施加 其上的信號會在其中任一零電場狀態內離開該胞。當有 量値爲40伏特而狹縫持久性爲3毫秒的脈波串施加其上 -45 - 550422 五、發明說明（44) 時，會觀測到該胞被閂鎖在明亮與黑暗狀態之間。利用 發光二極體（以及人眼-回應濾光片）偵測其透射率，並利 用儲藏式示波器監控其時間變化。如第3 0圖所示之時間 回應同時參見第31和32圖，可以淸楚地顯示出在兩個 狀態之間觀測到的差異。有了實例6，明亮（缺陷）態內的 光學回應會隨著各缺陷的初始合倂而衰減。吾人認定這 種現象是因爲該柵格爲淺柵格的緣故。 實例7 遵循用於實例6的相同程序而製作出第二種雙栅格胞 ，但是這次使用的是光阻材料Shipley 1818(以給出厚度 爲2.18微米的光阻層）並使每一個直交單柵格接受持久 性達9秒鐘的曝光作用。這種方法會在改良其雙穩態的 企圖上引致更深的雙柵格結構。此樣品在原始狀態及已 閂鎖之缺陷態兩者的領域都小於實例6中所得到的，而 其連續態甚至在各交叉偏光器之間變得更黑暗。這意指 於缺陷態內量測到大槪雙倍的透射率且達成7:1的反差 。在胞定向下其明亮態透射率及反差兩者的變化也會小 於實例6的結果。這種情形係部分因爲其光狀態透射率 不致在所加電場的跟隨脈波之後立即衰減掉（參見第36 圖）。實例7也會在當作裝置使用時給出更高程度的雷射 散射以及較佳的光學外觀。 也可以利用那些平常用來製造柵格之技術以外的其他 技術製造出頂點雙穩態表面。本發明使用的是一種透過 -46- 550422 五、發明說明（45) 混合校準結構的新奇方法。在Ha rada等人的歐洲專利第 EP 0 732 6 1 0 A2號文件中說明了——種^法，其中係令兩 種或更多種具有不同溶解度的聚合物混合於溶劑內’並 將之旋轉塗覆到適當的基板之上而扮演著基板上給定微 型液滴能量表面的角色，以控制液滴的尺寸及形狀。於 該專利文件的實例5中，係依10 : 1將聚合物PAS及聚 4 -乙烯基聯苯基混合於N -甲基吡咯烷酮（NMP )溶劑內以給 出濃度爲3重量％的溶液。施行旋轉塗覆且在200°C下烘 烤1小時然後引致一種厚度爲50奈米的校準層，其中含 有依不規則方式間隔開而高度大約30奈米且直徑大約50 奈米的表面突起。於本發明中，以例如氟化鉻錯合物或 是矽烷（例如ZLI 3334 )同向同性作用劑之類的低能界面 活性劑塗覆這種表面。高密度之非常小的散射中心會引 致高度散射的狀態，雖然肇因於其他狀態內因爲該缺陷 態會在某些區域上保持單穩態產生了相當高程度之散射 作用而使其反差變得很差。由於很難達成相同程度的表 面控制，這對各種非柵格方法而言是一種常見的問題。 不過，已發現能夠利用於聚合物溶液之內加入界面活性 劑以輔助對微型液滴尺寸進行控制而獲致某些改良。同 時也能夠達成包含利用兩個不融合的同向同性校準聚合 物以及於兩種不融合溶劑內利用一種具有不同溶解度的 聚合物等其他實例。 也可以使用類似技術製造出微型多孔性表面，其中係 -47- 550422 五、發明說明（46) 依與PDLC相同的方式形成該校準層，而該PDLC利用的 是例如由Doane於於Bahadur所編「液晶：應用及使用 」系列第一冊（World Scientific 1990年版）第361頁的 論文中所評論藉由光子、熱學、或溶劑誘導之相位分離 (PIPS、TIPS、或SIPS)方法。令含單體的溶劑向下旋轉 塗覆以給出具有經精確控制之厚度的表面薄膜。 能夠藉由小心地控制某底下表面上溶液的濃度、溫度 、及各溼潤性質等而得到如第1 7、1 8、1 9、和20圖中的 兩種表面型式。可替代地，可以使用對單體液滴的微細 煙霧質噴灑作用以塗覆一種同向同性表面，且必要時於 同向同性界面活性劑內施行硬化（依熱學及/或光學方式） 及塗覆。此實例中，該初始界面活性劑會同時扮演著液 晶之校準作用劑以及在熟成之前用來增加各液滴接觸角 度之溼潤作用劑的角色，因此確保了具有正確形狀而形 成良好的陡峭形貌以給出頂點雙穩態。 符號之說明 1 .....液晶胞 2 .....向列相液晶 3,4.....玻璃壁 5 .....空間環 6 .....列電極 7 .....行電極 8.....列驅動器 -48- 550422 五、發明說明（47) 9 .....行驅動器 10 .....控制邏輯 —— 11 .....電壓源 12 .....時鐘 13,13,.....偏光器 15 .....光源 16 .....面鏡或吸收器 17 .....光學補償層 19 .....遮罩 20 .....光阻層 21 .....柵格 22 .....平坦表面 25.....突起 2 6.....隱蔽孔洞 30,36 .....背面平板 31.....微型稜鏡薄片 33.....習知扭轉向列相裝置胞 34,35 .....電極 Fm.....平坦區域 Gb.....基礎柵格 -49 -

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第891275 54號「雙穩態向列液晶裝置」專利案 9U2.! B (91年12月修疋# 六申請專利範圍： 1 . 一種液晶裝置，係包括含藏於兩個各配備有電極結 構（6，7 )及校準表面（2 1 )之胞壁（3，4 )之間的向列相 液晶材料層（2 )，其特徵爲： 至少某一胞壁（4)上的校準層（21，22)，該校準層 同時含有第一調制作用和第二調制作用； 該第一調制作用係由許多小型（<15微米）校準區域 形成的，每一個小型校準區域都含有前傾表面及同 向同性的表面，以便於各液晶分子上提供雙穩態的 前傾校準量及校準方向；而 該第二調制作用則是藉由間隔作用及/或各小型校 準區域的表面校準方向而形成的； 因此該裝置可以在光透射狀態與非光透射狀態之 間進行切換。 2 .如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該許多小 型校準區域都是藉由許多校準區域（21)而形成的。 3 .如申請專利範圍第2項之液晶裝置，其中各校準區 域都包含單穩態柵格結構 及/或雙柵格結構。 4 .如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該許多小 型校準區域都是藉由許多突起（26)而形成的。 5 .如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該許多小 一卜 550422 六、申請專利範圍 型校準區域都是藉由許多隱蔽孔洞（26)而形成的。 6 ·如申請專利範圍第1項之—液晶裝置，其中該第二調 制作用係藉由以由同向同性表面校準結構構成的區 域分開各小型校準區域而形成的 。 7 .如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該第二調 制作用係藉由改變相鄰小型校準區域之校準方向而 形成的。 8 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中配置有許 多小型表面形貌以便於許多校準方向上提供校準作 用。 9 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該許多小 型校準區域都具有規則的形狀（第5到11圖）。 I 〇 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該許多小 型校準區域都具有不規則的形狀 。 II ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該許多小 型校準區域都會在至少某一方向上呈鄰近的 。 1 2 ·如申請專利範圍第2項之液晶裝置，其中該柵格是 一系列的對稱或非對稱的溝槽。 1 3 .如申請專利範圍第2項之液晶裝置，其中該柵格是 一系列的對稱或非對稱的溝槽，而各溝槽的方向至 少會在某些校準區域上產生變化。 1 4 .如申請專利範圍第2項之液晶裝置，其中各柵格區 域內的週期性是L1且其週期在每一個校準區域內都 -2- 550422 六、申請專利範圍 是均勻的 。 1 5 .如申g靑專利$e圍弟2項之液晶裝置，其中各概格區 域內的週期性是L1且其週期在每一個校準區域內都 是可變的。 1 6 ·如申g靑專利範圍％ 2項之液晶裝置，其中各概格區 域都是藉著具有同向同性表面校準結構的區域而間 隔開的，且各柵格區域加上由同向同性校準結構構 成區域之組合具有L2的週期性。 1 7 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中某一胞壁 (3)上含有同向同性的校準表面處理。 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項之液晶裝置，其中各柵格區 域內的週期性L2會從等於週期性L1改變到1 0L1。 1 9 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該液晶材 料含有某一量額的雙色染料。 20.如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該裝置包 含至少一個偏光器（13，13’）。 2 1 ·如申請專利範圍第3項之液晶裝置，其中各柵格都 含有振幅爲a而週期爲L1的溝槽，而 0·l<a/Ll<0 · 75。 22 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該向列相 液晶層的厚度是落在1微米與50微米之間。 2 3 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中細將該電 極結構（6, 7)形成爲某一胞壁上的列電極以及另一胞 一 3 - 550422 六、申請專利範圍 壁上的行電極，而形成由可訂定位址之畫素或顯示 器元件構成的xy矩陣-。 24 .如申請專利範圍第23項之液晶裝置，其中該第一和 第二調制作用在每一個畫素內都是定常的。 25 .如申請專利範圍第23項之液晶裝置，其中該第一和 第二調制作用會在每一個畫素內產生改變，且至少 於許多畫素內含有相同的變化。 26 .如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中各電極結 構（6, 7)都是薄片電極，因此整個胞可以在兩個不同 的光透射位準之間進行切換。 27 .如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該液晶材 料層（2 )是一種掌徵向列相或是距列相的液晶。 28 ·如申請專利範圍第1項之液晶裝置，其中該裝置係 夾於交叉的偏光器（1 3和1 3 ’）之間。 29·—種液晶裝置，係包括含藏於兩個各配備有電極結 構（6，7 )及校準表面（2 1，22 )之胞壁（3，4 )之間的向列 相液晶材料層（2 )，其特徵爲： 至少某一胞壁（4)上的校準層（21)，該校準層係由 許多小型表面形貌（<15微米）形成的，其中每一個小 型表面形貌都爲各液晶分子提供了雙穩態校準結構 ’而在許多校準區域上提供了許多校準方向（第7到 16 圖）； 各校準區域都是藉由具有單穩態高表面傾斜度校 一4一 550422 六、申請專利範圍 準結構而間隔開的； 因此該裝置可以在光透射或反射狀態與非光透射 或反射狀態之間進行切換。 30.—種液晶裝置，係包括含藏於兩個各配備有電極結 構（6, 7)及校準表面（21)之胞壁（3,4)之間的向列相 液晶材料層（2 )，其特徵爲： 至少某一胞壁（4)上的校準層（21)，該校準層係由 許多小型表面形貌（<15微米）形成的，其中每一個小 型表面形貌都能夠分開地導致分子定向上很小的區 域性變化，且許多小型表面形貌能夠集體地導致分 子定向跨越該層（2)產生比較大的變化，因此該裝置 可以在光透射或反射狀態與非光透射或反射狀態之 間進行切換。 -5-